摘要：活性炭由于自身的大孔、中孔和微孔結(jié)構(gòu)特別是其比表面積大等特點(diǎn)對(duì)去除一部分難降解的有機(jī)物和某些無機(jī)物有一定的作用。本文介紹了活性炭在煤氣化廢水處理中的應(yīng)用，指出了其工藝特點(diǎn)，闡述了它的諸多優(yōu)點(diǎn)。并預(yù)測(cè)了其廣闊的應(yīng)用前景。
前言
活性炭作為水處理工藝中常見的一種材料能有效地去除水中的濁度、以及大部分有機(jī)物和某些無機(jī)物，活性炭吸附技術(shù)已成為電廠化學(xué)水處理和城市生活污水、工業(yè)廢水深度處理的有效手段。本文簡要介紹活性炭的特性、吸附機(jī)理以及分類，介紹活性炭在煤氣化廢水處理中的具體應(yīng)用和發(fā)展，指出其優(yōu)點(diǎn)和不足并加以預(yù)測(cè)。
1、活性炭的特性及機(jī)理
1.1活性炭的特性
活性炭是一種含炭的暗黑色物質(zhì)，具有發(fā)達(dá)的微孔構(gòu)造和巨大的比表面積。它化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿，具有良好吸附性能，是多孔的疏水性吸附劑，廣泛用于各種水處理工藝中特別是生活污水處理應(yīng)用較廣。活性炭的制造原料主要是一些含炭性的物質(zhì)，其制備過程主要包括：干燥——原料在120-130℃下脫水；炭化——加熱溫度在170℃以上時(shí)原料中有機(jī)物開始分解，到400~500℃炭化完畢；活化——形成微孔，使殘留炭氧化從而微孔擴(kuò)大形成無定性炭。
1.2活性炭的吸附及過濾機(jī)理
活性炭對(duì)水中物質(zhì)的去除作用是基于活性炭的活性表面和不飽和化學(xué)鍵。由于活性炭的表面積很大(500-1500m2/g)，加之表面又布滿廠平均直徑2-3nm的微孔，所以活性炭具有很高的吸附能力。同時(shí)，由于活性炭表面上的碳原子在能量上是不等值的，這些原子含有不飽和鍵，因此具有與外來分子或基團(tuán)發(fā)生化學(xué)作用的趨勢(shì)，對(duì)某些有機(jī)物有較強(qiáng)的吸附力。活性炭的強(qiáng)大吸附能力即在于它具有這樣大的吸附面積。活性炭的孔隙大小分布很寬，從10-1nm到104mm以上，一般按孔徑大小分為微孔、過渡孔和大孔。在吸附過程中，決定活性炭吸附能力的是微孔結(jié)構(gòu)。活性炭的全部比表面幾乎都是微孔構(gòu)成的，粗孔和過渡孔只起著吸附通道作用，但它們的存在和分布在相當(dāng)程度上影響了吸附和脫附速率。
研究表明：在吸附過程中發(fā)生溶質(zhì)由溶劑向活性炭吸附劑表面的質(zhì)量傳遞，推動(dòng)力可以是溶質(zhì)的疏水特性或溶質(zhì)對(duì)吸附劑表面的親和性，或兩者均存在。在水處理中通過活性炭吸附而被去除的物質(zhì)一般為兼有疏水基團(tuán)與親水基團(tuán)的有機(jī)化合物。嚴(yán)格地說，活性炭吸附是一個(gè)很復(fù)雜的過程。它是利用活性炭的物理吸附、化學(xué)吸附交換吸附以及氧化、催化氧化和還原等性能去除水中污染物的水處理方法。
2、活性炭在煤氣化廢水處理中的應(yīng)用
2.1活性炭吸附和傳統(tǒng)A/O工藝的組合
煤氣化廢水作為一種高濃度難處理的有機(jī)廢水主要的特點(diǎn)是水質(zhì)的可生化性較差，BOD/COD的值一般小于0.3，傳統(tǒng)的污水處理工藝很難達(dá)到較好的處理效果，而通過在A/O工藝中投加活性炭的方法可以很好的達(dá)到處理效果，主要工藝流程如下：預(yù)處理+A/O工藝+活性炭吸附+A/O工藝。本工藝的主要特點(diǎn)是在兩級(jí)A/O工藝的中間加入活性炭吸附工藝，活性炭通過其自身的吸附和化學(xué)特性吸附了一部分難以降解的有機(jī)物，這是由于難降解有機(jī)物的分子質(zhì)量較大帶點(diǎn)負(fù)荷高從而增加了其和活性炭的吸附力，而易降解物質(zhì)的這個(gè)力較小。通過這個(gè)過程可以提高廢水的可生活性為二級(jí)的A/O工藝創(chuàng)造條件。實(shí)驗(yàn)證明：經(jīng)過活性炭的吸附后煤氣化廢水的可生化性一般能夠達(dá)到0.3以上，而對(duì)難降解有機(jī)物的去除率也可以達(dá)到20%-50%，由于該工藝中活性炭吸附是在一級(jí)A/O工藝之后，所以活性炭用量一般不大，能夠達(dá)到很好的效果。
2.2活性炭在煤氣化廢水深度處理中的應(yīng)用
煤氣化廢水的排放對(duì)水質(zhì)指標(biāo)要求很高，一般的生化處理法很難達(dá)到出水指標(biāo)要求，要通過進(jìn)一步的處理才能達(dá)標(biāo)，也就是所謂的深度處理，目前應(yīng)用較多的廢水深度處理工藝主要有臭氧氧化法、紫外線法、高級(jí)氧化法等。而以活性炭為濾料的曝氣生物濾池工藝(BAF)，在煤氣化廢水中應(yīng)用已經(jīng)達(dá)到廣泛的應(yīng)用，處理效果正在得到專業(yè)人士的肯定，主要工藝流程包括：A/O工藝+BAF。
BAF不但能夠發(fā)揮過濾的作用還能通過微生物掛膜的方式對(duì)煤氣化進(jìn)行處理，而活性炭作為BAF中過濾和掛膜的主要載體，其空隙多比表面積大吸附能力強(qiáng)等特點(diǎn)為這種工藝提供了很好的材料。曝氣生物濾池常用濾料一般有陶粒火山巖、鮑爾環(huán)、拉西環(huán)等濾料，火山巖作為濾料效果很好但資源有限成本較高，而陶粒和其他濾料效果不如活性炭，相比較而言活性炭在BAF的應(yīng)用中具有一定的優(yōu)勢(shì)，特別是現(xiàn)在新開發(fā)的活性炭更具有一定的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，但效果有待檢驗(yàn)。
2.3活性炭在煤氣化廢水中的其他應(yīng)用
活性炭在煤氣化廢水回用水處理方面也有重要的應(yīng)用，主要應(yīng)用在回用水工藝超濾、納濾或反滲透等裝置前面的過濾器內(nèi)，主要去除水中的有機(jī)物、懸浮物、游離氯等物質(zhì)。活性炭還在生物泡沫的消泡上有一定的應(yīng)用。
3、總結(jié)
活性炭吸附在煤氣化廢水處理應(yīng)用中有一定的效果和優(yōu)勢(shì)，但目前我國的活性炭價(jià)格普遍偏高，再生率較低，噸水處理成本很高，從而限制活性炭的廣泛使用。為進(jìn)一步提高去除有機(jī)污染物的效率，改善出水水質(zhì)，活性炭吸附組合工藝在水處理中得到較好的應(yīng)用和發(fā)展。可以預(yù)測(cè)：活性炭吸附與其他工藝的組合應(yīng)用將會(huì)是今后處理煤氣化廢水的有效手段。