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活性炭过滤器出现的问题
time:2020-07-31 10:01:32
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 活性炭过滤器自20世纪90年代以来,越来越引起电厂化学水处理工艺的重视和采用,进入21世纪,化学水处理科学技术得以快速发展,盘滤、超滤、微滤、纳滤、反渗透、电连续除离子设备EDI,越来越被广泛采用。但活性炭过滤嚣仍然在其占有重要的一席之地,众多反渗透系统大都采用,它的活性吸附力除去水中有机物胶体和水中余氯是不可替代的。活性炭过滤器具有使用性强,而且货源充足,价格便宜,设备系统简便,操作简单,使用寿命长等优点。但在使用中仍然存在许多问题,值得化学专业人员注意

1.活性炭的制造与性能

 在使用活性炭过滤器的电厂化学水处理中,通常人们都知道活性炭过滤器可除去水中杀菌剂余氯,并可吸附过滤除去有机物和胶体物质,但对活性炭的制作和性能了解较少,现在此作进一步介绍,供读者参考和选用。

  1.活性炭的制造

  (1)活性炭的制作原料。几乎任何炭质材料都可以用来制造活性炭。

   植物类原料有木材、锯末、甘蔗渣、稻壳、纸浆渣、果壳,主要为木质活性炭和果壳活性炭,其中果壳活性炭是水处理用活性炭过滤器的最主要滤料。

  无机类原料有褐煤、烟煤、无烟煤、泥炭等,其中无烟煤活性炭质量最好。

  有机类原料有石油脚、石油焦炭、石油沥青等。

 制作活性炭的原料。其灰分含量是关系活性炭质量和性能的重要因素。活性炭灰分含量越低质量越好,吸附性能越强。

    (2)活性炭的主要制作过程。活性炭的制造主要分成两个步骤:一是炭化、二是活化。

    1)炭化。也叫热解,是在隔绝空气的条件下,对原料加热,加热温度一般在6000C以下。炭化的主要作用是:一使原材料分解释放出水和气、一氧化碳、二氧化碳和氢气、硫化氢等气体。

    二是使原材料分解成碎片,并重新组合成稳定结构。原材料经炭化后便成为一种由碳原子晶体构成的孔隙结构,其比表面积达200400m2/g

    2)活化。活性炭制作过程中的活化,是在有氧化剂的作用下,对炭化后的活性炭半成品材料加热,以产生具有活性的炭。当氧化过程中温度升至800900℃时,一般用蒸汽或C02为氧 化剂;当氧化温度在600℃时,一般用空气为氧化剂进行活化。

    活化过程所起的作用主要有以下三方面:

    第一:生成新的微孔,并将原来闭塞的微孔打通。

    第二:扩大原有毛细孔的直径。

    第三:把相邻的微孔合并成更大的孔。

    活性炭经活化后,就产生了更完善的孔隙结构,并可使其比表面积由原来的200400m2/g扩大致1000l200m2/g,而且同时把活性炭表面的化学结构固定下来。

活性炭的孔隙大小分为微孔、中孔和大孔三个级别,孔径分别为小于2nm260nm60nmlOtim

2.活性炭的吸附以及除余氯原理

(1)吸附原理。活性炭的吸附,是一个由迅速扩散和缓慢扩散两个过程进行的,迅速扩散是溶质分子在炭粒内沿径向均匀分布,在阻力小的大孔径中进行的;当分子从大孔径向相邻的微孔中扩散时,由于受到狭窄小孔径的大阻力,故非常缓慢,称为慢扩散。微孔在炭粒内也是均匀分布的,但不构成径间的迅速扩散,所以说活性炭的吸附包括迅速扩散和缓慢扩散两个过程。

    活性炭表面具有一定的化学和物理吸附能力,其含氧官能团可在水中发生离解,使活性炭表面具有某些阴离子特性,并使其极性增强,不但可去除水中的非极性物质,也可吸附极性物质,并优先吸附水中极性较小的有机物。含碳越高,其范德华力越大,水中溶解度越小的脂肪酸越易被活性炭吸附,甚至微量的金属离子及其化合物,尤其对溶解度小、亲水性差、极性强的有机物,具有较强的吸附能力。而对于大分子量的有机物,由于其憎水性强,体积大,其膜扩散和内扩散速度慢,活性炭较难吸附,并易堵塞活性炭的网孔,故形成不可逆吸附。

    为此,天然水不可直接进入活性炭过滤设备,必须经混凝过滤,先除去水中大分子量有机物胶体或用超滤谩备,其吸附脱除中小分子量的有机物胶体效果更佳。

    由此可见,利用活性炭去除天然水中及反渗透进水中的有机物胶体污染物,是目前最行之有效的方法。其主要吸附方式可概括为:一是范德华引力吸附。但其力很弱小,两者分子间不发生电子转移,形不成化学键。二是有机物胶体在活性炭表面之间有电子交换或共享。前者是物理的吸附,是可逆的,而后者是化学吸附,是不可逆的。但无论是哪种形势吸附,都必须先接受活性炭本身结构的孔道尺寸是否能够使有机物进入,而后才会被吸附。

    活性炭对有机物胶体吸附的最佳分子量在5003000范围内,而分子量大于活性炭孔径的有机物,难以被活性炭吸附。但能在活性炭滤料上,被机械过滤除去约30%,而分子量小于500的富维酸有机物很难除去,会透过活性炭滤料,随水流进入下步水处理装置,进入反渗透设备,被反渗透膜截留,从而造成污染,反渗透膜只能去除相对分子量大于200的有机物。

    (2)除余氯原理。活性炭除去水中的游离氯,不是单纯的物理吸附作用,而是在活性炭表面起化学催化作用。并很快水解分离出原子氧[O],此[O]很快与碳反应生成二氧化碳,从而使水中的余氯消失,

    所以,活性炭除去水中余氯并不是单纯的吸附作用,更主要的是化合反应,生成盐酸和CO2,使水的pH值降低,降低的程度与水中的余氯含量有关。为此,活性炭过滤器运行一年后,其滤料会减少,当减少到一定数量时,必须进行补充,以保持滤料层的厚度,保证产水的水质。