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污水处理活性炭
时间:2021-03-12 06:59浏览次数:

活性炭是一种石墨形式,经过加工后在碳原子之间产生了数百万个细孔。  这将表面积增加到多达300-2,000 m2 / g。

活性炭表面积的增加使该材料适合吸附,通过该过程可以除去液体,蒸汽或气体中的杂质。  污染物分子通过静电吸引或通过化学吸附(化学吸附)保持在碳的内部孔结构中,如果已浸渗了碱性活性炭,则将其保留在碳的内部孔结构中。  吸附过程有助于碳去除有害物质(通常是有机化合物),某些类型的活性炭也可以引发化学反应,和/或充当生物质和化学物质的载体。

活性炭是由碳质原料制成的,例如坚果壳,椰子壳,椰壳纤维(椰子壳纤维),泥煤,木材,褐煤,烟煤和石油沥青。

活性炭类型

挤压活性炭(EAC):将粉末状活性炭和粘合剂融合在一起,并熔融成直径为0.8至130毫米的圆柱形活性炭块。  由于它们的低压降,高机械强度和低粉尘含量,它们主要用于气相应用。

颗粒活性炭(GAC):是一种活性炭,大多数颗粒都超过一定尺寸,50目筛(0.297毫米)[根据AWWA(1992)B604]或80目筛(0.177毫米)[根据ASTM ]和更大。

与粉末状活性炭相比,粒状活性炭具有相对较大的粒度,因此呈现出较小的外表面。  因此,被吸附物扩散到内部孔表面中是重要的因素。  由于扩散速率与颗粒大小有关,因此碳颗粒或筛孔大小越小,吸附越快(例如,需要更少的接触时间)。  粒状碳用于水处理,除臭和分离流量系统的组件,也用于快速混合池。  GAC用8×20、20×40或8×30和12×40等尺寸表示,用于液相应用,而4×6、4×8或4×10表示用于气相应用。  最受欢迎的水相碳的尺寸为12×40和8×30,因为它们在尺寸,表面积和压头损失特性之间具有良好的平衡。

粉末状活性炭(PAC):颗粒尺寸小于100目的活性炭。  大部分颗粒通常小于325目。

该图像中的每个粒子尽管只有约0.1毫米宽,但其表面积均为几平方米。  传统上,粉状活性炭以颗粒形式制成粉末或细粒。  因此,它们具有大的表面体积比和较小的扩散距离。  由于会发生高扬程损失,PAC不常用在专用容器中。  PAC通常直接添加到其他过程单元中,例如原水入口,快速混合池,澄清池和重力过滤器。  如果在下游工艺中不受欢迎,则必须通过机械过滤除去PAC。

特殊产品类型

酸洗碳:活性碳包含不同量的灰分,具体取决于原料和工艺。  在将碳放入酸性物流应用中之前,酸洗将去除或浸出大部分可溶于酸的灰分和金属。  酸洗的程度通常由产品的酸溶性灰分和/或酸溶性铁(指示所有金属)来表示。  酸洗可减少将废水的pH降至可接受水平所需的漂洗量。  但是,仅用酸洗通常不足以消除最初的高废水pH值。

催化碳:通常,任何活性炭产品都具有一定的催化活性,这是由于在其石墨基面的角上存在少量化学官能团。  为了增强碳的催化活性,通过化学或其他方法对表面进行改性,其中以使所得碳提供增强的催化能力的方式改变碳的电子结构。  结果,通过该方法产生的催化碳(也称为“表面改性的”碳)不仅具有丰富的化学吸附能力,而且具有丰富的物理吸附能力。  催化碳在去除氯胺方面比标准碳更有效。  一项测试表明,在相同条件下运行时,氯胺的穿透能力是标准活性炭的5倍。

pH稳定碳:大多数活性炭产品产生的初始废水的pH值大于7。pH  的实际升高取决于几个因素,例如活性炭上的表面电荷,原料的灰分,总溶解固体(TDS) ),进水的缓冲能力和进水的pH值。  从历史上看,最初的pH升高被认为是由于活性炭的灰分含量所致。  但是,最近的研究表明,单独的酸洗通常不足以消除最初的高流出物pH值。  现在认为初始pH升高的主要机理是由于在活化过程中形成的碳上带正电荷的位点。  这些位点似乎可以交换给水中的阴离子,从而提高pH值。  解决pH升高问题的方法是通过控制活性炭表面的氧化,抑制离子交换现象并稳定废水的pH。  pH稳定的碳用于减少将新鲜的碳床投入使用时可能发生的潜在pH峰值(幅度和持续时间)。  碳将具有最大“修饰的接触pH”的附加规格,以表明它是pH稳定的产品。

活性炭的定义和性质 

磨损/硬度值:颗粒状或颗粒状活性炭在处理和使用过程中抗磨损能力的相对度量。

吸收:分子被液体或固体吸收并分布在整个液体或固体体内的过程,通常与介质溶胀有关。  活性炭不吸收其他物质(杂质)。

吸附:一种过程,其中分子或原子通过化学或静电(物理)力(或两者)物理吸引并聚集在内表面上。

表观密度:通常以g / cm3(g / ml)或磅/立方英尺为单位。  表观密度用于确定固定体积的活性炭的重量。  活性炭的固体或骨架密度(例如,如果去除了所有孔隙)通常在2.0到2.1 g / cm3(125-130 lbs / ft3)之间。  但是,活性炭样品的很大一部分由颗粒内部和之间的空隙组成,因此实际操作(表观)密度较低,通常为0.4至0.5 g / cm3(25-31 lbs / ft3)。  较高的表观密度可提供较大的体积活度,并且在比较相同的原料时通常表示质量更好的活性炭。  它还可以指示不同的原材料(例如烟煤vs.褐煤vs.木材)。

化学吸附(化学吸附):被吸附物与固体表面的结合,涉及表面和被吸附物之间的化学反应。  在吸附剂表面产生新的化学键。  例子包括非常明显的宏观现象,例如腐蚀以及与多相催化作用有关的微妙影响。  被吸附物与基材表面之间的强相互作用产生了新型的电子键。  在去除有机物的一个例子中,有机化合物首先吸附到碳的内表面/吸附孔中,然后可以与碳中的浸渍剂反应,形成吸附性更高的物质或毒性较小并可以沿着床层离开床层的物质。与流程流。

空床接触时间(EBCT):水与活性炭接触的时间。

碘值:与0.02N碘浓度的滤液平衡时,一克碳吸附的碘量(毫克)。  碘值通常以mg / g(典型范围500-1,200 mg / g)报告。  最好将其理解为总孔体积的指标。  碘值是液相应用的标准量度。

清除机制

活性炭可根据应用程序执行多种功能:

•吸附:去除液体, 蒸气或气体中的杂质活性炭最常见的应用

•还原:例如基于化学还原反应从水中去除氯和氯胺

•催化:催化许多化学转化,或作为催化剂(例如 贵金属)的载体

•生物质的载体:生物 过滤器中的支撑材料

在大多数应用中,活性炭通过吸附去除液体,蒸气或气体中的杂质。

活性炭通过氧化还原反应而不是通过吸附与氯发生化学反应,从而从水中除去氯。

应用领域

粉末状活性炭通常在反应罐中用作“成分”,以粉状或浆状形式进料,与过程流体中的污染物反应。  它也用于处理空气,例如在防毒面具和类似应用中。

颗粒状活性炭是固定床水处理系统的首选介质,因为它具有表面积(例如粒度)和压降的最佳组合。

挤出的活性炭将粉末状的活性炭与粘合剂结合在一起,然后将其融合在一起,然后挤压成固定形状的活性炭块。  该块还可以包括特殊的吸附剂,例如沸石或用于特定应用的氧化过滤介质。  挤出的活性炭因其低压降,高机械强度和低粉尘含量而主要用于水处理和气相应用。  常见的应用是使用点筒式过滤器。

使用活性炭的行业包括:

水处理:活性炭的最大用途是在水的净化和饮用水处理中。  它用于各种水处理行业,包括市政供水处理,废水处理,游泳池,水族馆甚至家庭过滤系统。

空气净化:活性炭用于控制许多环境(包括房屋,制造设施和手术室)中潜在的有害,对环境有害或难闻的气味。

食品和饮料:食品和饮料行业使用活性炭作为各种过程的一部分,例如糖的脱色,纯化有机化合物,除氯,纯化CO2,脱咖啡因和许多其他实践。

工业:活性炭被用作许多工业应用的催化剂。天然气加工,天然气储存和输送,金矿回收,药物提纯和许多其他实践。

医疗:活性炭可以在世界上几乎每家医院,诊所或医生办公室找到。  仅用于列举几种应用,它被用作毒物处理,气味控制,过滤,呼吸面罩和伤口敷料。

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