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活性焦:用得起的吸附强化水处理技术

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时间:2018-03-07 13:32:25  来源:  作者:

 难降解废水,顾名思义,由于废水中含有大量的生物难降解或有毒有害物质,单纯使用生化技术,出水水质难以满足日益严格的排放和回用要求。如何实现难降解废水的高效处理,一直是研究和工程实践的热点和难点。在众多的物化处理技术中,吸附技术由于其可良好的生物相容性,更是受到关注和青睐。

 
吸附简介
 
在水处理技术中,吸附技术非常悠久。早在一百年前,人们就开始使用活性炭进行水的净化。但是由于活性炭价格昂贵,长期以来,主要集中在饮用水深度处理领域,典型工艺路线为“臭氧+生物活性炭”,目前已成为控制饮用水中微污染物的主流技术。在家用净水器中,活性炭柱也是标配。可以说,活性炭吸附水处理技术是最家喻户晓的技术。
 
活性炭的吸附主要靠内部的孔道。按照国际纯粹与应用化学协会(IUPAC)的定义:孔径小于2纳米的称为微孔,孔径在2到50纳米之间的称为中孔,孔径大于50纳米的称为大孔。在吸附过程中,大孔是物质传输的通道,中孔和微孔是吸附位点。一个合理的吸附剂需要与被吸附的污染物进行匹配,即空间位阻效应。
 
在工业应用中,常采用碘值来表征比表面积尤其是微孔的表面积,微孔活性炭的比表面积一般为800-1000m2/g。长期以来,活性炭的应用(水处理)和生产(煤化工)脱节,生产单位不清楚用户的需求,用户的需求无法有效传递给生产,在活性炭的使用中普遍存在“万金油”现象,应用需求和炭种不匹配,造成大量的资源浪费,也一定程度上限制了吸附水处理技术的发展。
 
什么是活性焦
 
活性焦,Lignite-coke,是中国电科院国电富通团队以褐煤等低变质煤为主要原料,开发的一种新型炭质吸附材料,并实现了万吨级的工业化生产,形成了活性焦企业标准和系列化产品。与传统的活性炭相比,活性焦孔径结构中孔较为发达,比表面积较低(500-6002/g),价格低廉。
 
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活性焦与活性炭的孔径结构与吸附性能对比示意
 
由上图可以看出,如果废水中含有较多的大分子污染物,微孔活性炭的吸附去除效果是低于活性焦的,换句话说,如果要达到对大分子污染物相同的吸附处理效果,微孔活性炭的投加量要高于活性焦,运行成本自然十分昂贵。煤化工废水、印染废水、制药废水中含有大量的大分子难降解污染物,活性焦对之有很好的吸附性能。
 
鉴于活性焦的中孔特点,原来在自来水应用领域常用的碘值,已经不能全面表征其吸附性能,迫切需要有一种新的指标体系。
 
吸星大法与化功大法
 
难降解工业废水的典型工艺流程为“预处理-主体生化-后处理”,生化处理是核心,而合适的预处理则是达标的关键。生化降解犹如“化功大法”,利用微生物的代谢将污染物化之于无形;活性焦吸附则如“吸星大法”,通过物理性的吸附,强化生物降解,提升了对污染物的处理能力。