《水处理活性炭》PPT课件.ppt

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1、活性炭在水处理工艺的应用活性炭在水处理工艺的应用第一部分第一部分活性炭的基础知识活性炭的基础知识2/62第一章第一章活性炭的概念活性炭的概念 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第二章第二章活性炭应用的简单介绍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

2、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第二章第二章活性炭在水质净化处理中的活性炭在水质净化处理中的应用应用 活性炭对分子量在5003000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

3、物活性碳处理（BAC）三大类。第三章第三章 活性炭的生产工艺活性炭的生产工艺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）活性炭简化生产工艺图第四章第四章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）和次微孔（d1.5-17nm），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、孔径分布及功能活性炭的空隙结构、

4、孔径分布及功能第四章第四章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7086.7，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、孔径分布及功能活性炭的空隙结构、孔径分布及功能第四章第四章4.3活性炭的孔隙结构功能图尺寸（nm）110 102103104105

5、106（mm）10-610-5 10-410-310-210-11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、孔径分布及功能活性炭的空隙结构、孔径分布及功能第四章第四章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、孔径分布及功能活性炭的空隙结构、孔径分布及功能第五章第五章活性炭使用性能一般性探讨及选择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

6、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第五章第五章活性炭使用性能一般性探讨及选择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

7、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左右第五章第五章活性炭使用性能一般性探讨及选择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）

8、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国内常用的几种煤质活性炭及生产工艺第六章第六章压块破碎压块破碎活性炭活性炭柱状破碎柱状破碎活性炭活性炭原煤破碎原煤破碎活性炭活性炭柱状柱状活性炭活性炭6.1历史沿革10/62压块破碎压块破碎活性炭活性炭第六章第六章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

9、活性炭及生产工艺国内常用的几种煤质活性炭及生产工艺第七章第七章12/62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国内常用的几种煤质活性炭及生产工艺第七章第七章13/62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国内常用的几种煤质活性炭及生产工艺第七章第七章14/62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

10、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国内常用的几种煤质活性炭及生产工艺四种活性炭的优缺点比较四种活性炭的优缺点比较第七章第七章17/62压块破碎活性炭压块破碎活性炭原煤破碎活性炭原煤破碎活性炭柱状活性炭柱状活性炭柱状破碎活性炭柱状破碎活性炭生产工艺生产工艺工艺复杂，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是否易于生物挂膜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孔隙结构复合，中孔次微孔发达

11、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水厂压块破碎炭与柱状炭使用比较第八章第八章（1）表面特征分析）表面特征分析空白活性炭的空白活性炭的SEM扫描扫描 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第八章第八章压块活性炭的压块活性炭的AFM分析分析 压块破碎炭表面起伏较大，高低极

12、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水厂压块破碎炭与柱状炭使用比较（2）微生物附着情况）微生物附着情况表面活性炭的表面活性炭的SEM扫描扫描 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。第八章第八章20/62A水厂压块破碎炭与柱状炭使用比较水厂压块破碎炭与柱状炭使用比较活性炭表面微生物量分析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。第八章第八章21/62nob=nitrite-oxidizing b

13、acteria=亚硝酸氧化细菌 A水厂压块破碎炭与柱状炭使用比较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）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。第八章第八章22/62A水厂压块破碎炭与柱状炭使用比较水厂压块破碎炭与柱状炭使用比较第九章第九章23/62活性炭的主要性能指标体系介绍碘（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

14、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第九章24/629.1活性炭的吸附性能指标介绍亚甲蓝吸附值 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。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第九章25/629.1活性炭的吸附性能指标介绍酚值 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p

15、pb。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)g/L(ppb)mg/L(ppm)水系传染病189519701960198019902000（年）浊度成分重金属离 子 消毒副产物合成有机化合物 霉味生活生活饮饮用水用水处处理理对对象与象与浓浓度水平度水平水净化用活性炭的主要性能指标体系介绍第九章第九章26/629.1活性炭的吸附性能指标介绍、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。、孔容

16、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第九章27/62 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/cm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。粒径规格粒径规格粒径尺寸粒径尺寸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0.85-0.3

17、0mm30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第九章9.2活性炭的粒径及流动性指标介绍均匀系数：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 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第九章第九章29/62装填密度在规定的装填条件下，单位体积内所

18、含活性炭的质量其测定方法是GB/T7702.4.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第九章30/62.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

19、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第九章31/62.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（抗药性，又称酸可溶率）：指10-15g（准确称重）干燥样品与浓度为20%的盐酸接触二十四小时后，重量减少规定酸可溶率 RC8%（根据抗药性选择能抵抗水中所含药剂带来的酸性离子腐蚀的媒介物）9.3活性炭的强度指标水净

20、化用活性炭的主要性能指标体系介绍第九章第九章32/62.水溶物活性炭在水溶液中的水可溶物。9.4活性炭的安全性指标 PH值：活性炭的酸碱性。一般空气法活化未经酸洗的活性炭偏碱性。水净化用活性炭的主要性能指标体系介绍第九章第九章33/62 活性炭中的杂质内有害成分锌、砷、镉、铅不得超过国家生活饮用水卫生标准（GB5479-2006），参考日本JISK标准在CJ/T345-2010中，规定：1、锌（Zn)/(g)5002、砷（As)/(g)23、鎘（Cd)/(g)14、铅（Pb)/(g)109.4活性炭的安全性指标水净化用活性炭的主要性能指标体系介绍第九章第九章33/629.5净化水用煤质活性炭国

21、家标准水净化用活性炭的主要性能指标体系介绍GB/T7701.2-2008净化水用煤质颗粒活性炭国家标准（代替GB/T7701.4-1997）取消了灰分的指标，孔容积和比表面积不再规定具体指标，增加了附录A腐殖酸吸附值的测定，增加附录B丹宁酸吸附值的测定，增加附录C水溶物的测定。对活性炭产品的检验，规则，检验方法，标志，包装，运输，贮存做了明确的规定。第九章第九章指标 类别 项目 技术规格要求 指标 类别 项目 技术规格要求 颗粒活性炭 颗粒活性炭 粉状活性炭 吸 附 性 指 标 碘吸附值/（mg/g）800安全性指标 亚甲蓝吸附值/（mg/g）120 苯酚吸附值/（mg/g）120 二甲基异崁

22、醇吸附值/(g/g)比表面积/（m2/g）950 粒 度 指 标 1.5mm 1.252.5mm 200目 或 325目 孔容积/（cm3/g）0.65 8目16目 2.36-1.18mm 机 械 性 指 标 强度/%90 8目30目 2.36-0.60mm 装填密度/g/l 380 12目40目 1.70.425mm 漂浮率/%柱状颗粒活性炭 2 20目50目 0.85-0.30mm 不规则颗粒活性炭 3 30目60目 0.60-0.25mm 水分/%5 均匀系数 2.1 安全性指标水溶物/%0.4 有效粒径/mm 0.351.5 pH值 610 净水用煤质活性炭国家标准（GB7701.2-

23、2008)对活性炭指标的规定第十章第十章活性炭吸附柱试验活性炭吸附柱试验35/62第十一章第十一章36/62活性炭处理工艺的计划顺序活性炭处理工艺的计划顺序第十二章第十二章37/62活性炭吸附装置及运转活性炭吸附装置及运转1、固定层式吸附装置构造及运转固定层式吸附装置构造及运转第十二章第十二章37/62活性炭吸附装置及运转活性炭吸附装置及运转2、移动层式吸附装置构造及运转移动层式吸附装置构造及运转第十二章第十二章37/62活性炭吸附装置及运转活性炭吸附装置及运转3、排水处理装置流程排水处理装置流程第二第二部分部分37/62臭氧生物活性炭臭氧生物活性炭第一章第一章臭氧生物活性炭作用机理臭氧生物活

24、性炭作用机理臭氧生物活性炭是将臭氧化学氧化和消毒杀菌、活性炭物理吸附、生物氧化降解臭氧生物活性炭是将臭氧化学氧化和消毒杀菌、活性炭物理吸附、生物氧化降解四种技术合为一体的工艺。它们之间的协同作用表现在：四种技术合为一体的工艺。它们之间的协同作用表现在：一、臭氧的作用机能一、臭氧的作用机能1、臭氧或者改变有机物分子结构形态进而改善其可生化降解性，或者将其彻底氧化为、臭氧或者改变有机物分子结构形态进而改善其可生化降解性，或者将其彻底氧化为CO2和水，进而减轻活性炭的有机负荷。和水，进而减轻活性炭的有机负荷。2、同时臭氧的分解增加了水中的溶解氧，有利于活性炭上附着好氧微生物的活动；、同时臭氧的分解增

25、加了水中的溶解氧，有利于活性炭上附着好氧微生物的活动；3、臭氧能增大活性炭的比表面积、孔隙大小等。从而提高它的、臭氧能增大活性炭的比表面积、孔隙大小等。从而提高它的吸附性能。吸附性能。第一章第一章臭氧生物活性炭作用机理臭氧生物活性炭作用机理二、二、活性炭机能活性炭机能1、吸附机能：活性炭的吸附机能是基于多孔性，在活性炭以外的陶瓷及木炭之类的多孔材料中，虽然观察到与细菌大小相等、吸附机能：活性炭的吸附机能是基于多孔性，在活性炭以外的陶瓷及木炭之类的多孔材料中，虽然观察到与细菌大小相等的的1m左右的空隙比较发达，但参与吸附水中分子的左右的空隙比较发达，但参与吸附水中分子的1n左右的空隙确不怎么发达

26、。活性炭两种空隙都比较发达。其吸附机能主要表左右的空隙确不怎么发达。活性炭两种空隙都比较发达。其吸附机能主要表现在以下几个方面：现在以下几个方面：1）一般有机化合物中具有越难被微生物分解的物质其疏水性越强的倾向，与活性炭疏水性相对应，这些物质越容易被活性炭）一般有机化合物中具有越难被微生物分解的物质其疏水性越强的倾向，与活性炭疏水性相对应，这些物质越容易被活性炭吸附，通过微生物的分解和活性炭吸附的组合，扩大了能够去除的物质范围。吸附，通过微生物的分解和活性炭吸附的组合，扩大了能够去除的物质范围。2）由于活性炭具有吸附性能，能吸附去除污染物并具有吸收污染物流入量变动的机能；）由于活性炭具有吸附性

27、能，能吸附去除污染物并具有吸收污染物流入量变动的机能；3）吸附流入水中含有的妨碍生物的物质如对生物有妨碍作用的重金属及有机物等，以稳定微生物的生息环境）吸附流入水中含有的妨碍生物的物质如对生物有妨碍作用的重金属及有机物等，以稳定微生物的生息环境，活性炭还可吸，活性炭还可吸附除去微生物的代谢产物，使微生物的活性保持较高的状态。附除去微生物的代谢产物，使微生物的活性保持较高的状态。4）在活性炭表面富集微生物养分并把吸附值作为基质进行养分供给。在比非吸附载体要求浓度低的情况下，就具有形成生物）在活性炭表面富集微生物养分并把吸附值作为基质进行养分供给。在比非吸附载体要求浓度低的情况下，就具有形成生物膜

28、的能力。膜的能力。2、生物膜载体的功能：、生物膜载体的功能：1）液体的水和固体的活性炭接触存在界面，由于界面附近的对流与扩散收到限制，所以与外界激烈的变化相比较，温度、）液体的水和固体的活性炭接触存在界面，由于界面附近的对流与扩散收到限制，所以与外界激烈的变化相比较，温度、PH值以及各种物质的浓度变化变的比较缓和；值以及各种物质的浓度变化变的比较缓和；2）界面发生微生物养分的聚集；）界面发生微生物养分的聚集；3、活性炭在这里充当触媒角色，能够促进臭氧分解，并有利于溶解臭氧转化成更多、活性炭在这里充当触媒角色，能够促进臭氧分解，并有利于溶解臭氧转化成更多0HMSanchezPolo等等研究发现，

29、在研究发现，在活性炭存在的情况下，臭氧的分解常数将会增大，能促进臭氧转化为氢氧自由基，并且根据添加的括性炭添加种类的的不同，活性炭存在的情况下，臭氧的分解常数将会增大，能促进臭氧转化为氢氧自由基，并且根据添加的括性炭添加种类的的不同，Rct(Rct=【0H】dt/【03】dt)值将会增大值将会增大35倍。倍。第一章第一章臭氧生物活性炭作用机理臭氧生物活性炭作用机理三、生物膜的机能三、生物膜的机能1、分解除去水中生物可分解物质、分解除去水中生物可分解物质2、分解去除活性炭吸附的生物可分解物质，对活性炭的吸附能力起到再生的作用、分解去除活性炭吸附的生物可分解物质，对活性炭的吸附能力起到再生的作用3

30、、活性炭吸附了微生物分泌的活性酶，从而对其微孔内的有机物进行降解。在活性炭、活性炭吸附了微生物分泌的活性酶，从而对其微孔内的有机物进行降解。在活性炭长期不需要再生而能继续使用的场合，可以推测，活性炭表面上也会发生与生物作用无关长期不需要再生而能继续使用的场合，可以推测，活性炭表面上也会发生与生物作用无关的吸附质分解的之类的缓慢反应。已经确认，在活性炭存在的条件下，促进了某种农药的的吸附质分解的之类的缓慢反应。已经确认，在活性炭存在的条件下，促进了某种农药的水解及微生物的分解作用。水解及微生物的分解作用。第二章第二章臭氧生物活性炭工艺组合影响因素 实践中，影响该组合工艺的主要因素包括：臭氧投加量

31、，活性炭类型及投加量，环境温度和接触时间等。1 臭氧投加量 预臭氧投加过量对后续的混凝，沉淀不利，因为它只能将一部分有机物彻底氧化，绝大部分氧化成小分子化合物，从而增加后续处理工艺的负荷。投加臭氧的目的是为了将大部分有机物氧化为中间产物，增强其在活性炭上的吸附性，和可生物降解性，进而改善其生化效果。但臭氧投加量有一个最优化的问题，大剂量的投加臭氧虽然能使有机物全部转化为CO2和H20，但这样做将会提高费用，很不经济，还会产生溴酸盐(被疑为致癌物质)、醛类等消毒副产物。PMAlvarez等3 研究表明，投加臭氧还会在颗粒活性炭(GAC)表面上生成一些酸性基团，降低对苯酚的吸附能力，背离投加臭氧的

32、初衷。RVahala等-4 在研究臭氧剂量对两级GAC滤池对AOC去除率影响时发现，在03TOC为03-05时，AOC的转化率最大，并把AOC转化率下降归因于高剂量投加臭氧时，形成了抑止细菌生长的化合物，或者使细菌可以利用的化合物被氧化成CO2 和H2O。孔令宇等 以钱塘江水为原水通过中试研究得出结论：3mgL的臭氧投量为最佳投加剂量。第二章第二章臭氧生物活性炭工艺组合影响因素2 活性炭类型和投加量 活性炭按形状分为粉末活性炭(PAC)和颗粒活性炭(GAC)，水处理中常采用的是GAC。它具有巨大的比表面积和发达的空隙结构，对有机物的去除主要是微孔吸附作用。经过臭氧化后又可转化为BAC，进而利用

33、活性炭吸附与微生物降解的协同作用达到去除或降解有机物的目的。活性炭的投加剂量是该工艺运行的一个必要参数，也是臭氧转化为氢氧自由基的一个决定因素。在饮用水处理工艺中，投加的PAC的剂量根据水质特点通常在1100mgL之间变化，但对最优投加量还没有这方面的研究。JRiveraUtrilla等 对O3PAC工艺去除十二烷基苯磺酸钠(SDBS)进行研究。结果表明，在SDBS臭氧化过程中，低剂量的PAC会显著增ISDBS的去除率，增大PAC的剂量，效率会进一步提高。他们把原因归结为以下两个方面：(1)SDBS吸附在活性炭表面；(2)PAC的存在有助于臭氧转化为氢氧自由基。O3PAC值是臭氧转化为羟基自由

34、基的效率的一个决定性因素。第二章第二章臭氧生物活性炭工艺组合影响因素3 温度 温度是活性炭滤池运行一个重要参数，其影响主要表现在氨氮的去除效果上，春、夏、秋季的去除效果较好，冬天的去除效果欠佳。温度对有机物去除效果的影响不大，有时甚至出现去除率为负的情况，这是因为NH4+一N的生物降解过程分两步：首先在亚硝化细菌的作用下将NH4+-N转化为NO2-N，然后在硝化细菌的作用下NO2-N被进一步氧化为NO3一N。冬季的水温较低，微生物活动能力弱，对氨氮的硝化反应进行得不彻底，导致出水NO2-N浓度升高。刘建广等研究发现：生物活性炭(BAC)的生物活性随温度的降低而降低。在水温2左右时，生物活性炭滤

35、池对氨氮的去除能力相当于6以上时去除能力的50；在温度 6的条件下，生物活性炭滤池对氨氮的去除能力在进水溶解氧基本相同时,不随温度(水温，6)的变化而发生变化。他们把这种现象归因于：一方面，氧在水中有一定的饱和度，受温度的影响，温度低时溶解度就大，温度高时溶解度就少；另一方面，从生物活性方面考虑，温度低时硝化细菌的生物活性也降低。第二章第二章臭氧生物活性炭工艺组合影响因素4、空床接触时间 在生物膜工艺中，延长空床接触时间意味着延长基质与生物膜的接触时间，有利于基质的生物降解。此外，接触时间的延长也有利于污染物的矿化吸附去除。空床接触时间的增幅大对CODMN 去除效果的改善程度较为明显，但当接触

36、时间增大到一定程度时，CODMN 去除率的提高有限，这可归因于进水中可生物降解及吸附的物质所占的比例一定，中间生成不与臭氧发生反应的中问产物草酸。试验证明生物活性炭的处理效果只与空床接触时间（EBCT）有关，在同样的时间下，处理效率与滤速无明显的相关性。因次，设计时应以接触时间为活性炭滤设计运行的优先控制参数。当以去除嗅和味为主，接触时间一般为810min；当以去除CODMn为主时，一般接触时间为1215min左右。生物活性炭滤池初期运行是以物理吸附为主，之后随着活性炭表面生物膜的成其功能将转为生物吸附与生物降解为主。实际运行的生物活性炭的再生期一般可在4年以上。炭床的厚度一般采用22.5m较

37、为合理。若厚度小于2m，则滤速偏低，滤池占地面积大，不经济；厚度大于2.5m，则炭床反冲洗不干净。今后的研究重点是降低生物活性炭滤池投资成本和增加各种预处理措施与生物活性炭滤池联用提高处理效果。第三章第三章活性炭滤池的活性炭粒度参数选择活性炭滤池的活性炭粒度参数选择 上向流活性炭滤池:通常选用类似V 型滤池或翻板滤池的布水布气形式。选择1240 目、2050目、3060目粒径的压块破碎活性炭，为防止生物泄漏，控制陈后水小于1NTU.下向流活性炭滤池：为适应设计冲洗强度并避免炭砂混层,通常采用翻板滤池、采用气水反冲。选择1240 目、816 目、830 目的不定型颗粒破碎活性炭。滤速不超过10m

38、/h,接触时间不低于15min炭砂滤池：原水氨氮小于1mg/L或高锰酸钾指数小于5mg/L时，可选择炭砂滤池工艺，炭层厚度不小于1米或接触时间不小于3min.通常选用830目的颗粒活性炭38/62活性炭滤池的运行过程活性炭滤池的运行过程第四章第四章47/62第一阶段：物理吸附阶段在吸附阶段DODMn去除率逐渐下降，氨氮去除率一直上升，其他各项指标去除率比较平稳，吸附阶段同时又是挂膜阶段第二阶段：生物活性炭运行阶段运行二-三个月，活性炭生物膜完全形成，处理效果趋于稳定，进入生物活性炭运行阶段第三阶段：换炭阶段出水CODMn超标，活性炭滤池进入换炭阶段。第五章第五章活性炭滤池常见问题及解决办法活性

39、炭滤池常见问题及解决办法溴酸盐溴酸盐控制控制 温度温度影响影响 生物生物泄漏泄漏 原水溴离子原水溴离子浓度高于浓度高于0.1mg/L时，采用臭氧氧时，采用臭氧氧化化时，可采取投时，可采取投加过氧化氢或加加过氧化氢或加氨，或控制臭氧氨，或控制臭氧投加量、优化投投加量、优化投加点等措施抑制加点等措施抑制溴酸盐的产生溴酸盐的产生北方地区考北方地区考虑低温对生物作虑低温对生物作用的影响，适当用的影响，适当延长炭床接触时延长炭床接触时间间1、南方地区重点考虑生物泄漏问题，、南方地区重点考虑生物泄漏问题，在水源中枝角类、桡足类等浮游生物生长在水源中枝角类、桡足类等浮游生物生长旺盛时，采取在取水口投加适量的

40、氯、二旺盛时，采取在取水口投加适量的氯、二氧化氯等生物灭活措施，防止活体卵进入氧化氯等生物灭活措施，防止活体卵进入活性炭滤池；活性炭滤池；2、活性炭滤池的反冲洗，应具备采用含、活性炭滤池的反冲洗，应具备采用含氯水反冲的条件氯水反冲的条件3、活性炭底层除承托层外加石英砂层。、活性炭底层除承托层外加石英砂层。4、控制反冲洗强度，控制炭粉的产生。、控制反冲洗强度，控制炭粉的产生。48/62第六章第六章臭氧臭氧-生物活性炭滤池运行注意事项生物活性炭滤池运行注意事项浊度浊度控制控制 余氯余氯控制控制 吸附吸附控制控制反冲洗反冲洗控制控制一般下向流一般下向流控制炭滤池的进控制炭滤池的进水浊度水浊度3NTU

41、，否则易造成炭床否则易造成炭床堵塞并缩短工作堵塞并缩短工作周期。周期。余氯会对活余氯会对活性炭表面的生物性炭表面的生物膜产生极大的破膜产生极大的破坏，因此生产中坏，因此生产中须确保活性炭滤须确保活性炭滤池进水不得含有池进水不得含有余氯。余氯。在使用一段在使用一段时间后需人工耙时间后需人工耙平，以保证活性平，以保证活性炭吸附饱和程度炭吸附饱和程度的相对均匀的相对均匀 最好采用活性炭最好采用活性炭滤池出水，保证冲滤池出水，保证冲洗用水具有较低的洗用水具有较低的浊度和较好的水质。浊度和较好的水质。保证合理的冲洗保证合理的冲洗历时、冲洗强度和历时、冲洗强度和膨胀率。膨胀率。保证合理的反冲保证合理的反冲

42、洗周期。洗周期。49/62废水处理中使用的生物活性炭废水处理中使用的生物活性炭第七章第七章50/62 在废水处理中使用生物活性炭的情况，因废水中所含的有机质的污浊负荷大，可以认为，主要依靠微生物的分解作用，活性炭的作用重点在于稳定微生物的生息环境，通过活性炭吸附去除对生物有妨碍作用的重金属和有机物等，促进稳定地进行生物处理，通过活性炭的触媒作用促进臭氧的分解，并促进氢氧自由基的产生，增加臭氧氧化效果。废水处理中使用的生物活性炭废水处理中使用的生物活性炭第七章第七章50/62粉末活性炭同时存在的粉末活性炭同时存在的活性污泥法：活性污泥法：他是在活性污泥的曝气槽中加入粉末活性炭的方法，这是一种利用

43、活性炭所具有的种种特性，能够加稳定进行生物处理的处理技术，其优点是对水温变化的适应性好，由于吸附了界面活性剂而具有消泡的效果，改善污泥的沉降性能和脱水性能，使用过的活性炭可热再生。活性炭的再生活性炭的再生第三部分第三部分51/62 活性炭再生机理活性炭再生机理第一章第一章新鲜活性炭新鲜活性炭 活性炭是高空隙率的炭材料，具有多种多样的孔径尺寸，从可见的裂缝、缝隙到分子级大小的空隙。多孔性的结构特征使得活性炭在已知的材料中具有最强的吸附能力，分子间的吸引力，使被吸附物从溶液中吸出，附着在活性炭表面饱和炭饱和炭 在活性炭的吸附过程中，有效的空隙和内表面逐渐被污染物填满。吸附能力下降，直至饱和，或者处

44、理目标无法达到，这时的活性炭称为饱和炭。活性炭再生机理活性炭再生机理第一章第一章活性炭再生活性炭再生活性炭的再生，就是将饱和活性炭经过特殊处理，使活性炭恢复绝大部分的吸附能力，以便重新用于吸附过程。活性炭再生方法活性炭再生方法l热再生法l生物再生法l湿式氧化再生法l电化学再生法l微波辐射再生法l超声波再生法l超临界液体再生法l化学药品再生法等 活性炭再生过程详解活性炭再生过程详解第二章第二章原始状态原始状态各阶段描述：干燥阶段干燥阶段 将含水率在5080的水处理使用过的湿炭，在100-150温度下加热，首先炭粒内水分蒸发，随着温度的升高，部分低沸点有机物也随之脱附挥发。此阶段需要大量热量，占再

45、生全过程总能耗的50一 70。脱附炭化脱附炭化/焙烧阶段焙烧阶段 加热温度从150逐渐升700，低沸点的有机物首先开始脱附，到高温时，高沸点有机物被热分解，一部分转化为小分子物质脱除，其余部分通过缩聚以固定碳的形态残留下来。通常到此阶段，再生炭的吸附能力已恢复6085再生再生/活化阶段活化阶段炭化过后残留在活性炭微孔中的固定炭，需用水蒸汽、CO2等氧化性气体进行气化反应，使残留碳化物在850左右气化成CO2，CO等气体。使微孔表面得到清理，恢复其吸附性能。反应式如下：C+O2 CO2 C+H2O CO+H2 C+CO2 2CO第三章第三章活性炭再生设备活性炭再生设备 转炉转炉(1)(1)转炉介

46、绍转炉介绍 转炉又称回转炉，有一段式和二段式，加热方式有：内燃直接加热或外燃间接加热。内燃式活性炭再生炉燃烧损失较大；外燃式活性炭再生炉从炉体外侧加热，效率较低。二段回转式再生装置图，二段回转式再生装置图，干燥段为内燃式转炉，焙烧、干燥段为内燃式转炉，焙烧、活化段用外燃式转炉，须要活化段用外燃式转炉，须要微正压且通入水蒸汽活化微正压且通入水蒸汽活化。第三章第三章活性炭再生设备活性炭再生设备 一段式转炉一段式转炉(2)(2)活性炭再生恢复率与再生时达到的最高温度有关，一段式转炉活化段温度升至750后不易再上升。一段式转炉炉体长达15m，所以炉体往往要变形。回转式再生装置操作较简单。炭再生损耗率7

47、9，耙式炉又称多段耙式炉又称多段炉或多层炉，在炉或多层炉，在美国和日本使用美国和日本使用普遍，由多个圆普遍，由多个圆桶形炉膛床层叠桶形炉膛床层叠连在一起，外壁连在一起，外壁为钢制结构，内为钢制结构，内壁为耐火材料砌壁为耐火材料砌成。具体装置结成。具体装置结构见图。构见图。根据实际生产需根据实际生产需要，可设计具有要，可设计具有不同生产能力的不同生产能力的耙式炉。耙式炉耙式炉。耙式炉能稳定而连续的能稳定而连续的运转一年左右，运转一年左右，再生过程中，能再生过程中，能够任意的调节物够任意的调节物料在炉内的滞留料在炉内的滞留时间，再生得率时间，再生得率高高第三章第三章活性炭再生设备活性炭再生设备3.

48、2 3.2 耙式炉耙式炉第四章第四章 决定活性炭再生质量的因素决定活性炭再生质量的因素再生炭的质量，和再生的循环次数，取决于饱和炭的质量。包括密度、颗粒形状、大小、硬度、起始活性炭再生炭的质量，和再生的循环次数，取决于饱和炭的质量。包括密度、颗粒形状、大小、硬度、起始活性炭的品质、有机污染物的载量和特征、无机物矿物质的沉淀，活性炭在线使用的长短等的品质、有机污染物的载量和特征、无机物矿物质的沉淀，活性炭在线使用的长短等第四章第四章 某公司对三种颗粒活性炭再生性能的研究结果某公司对三种颗粒活性炭再生性能的研究结果活性炭种类活性炭种类再生损耗率再生损耗率耐磨性耐磨性（磨损率）（磨损率）再生次数再生

49、次数（寿命）（寿命）压块破碎活性炭10-20%非常好8 10次原煤破碎活性炭30-40%较差2-3次柱状破碎活性炭20-30%较好3-5次原煤破碎活性炭颗粒原煤破碎活性炭颗粒压块破碎活性炭颗粒压块破碎活性炭颗粒柱状破碎活性炭柱状破碎活性炭棱角较多，耐磨性较低，再生损耗也较大。比较圆润，耐磨性好，并且也容易脱附（再生的能量需要少），适合再生处理。与压块破碎活性炭比，再生过程较难脱附（需较长的再生时间和能量），再生条件要求高，可再生次数较少。第五章第五章活性炭的在线使用时间和饱和炭的碘值对活性活性炭的在线使用时间和饱和炭的碘值对活性炭的再生质量的影响炭的再生质量的影响p活性炭再生后的碘吸附值比再生

50、前的碘吸附值能提高300mg/g左右。p自来水厂用活性炭碘吸附值在9001050mg/g左右，当碘吸附值下降到600mg/g左右时，即可考虑再生。当活性炭使用的年限太长，活性炭的碘小于600mg/g时，即使通过再生，活性炭的吸附性能也无法得到有效的恢复，对于水厂实际使用而言，已无再生意义。第四部分第四部分华青活性炭简介华青活性炭简介53/62第一章第一章公司介绍公司介绍54/62我公司生产的煤质压块破碎活性炭，是专门为水处理而研发的高档活性炭产品。公司自主研发的压块成型设备，技术在国内同行业中尚属独家，达到了国际领先水平。公司拥有先进的配煤工艺选，用优质弱粘煤为主原料，达到水处理领域专用活性炭