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煤质活性炭在饮用水净化中的应用

2011年,南方多省市遭遇干旱,降水达到50年来最低水平。6月3日以来,长江中下游地区出现了较强降水过程,部分旱区变为涝区。这种短时间内由旱变涝的局面给城市饮用水的处理带来了前所未有的冲击。
  近年来,随着我国社会与经济的稳步发展,饮用水量需求不断增加,人们对饮用水质量的要求也越来越高。而我国由于污水处理能力低、污染物排放呈增加趋势,因此,当前和今后相当长一段时期内我国城市供水所面临的突出问题将是水质问题。
  根据我国7大水系和内陆河流的110个重要河段统计,符合“地面水环境质量标准”Ⅰ、Ⅱ类的占32%,Ⅲ类的占29%,属于Ⅳ、Ⅴ类的占39%。特别是有机物污染,异臭,有毒物质污染,油污染,富营养化,放射性污染等,水中曾一次性检测出有机污染物高达上百种(其中部分是具有致癌、致畸、致突变作用的有机污染物)。
  饮用水水源的污染,致使饮用水水质恶化,对城乡居民身体健康构成严重威胁。种种迹象表明我国正面临着水资源日趋紧缺的现状和水污染日益严重的形势。
  采用传统的给水净化工艺(混凝、沉淀、过滤、消毒),已不能与现有的水源水质和不断提高的饮用水水质标准相适应。因此,积极探索新技术、新工艺,是解决我国饮用水污染问题的迫切需求。
  目前世界上最完善的饮用水净化技术就是煤质活性炭吸附法。
   煤质活性炭是一种多孔性的含炭物质,具有极其丰富的微孔体积和巨大的比表面积,表现出良好的吸附性能。我国是世界上最大的煤质活性炭生产国和出口国,煤质活性炭吸附法应作为我国饮用水净化的主要选择。目前,国际上主流的煤质活性炭吸附法有以下几种:
   1、臭氧活性炭联用技术
臭氧活性炭联用工艺,1961年在德国的AmAtard水厂首先使用。考虑到水处理中使用的活性炭能较有效去除小分子有机物,但对大分子有机物的去除很有限;当水中大分子有机物含量较多,势必会使活性炭的吸附表面加速饱和,得不到充分利用,缩短使用周期。若进水先经臭氧氧化,使水中大分子有机物分解为小分子状态。如芳香族化合物可以被臭氧氧化打开苯环、长链的大分子化合物可以被氧化成短链小分子物质等,这就提高了有机物进入活性炭微孔内部的可能性,充分发挥了活性炭的吸附表面,延长了活性炭的使用周期。同时臭氧还发挥了活性炭所不具备的杀菌作用。而活性炭还能有效地吸附臭氧氧化过程中产生的大量中间产物,包括解决了臭氧无法去除的三卤甲烷及其前驱物质,并保证了最后出水的生物稳定性。因此,臭氧活性炭联用技术自1961年开始使用以来,在世界发达国家得到了广泛应用。
   2    、生物活性炭技术
   生物活性炭技术是随着活性炭在饮用水处理中的大量使用而出现的,最早应用于德国的慕尼黑市Dohne水厂。中试和生产规模的应用分别在1977年和1978年开始。试验表明,采用预臭氧生物活性炭工艺后的出水要优于原有的预氯化活性炭吸附。这在欧洲其他一些国家的饮用水处理运行情况中也得到证实。采用生物活性炭技术后,与原先单独使用活性炭吸附工艺相比,出水水质得到提高,也增加了水中溶解性有机物的去除。从而降低了后氯化时的氯剂投加量,降低了三卤甲烷的生成量,而且延长了活性炭的再生周期,减少了运行费用。生物活性炭对有机物的作用机理,可看作是物理吸附和生物降解的简单组合。以粒状活性炭为载体富集水中的微生物而形成生物膜,通过生物膜的生物降解和活性炭的吸附去除水中污染物,同时生物膜能通过降解活性炭吸附的部分污染物而再生活性炭,从而大大延长了活性炭的使用周期。使用该技术进行饮用水深度处理时,通常前提条件是应避免预氯化处理。否则微生物不能在活性炭上生长,也就失去了生物活性炭的生物氧化作用。
    3、活性炭与超滤组合技术
超滤膜过滤饮用水深度净化工艺是近年发展起来的一种新兴工艺,其显著优点是能有效去除水中的病原菌(如贾第虫孢囊、隐孢子虫卵囊和大肠杆菌)。超滤膜对有机物的去除率取决于原水水质和膜孔的大小,在较大的范围内变化。在超滤膜的应用过程中,最重要的是膜阻塞和膜污染问题。水中的有机物、无机物、悬浮固体颗粒、微生物和胶体物质等,在膜表面和膜孔内累积将破坏膜的运行性能,并极大地缩短膜的使用寿命。活性炭与超滤膜的组合系统克服了单用任何一种处理手段时的弱点,如活性炭出水中常常含有一定量的细菌而影响出水的水质,超滤膜则存在膜阻塞和膜污染的问题。在组合系统中,利用活性炭对进水进行必要的前处理,如去除水中大部分的浊度、各种类型的有机化合物和色度。这些物质的去除为后续的膜过滤提供了必要的保障,从而缓解了膜阻塞和膜污染问题,延长了膜的使用寿命。用膜进行后处理有效地解决了出水中含有一定量细菌的问题,保障了出水水质。
除此之外,还有一些新兴技术,如:
   光氧化技术
   光氧化技术是利用在可见光或紫外光照射作用下进行的复杂反应。该技术的特点是具有极强的氧化能力,有机物去除效率高,对水中有机优先控制污染物如三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯、六氯苯及多氯联苯等也能有效进行分解。从上世纪80年代以来,对该技术的研究范围又扩大到饮用水深度处理领域,在饮用水深度净化方面具有良好的应用前景。目前该技术还处于实验室和中试阶段。
   声空化技术
频率在15KHZ以上的超声波辐照溶液所引起的化学变化称之为超声空化效应。超起空化是指水中的微小泡核在超声波作用下被激化,表现为泡核的振荡、生长、收缩及崩溃等一系列动力学过程。超声空化技术就是利用声解将水中有机物转化为CO2、H2O、无机离子和有机酸等成分。该技术具有少污染或无污染、设备简单等优点,同时还伴有杀菌消毒功效,是一种很有潜力的水处理技术。

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