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活性炭在水处理工艺的应用第一部分活性炭的基础知识2/62第一章活性炭的概念活性炭是一种多孔的炭结构，因其具有巨大的比表面积（1克质量的表面积高达1200-1300㎡甚至更大），可吸附去除多种化学物质，活性炭能选择性地吸附非极性物质，孔径大小不同的孔隙，能吸附分子大小不同的物质。活性炭能够从含量极微的体系中进行吸附，并能脱附再生，是其他技术很难达到的，因而其广泛应用于水质净化，大气环保，食品制造，化工、医药等行业。3/62第二章活性炭应用的简单介绍作为催化剂和催化剂的载体作为医药保健品使用、清肠剂肾病病人血液透析应用于无公害农业生产、土壤改良、制作高能电动汽车电池液相吸附气相吸附其他应用食品工业的应用水质净化制药工业的应用化学工业和其他工业的应用大气污染的治理有害有毒气体的防护其他工业用途4/62第二章活性炭在水质净化处理中的应用活性炭对分子量在500～3000的有机物有十分明显的去除效果，去除率一般为70%～86.7%，可经济有效地去除嗅、色度、重金属、消毒副产物、氯化有机物、农药、放射性有机物等。活性炭净化处理易于自动控制，对水量、水质、水温变化适应性强，目前常用的活性炭使用方法主要有一、粉末活性炭投加（PAC）、二、颗粒活性炭吸附净化（GAC）、三、生物活性碳处理（BAC）三大类。。第三章活性炭的生产工艺5/62含炭物质（煤，椰子壳，沥青，木屑等）炭化料活化料活性炭成品炭化（高温热解）活化（活化剂打孔）后处理（精制、破碎、筛分、包装）3.2.1活性炭简化生产工艺图第四章6/624.1活性炭的孔隙结构参照前苏联科学院的杜比宁（DUBININ）划分法，活性炭的孔隙分类如下：微孔孔隙直径≤2nm中孔孔隙直径＝2nm-50nm大孔孔隙半径＞50nm微孔又分为真微孔（d＜0.6-0.7nm）和次微孔（0.6-0.7nm＜d＜1.5-17nm），并指出研究和生产次微孔发达的活性炭是活性炭工作者的重要任务。。活性炭的孔隙结构模型图活性炭的空隙结构、孔径分布及功能第四章6/624.2活性炭的孔径分布微孔（孔径小于2nm)拥有很大的比表面积，微孔构成的内表面积占总面积的95％以上，活性炭对有机物的去除主要是微孔吸附作用。活性炭的孔径特点决定了它对不同分子大小有机物的去除效果不同。试验结果表明，活性炭易于吸附水中苯类化合物和小分子量腐殖质，对分子量500-1000的腐殖质，可吸附面积达GAC吸附面积的25％去除率一般为70％～86.7％，而对分子量小于500和大于3000的有机物则达不到有效去除的效果活性炭的空隙结构、孔径分布及功能第四章4.3活性炭的孔隙结构功能图尺寸（nm）110102103104105106（mm）10-610-510-410-310-210-11孔隙微孔中孔大孔功能吸附小分子吸附大分子担载触媒，药剂担载细菌，微生物7/62活性炭的空隙结构、孔径分布及功能第四章8/624.4.美国陶氏（DOW）化学公司水污染尺寸一览表活性炭的空隙结构、孔径分布及功能第五章活性炭使用性能一般性探讨及选择5.1涉及到活性炭使用的活性炭常用性能：1）颗粒活性炭机械强度，由于颗粒活性炭在使用过程中，要反冲洗及再生操作；因而活性炭要有一定的机械强度。因煤质活性炭原料来源广泛、机械强度好，故自来水、工业废水处理用活性炭通常选用煤质活性炭。2）活性炭的吸附性能，活性炭的吸附性能和活性炭的孔径分布有很大关系，一般而言，孔径小的无烟煤活性炭适合于脱臭及溶剂回收的气相吸附中；孔径较大的烟煤活性炭适、用于水中去除各种有机物及农药之类的液相吸附中。3）活性炭性能差异性特征由于原料和活化方法的不同，造成活性炭成品孔径分布状态、表面结构等方面的差异，给活性炭的性能带来很大的差别，所以必须根据使用目的选择最合适的活性炭及使用方法。9/62第五章活性炭使用性能一般性探讨及选择9/624）吸附速度吸附速度用于预测要让吸附物质与活性炭接触多长时间才能达到目的，根据吸附速度可以决定吸附装置的大小，在等温条件下，活性炭的吸附速度由下述3个过程决定。•在活性炭颗粒表面上流体薄膜内的物质移动速度•活性炭颗粒内的扩散速度•向颗粒内空隙内移动的速度计算速度的方法有（Boyd）法、（Kay）法、德赖等、及桥本法，各有一套理论，可以参考，一般认为，在活性炭的场合，颗粒活性炭的扩散系数值大小在10-5到10-7cm2/s左右第五章活性炭使用性能一般性探讨及选择9/625）溶质性质对活性炭吸附的影响1）溶解度大的时候，溶质与溶剂结合力比较大，活性炭对溶质吸附前，必须对溶质与溶剂的结合进行破坏，因而活性炭对溶质的吸附能力就相对小。（多数情况下成立）2）分子量大的物质吸附速度比较慢3)液体温度对吸附的影响：液体温度比常温高时，产生吸附速度变快的优点。4）由于活性炭带有负的表面电荷，虽然有的场合，吸附状态也发生变化；但总体上，多数场合是弱酸一侧的吸附效果比较好。国内常用的几种煤质活性炭及生产工艺第六章压块破碎活性炭柱状破碎活性炭原煤破碎活性炭柱状活性炭6.1历史沿革10/62压块破碎活性炭第六章11/62宁夏太西地区无烟煤磨粉液压成型柱状颗粒炭化活化筛分包装成品添加高温煤焦油作为粘结剂国内常用的几种煤质活性炭及生产工艺第七章12/62②柱状破碎活性炭的生产工艺宁夏太西地区精洗无烟煤磨粉液压成型柱状颗粒炭化活化成柱状颗粒活性炭筛分包装成品添加高温煤焦油作为粘结剂破碎成不定型颗粒活性炭国内常用的几种煤质活性炭及生产工艺第七章13/62③原煤破碎不定型颗粒活性炭的生产工艺大同弱粘烟煤块煤破碎热解炭化水蒸气活化筛分包装成品国内常用的几种煤质活性炭及生产工艺第七章14/62④压块破碎不定型颗粒活性炭的生产工艺烟煤配煤磨成煤粉压块成型破碎筛分800℃热解炭化1000℃高温蒸汽活化破碎筛分包装成品筛上料筛下细料国内常用的几种煤质活性炭及生产工艺⑤四种活性炭的优缺点比较第七章17/62压块破碎活性炭原煤破碎活性炭柱状活性炭柱状破碎活性炭生产工艺工艺复杂，价格优于柱状破碎炭工艺简单，价格便宜工艺较为简单工艺较为复杂，成本较高是否易于生物挂膜便于挂膜便于挂膜不容易挂膜较容易挂膜磨损情况耐磨性好耐磨性较差强度大，耐磨性弱于压块炭强度大，耐磨性弱于压块炭漂浮率漂浮率基本为零漂浮率高漂浮率低漂浮率低孔隙结构孔隙结构复合，中孔次微孔发达大中孔发达为主细微孔发达为主细微孔发达为主再生效果再生得率高，可以经过多次再生再生得率低，仅为70%左右再生次数不宜过多，再生一次后，强度下降很快再生次数不宜过多，再生一次后，强度下降很快柱状活性炭、柱状破碎活性炭、原煤破碎活性炭、压块破碎活性炭生产工艺及性能特点比较A水厂压块破碎炭与柱状炭使用比较第八章（1）表面特征分析①空白活性炭的SEM扫描柱状炭表面较为光滑，孔隙较少，起伏较小，压块破碎炭表面较为粗糙，孔隙明显，突起较多。18/62第八章②压块活性炭的AFM分析压块破碎炭表面起伏较大，高低极差超过1500nm，突起较多，而柱状炭的表面较为平滑，起伏较小，高低极差在700nm左右。19/62A水厂压块破碎炭与柱状炭使用比较（2）微生物附着情况①表面活性炭的SEM扫描活性炭表面粘附着了大量的球菌、杆菌以及丝状菌等，而且压块破碎炭表面的微生物附着量及密度明显高于柱状炭表面。第八章20/62A水厂压块破碎炭与柱状炭使用比较②活性炭表面微生物量分析在不同的炭滤池深度，压块破碎炭表面的生物附着量均高于柱状炭。第八章21/62nob=nitrite-oxidizingbacteria=亚硝酸氧化细菌A水厂压块破碎炭与柱状炭使用比较（3）不同类型活性炭的运行效果比较在取样期间内，压块破碎炭对于CODMn的处理效果均高于柱状炭。在取样期间内，压块破碎炭对于NH3-N的处理效果均高于柱状炭。第八章22/62A水厂压块破碎炭与柱状炭使用比较第九章23/62活性炭的主要性能指标体系介绍①碘（吸附）值碘（吸附）值是活性炭柱吸附碘溶液里的碘的能力，单位是gm/g，是活性炭孔隙结构的相对示性值，可用来表征活性炭的总表面积和活性炭是否活化好的标志。但它不一定是活性炭吸附其他物质的量度。9.1水净化用活性炭的吸附性能指标介绍第九章24/629.1活性炭的吸附性能指标介绍②亚甲蓝吸附值在给水处理应用活性炭的技术指标中，亚甲蓝吸附值是一个特别重要的关键指标。如果从亚甲蓝分子表面取向，则表面积为1.35n㎡，垂直取向时的面积为0.78n㎡，其尺寸稍大于水中致臭物质2-MIB（2-甲基异茨醇和土臭素）。因而亚甲蓝吸附值反应了活性炭的脱臭能力，亚甲蓝的吸附值高，则脱除臭味的效果就好。水净化用活性炭的主要性能指标体系介绍第九章25/629.1活性炭的吸附性能指标介绍③酚值生活饮用水水源中的污染物浓度比非饮用水中的污染物浓度低很多，一般为几个ppm甚至几个ppb。这就要求生活饮用水净化活性炭，在低浓度的范围内，有较强的吸附力。酚值是衡量活性炭吸附低浓度物资能力的指标酚值的定义为：将水中的含酚量从100ppm降至10ppb时的粉末活性炭投加量（gm/L）浓度水平ng/L(ppt)µg/L(ppb)mg/L(ppm)水系传染病1895~19701960198019902000（年）浊度成分重金属离子消毒副产物合成有机化合物霉味生活饮用水处理对象与浓度水平水净化用活性炭的主要性能指标体系介绍第九章26/629.1活性炭的吸附性能指标介绍④、比表面积活性炭空隙结构的总面积，用以表征活性炭总的吸附量的参考性指标。⑤、孔容积活性炭空隙结构总的容积，用以表征活性炭总的吸附量的参考性指标。水净化用活性炭的主要性能指标体系介绍第九章27/62①活性炭的粒径很明显，活性炭的粒径越小，活性炭和液体接触的外表面积越大[c㎡/cm³]吸附质进入活性炭的通道就越多，吸附质在活性炭孔隙中扩散的距离越短，吸附效果就越好。粒径规格粒径尺寸8目X16目2.36-1.18mm8目X20目2.36-0.85mm8目X30目2.36-0.60mm10目X30目2.00-0.60mm12目X40目1.70-0.425mm14目X40目1.40-0.425mm20目X40目0.85-0.425mm20目X50目0.85-0.30mm30目X60目0.60-0.25mm9.2活性炭的粒径及流动性指标介绍水净化用活性炭的主要性能指标体系介绍第九章9.2活性炭的粒径及流动性指标介绍②均匀系数：让产品的60%通过的筛孔尺寸（d60）与同一产品通过10%的筛孔尺寸（d10）之比值。是反应活性炭颗粒均匀性的指标③有效粒径：让产品的10%通过的筛孔尺寸（d10）例如：粒度分布有10%的产品粒径小于0.5mm则此产品的有效粒径即为0.5mm，是反应活性炭颗粒大小有效性的一个指标注意：有效粒径和均匀系数均不适用于柱状活性炭水净化用活性炭的主要性能指标体系介绍28/62第九章29/62④装填密度在规定的装填条件下，单位体积内所含活性炭的质量其测定方法是GB/T7702.4⑤.漂浮率活性炭投入水溶液中，漂在水面上的布恩与总投入量的比例，单位%数压块破碎活性炭漂浮率几乎为零。原煤破碎活性炭漂浮率在6-10%。9.2活性炭的粒径及流动性指标介绍水净化用活性炭的主要性能指标体系介绍第九章30/62①.机械强度生活饮用水净化用活性炭在运输、装填、反冲洗过程中，再生会受到各种外力的作用，从而引起炭粒因受冲击而破碎，颗粒间摩擦而产生炭粉，因而需要较好的耐磨性目前国标活性炭强度的测定方法GB/T7702.3（球盘法来测定）压块破碎炭因其颗粒比较圆润其耐磨性较好，原煤破碎活性炭因其棱角较多，片状物较多，其耐磨性较差。9.3活性炭的强度指标水净化用活性炭的主要性能指标体系介绍第九章31/62②.化学强度在生物活性炭中，前面工序进行臭氧处理，从而存在着由于流入水中的臭氧导致活性炭强度下降及影响再生的悬念。据有关报道，关于实际处理设施中使用4年的颗粒活性炭的强度变化，刚开始使用时为96%-97%，4年后降低至76%-82%。强度已成为活性炭使用期限的一个因素。得利满的设计规范中，要求颗粒活性炭的化学强度（