一种利用活性炭进行水处理的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种利用活性炭进行水处理的方法。
【背景技术】
[0002]随着GB5749-2006标准的贯彻和实施，在水源水质污染日益加剧的今天，现有净 水厂采用的传统常规工艺，很难有效去除形成嗅、味、色度和C0D的有机化合物，这些有机 化合物不仅造成嗅、味和色度等表观指标不达标，还会干扰人体内分泌系统的正常工作，对 广大人民群众的生活安全与健康形成了严重威胁。由于活性炭（AC)能有效吸附去除上述污 染物，因此成为十分重要而且切实可行的给水深度处理工艺。臭氧一生物活性炭技术（〇 3/ BAC)采用臭氧氧化和生物活性炭滤联用的方法，将臭氧氧化、活性炭吸附和生物降解合为 一体，取得了良好的净水效果，并获得了广泛应用。其主要目的是在常规处理之后进一步去 除水中有机污染物、氯消毒副产物的前体物以及氨氮，降低出水中的BD0C和A0C，保证净水 工艺出水的化学稳定性和生物稳定性。
[0003] 影响水处理用活性炭性能的因素很多，就活性炭本身而言，主要是孔隙结构和表 面的化学基团，而在这两者之中，孔隙结构又是第一位的。按照前苏联科学院院士杜比宁 (DUBININ)划分法，活性炭的孔隙分类如下：微孔（RS20A)，中孔（R=20~500A)，大孔 (R>50〇A);微孔又可以划分为真微孔.（R<6-7A)和次微孔（6-7A<R<15~16A)。不 同的孔径能够发挥出与其相应的功能：微孔（RS20A)拥有很大的比表面积，呈现出很强的 吸附作用冲孔（R=20~500A)能用于添载触媒及药剂，随着所担载化学药品的种类不 同，具有不同的功能；大孔（R>50〇A)通过让微生物及菌类在其中繁殖，能使无机的碳材 料发挥生物质的功能。
[0004] 以往及目前，在应用活性炭进行水处理的技术领域中，针对吸附用活性炭，还没有 以水源水质分析为基础的活性炭选择法，所以就不可避免的存在着未能考虑被处理水的实 际因素、只能选择市场上已有的活性炭从而造成吸附效果不彻底以及资源的浪费。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种利用活性炭进行水处理的方法。
[0006] 由于吸附是建立在分子扩散基础上的，因此只有当吸附质的分子小于吸附剂的孔 隙时，吸附剂的内表面才可能发挥作用。
[0007] 故本发明提供的利用活性炭进行水处理的方法，包括如下步骤：在03/BAC水处理 工艺中用活性炭进行水处理；其中，所述活性炭按照如下标准选择：
[0008] 选择碘吸附值大于950mg/g且亚甲基蓝的吸附值大于200mg/g的活性炭。
[0009] 上述方法中，每升待处理水中，分子量为l〇〇〇Da以下的有机物分子的质量大于 30mg〇
[0010] 所用活性炭的碘吸附值具体可为962mg/g，亚甲基蓝的吸附值具体可为258mg/g ;
[0011] 待处理水的⑶^值为小于20mg/l，具体可小于10mg/l或小于4mg/l;
[0012] 所述水处理工艺具体可为03/BAC水处理工艺。
[0013] 本发明还提供了一种利用活性炭进行水处理的方法，包括如下步骤：在03/BAC水 处理工艺中用活性炭进行水处理；其特征在于：所述活性炭按照如下标准选择：
[0014] 选择孔隙直径不小于待处理水中的有机物的分子直径的1. 7倍的活性炭。
[0015] 上述方法中，所述活性炭的孔隙直径为所述待处理水中的有机物分子直径的 1. 7-3 倍。
[0016] 每升所述待处理水中分子量为l〇〇〇Da以下的有机物分子的质量大于30mg时，所 述活性炭中的孔隙直径为丨7A~37.9丨A。
[0017] 待处理水的C0Dto值为小于20mg/l。
[0018] 所述水处理工艺具体可为03/BAC水处理工艺。
[0019] 上述两方法中，所用活性炭具体可为购自江苏省泰兴一心活性炭科技有限公司的 JT-1型活性炭。
[0020] 在具体水处理过程中可按照如下步骤进行：
[0021] 1)确定活性炭的有效孔隙结构
[0022] 活性炭是由微细的石墨状微晶体和将它们连接在一起的碳氢化合物构成，固体部 分之间的间隙即是孔隙。研究表明，并非所有的活性炭孔隙都能发挥吸附污染物的作用。根 据分子本身的大小不同，每种物质都有对应的最小孔隙尺寸，污染物能进入的孔隙称为有 效孔隙(或将污染物能够接近的活性炭表面称为有效表面)。
[0023] 针对活性炭去除的主要对象一有机物分子而言，本发明人通过实验找到了这个区 分有效和无效孔隙的数值，即D/d> 1. 7,也就是说，只有孔隙直径大于等于污染物分子直 径的1.7倍时，吸附才能发生。由此便可以根据污染物分子的大小来确定所需要的活性炭 的孔隙结构。
[0024] 2)确定活性炭的孔隙结构分布
[0025] 2. 1)测定C01 (或T0C)的分子尺寸及分子量大小
[0026] 活性炭在给水深度处理中的作用是去除以C0Dto (或T0C)为表征的有机化合物。 这些物质的存在给人类带来许多危害。文献中曾经用图1将构成C0D或B0D的物质的分子 尺寸进行了归纳，其尺寸均在50A以下，对应的分子量为10000道尔顿。由此找到了表征 COD^的物质，其分子尺寸均小于50人，对应分子量为1〇〇〇〇。
[0027] 基于以上认识可知，要使活性炭孔隙适应全部的污染物是不大可能的，只能照顾 多数。鉴于原水中有机物呈现以低分子量有机物为主的特征，于是将着眼点立足于分子量 <lkDa以下的污染物质。分子量处于这个范围的物质有：糖类、合成染料、杀虫剂、除莠剂、 内毒素(致热质一引起发烧的物质)。上述这些物质中除糖类对人类不构成危害外，其余几 项都是人类健康有害的物质，需要认真对待加以去除。另据Chang等的研究，消毒副产物 (DBP)中的CHC13和CHC12主要是由相对分子质量1~0. 5kDa的有机物产生，而毒性更大 的CHClBr2和CHBr3则是由相对分子质量〈0. 5kDa的有机物产生。因此，将活性炭孔隙分布 所适应的污染物分子量定在lkDa以下是有现实意义的。
[0028] 本发明人通过先测定新鲜炭的孔径分布，再测定饱和炭的孔径分布开展了活性炭 有效孔隙直径的研究工作，研究结果表明，只有当孔隙的直径（D)与吸附质分子直径（d)只 比大于1. 7倍时的孔隙容积才是有效的，S卩，只有孔隙直径大于等于污染物分子直径的1. 7 倍时，吸附才能发生；孔容的利用率是D/d的函数，其最高利用率发生在1. 7〈D/d〈3的范围 内。随着D/d值的增大，孔容利用率降低。活性炭的吸附容量取决于其有效孔隙容积的多 少。有效孔隙容积大，则吸附量就大；有效孔隙容积小，则吸附量就小。由此，根据孔容利用 率，即D/d的大小，就可以选择适合吸附目标污染物的活性炭。
[0029] 具体的说，知道了吸附用给水深度处理活性炭所需要的孔隙结构特征，可以在选 择活性炭时做到有的放矢，即针对预处理水中有机物含量的多寡、分子量分布，来确定合适 的孔隙结构，从而大大提高水处理效果，做到资源合理配置、物尽其用。
[0030] 根据本发明提供的活性炭的孔隙直径不小于所述污染物分子直径的1. 7倍的结 论，可得到不同分子量有机物的分子尺寸及所需要的活性炭的最小孔径，详见表1。
[0031] 表1、分子量、分子尺寸及对应孔径的推算值
[0032]
【主权项】
1. 一种利用活性炭进行水处理的方法，包括如下步骤：在水处理工艺中用活性炭进行 水处理；其特征在于：所述活性炭按照如下标准选择： 选择碘吸附值大于950mg/g且亚甲基蓝的吸附值大于200mg/g的活性炭。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：每升待处理水中，分子量为1000 Da以下 的有机物分子的质量大于30mg。
3. 根据权利要求1-2任一所述的方法，其特征在于：待处理水的CODsfa值小于20mg/l。
4. 根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于：所述水处理工艺为03/BAC水处理 工艺。
5. -种利用活性炭进行水处理的方法，包括如下步骤：在水处理工艺中用活性炭进行 水处理；其特征在于：所述活性炭按照如下标准选择： 选择孔隙直径不小于待处理水中的有机物的分子直径的1. 7倍的活性炭。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述活性炭的孔隙直径为所述待处理水 中的有机物分子直径的1. 7-3倍。
7. 根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于：每升所述待处理水中分子量 为1000 Da以下的有机物分子的质量大于30mg时，所述活性炭中的孔隙直径为17 A~ 37.91 Ao
8. 根据权利要求5-7任一所述的方法，其特征在于：待处理水的CODsfa值小于20mg/l。
9. 根据权利要求5-8任一所述的方法，其特征在于：所述水处理工艺为03/BAC水处理 工艺。
【专利摘要】本发明公开了一种利用活性炭进行水处理的方法。该方法包括如下步骤：在水处理工艺中用活性炭进行水处理；其中，所述活性炭按照如下标准选择：选择碘吸附值大于950mg/g且亚甲基蓝的吸附值大于200mg/g的活性炭；或者，选择孔隙直径不小于待处理水中的有机物的分子直径的1.7倍的活性炭。该方法能够使吸附用活性炭的选择有的放矢，具有重要的应用价值。
【IPC分类】C02F1-28
【公开号】CN104761018
【申请号】CN201410003205
【发明人】刘文君, 董丽华, 蒋仁甫, 王占生
【申请人】清华大学, 泰兴一心活性炭科技有限公司
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2014年1月3日