1、第4章 活性炭在水处理中的应用,4.1 概述,4.1.1 活性炭在净水处理工艺中的应用,用于生活饮用水的除污染处理，去除自来水中的嗅、酚、卤代甲烷和余氯等。 用于制备高纯水的预处理，使自来水进行离子交换前，预先去除水中的有机物、微生物、胶体和余氯等，以防离子交换树脂被有机物等污染。 用于电镀、印染、炼油等废水的三级处理，使废水二级处理后还不能被生物降解去除的某些剩余有机物，用活性炭吸附去除。,4.1.2 活性炭的分类,根据活性炭的制造原料、外形、制造方法和使用用途等不同，活性炭分类如下： 1、按外形 粉末活性炭PAC（所需设备较简单，但炭的吸附能力不易充分利用）； 粒状活性炭GAC（炭床一般为
2、固定床，自上而下过滤）。,2、按形状：圆柱体、球体、空心圆柱体、空心球体、大比表面积的纤维状活性炭； 3、按应用：气相吸附炭、液相吸附炭； 4、按用途：脱色炭、水处理炭、气体吸附炭、吸碘炭、脱硫炭、防毒面具炭、溶剂回收炭。,4.1.3 活性炭的生产,1、 原材料 原材料范围极广，几乎所有植物源含炭材料，如木削、无烟煤、褐煤、焦炭、果核等，动物的骨、血和肉、塑料、橡胶和纸浆等也可制成活性炭。总之，任何含炭量高、灰分低、价格便宜的物质，都可以用来制造活性炭。工业批量生产的活性炭，一般均以煤、木屑、果核和果壳为原料。 不同原料制成的活性炭，吸附性能是不同的。 如用椰壳制成的活性炭具有最小的孔隙半径，
3、活性炭比表面积大，是气相吸附中用于吸附小分子物质的理想的优质活性炭。 木质活性炭通常具有最大的孔隙半径，适宜用于吸附较大分子的物质，几乎专门用于液相吸附。 煤质活性炭中，褐煤活性炭比烟煤活性炭具有较大的中孔，平均孔径较大，能比较有效地吸附水中大分子有机物。,水处理用活性炭材质 粉状活性炭：一般用木屑、煤为原料，经炭化、活化、磨粉等工艺制成，主要应用于静态吸附操作(间歇式操作)处理给水除臭、除味以及规模较小的工业或城市污水处理。 颗粒活性炭：按不同的材质可分为椰壳活性炭、果壳活性炭和煤质活性炭。 椰壳活性炭是公认的最好的一种活性炭，不论是吸附速度、吸附能力、强度等各项指标。按照水处理工艺不同可选
4、择不同材质的活性炭产品。,2、生产过程 炭化过程：也称热解，是在隔绝空气的条件下对原材料加热。原材料放入炭化装置（如管式转炉、多段炉和沸腾炉等）中，温度低于700度条件下吹入惰性气体（常用水蒸气或烟道气）。一般是600度以下。 炭化有两个作用，一是使原材料分解放出水气、一氧化碳、二氧化碳及氢等气体，去除大部分挥发性成分；二是使原材料分解成碎片，并重新集合成稳定的结构。 活化过程：是在有氧化剂的作用下，将炭化成品高温烧除炭化时吸附的碳氢化物和原有孔隙附近的碳原子，使之成为孔隙发达的活性炭。,高温炭化 活化,800900 木材、煤、果壳 炭渣 活性炭 隔绝空气，600 活化剂：ZnCl2,4.2
5、活性炭的吸附机理 4.2.1 吸附、吸收 1、吸附：是指物质在二相之间界面上的积聚或浓缩，是一种建立在分子扩散基础上的物质表面现象。 1）吸附剂：活性炭作为固体吸附物，称吸附剂。 2）吸附质或溶质：被吸附的物质称吸附质或溶质。 3）溶剂：水是液相介质，称溶剂。 4）静态吸附：吸附质与吸附剂处于静止状态时发生的吸附；动态吸附：吸附质与吸附剂相互移动的条件下发生的吸附。 5）解吸：被吸附分子离开固体表面进入液相。 2、吸收：吸收质分子不停留在吸附剂的表面上，而是近乎均匀地渗进固体的结构内部，有时甚至进入固体晶格的原子之间。,4.2.2 物理吸附和化学吸附,1、物理吸附：吸附质通过一种相当弱的力结合
6、到吸附剂表面上。该方式没有较大选择性，水处理工艺过程一般以此种吸附方式为主。物理吸附可以是单分子层，也可以是多分子层的，解吸也容易。,2、化学吸附：电子在吸附质和吸附剂表面之间交换或共有而出现化学反应，吸附质和吸附剂之间形成化学键，比物理吸附强得多。化学吸附具有较高的选择性，某些工业废水处理以此方式为主。化学吸附总是单分子层或单原子层的，且不易解吸。,4.2.3 吸附平衡和吸附等温线,2、吸附容量：达到吸附平衡时，每单位重量吸附剂吸附的溶质数量。,1、吸附平衡：留在液相中的溶质浓度与固相表面上的溶质浓度处于动态平衡。,吸附动态平衡时，固相和液相之间的溶质浓度具有一定的分布比值，该比值往往与溶质
7、的浓度、竞争溶质的浓度和性质、溶液性质等成函数关系。,在一定的温度和压力条件下达到吸附平衡时，吸附了xg（或mol）的溶质，则每单位重量吸附剂吸附的溶质数量，即吸附容量qe为： qe=x/m（g/g或mol/g）,3、吸附容量的测定,表观测定法：在恒定温度下，于几个烧杯中放入容积为V(L)溶质浓度为C0（mg/L）的水样，在各烧杯中同时投加不同量m（mg）的活性炭，活性炭投加前需均匀粉碎，充分振荡相当时间，试验过程中，不断测定各杯水样中的溶质浓度，直至溶质浓度不变时的平衡浓度Ce为止，就可得出活性炭吸附的溶质总量x： x=(C0-Ce）V 则吸附容量为： qe=x/m =(C0-Ce）V /m
8、,吸附容量是衡量活性炭优劣的一个重要指标，其大小与活性炭的品种、被吸附物的性质和浓度、水温和水的pH值等都有关系。,对于不同种类的活性炭，所得到的平衡浓度是不同的，因而吸附容量也不同；对于同一种活性炭来说，吸附容量是吸附平衡浓度和温度的函数。,4、吸附等温线 用表观测定法对液相吸附测得的一系列吸附容量与平衡浓度的对应数据，点绘在坐标纸上，得到的曲线。,吸附等温线有三种类型：,第三种类型：有时出现负值和极小值，主要是由于活性炭不仅吸附溶质，而且还吸附溶剂，甚至对溶剂的吸附量超过对溶质的吸附量，从而出现负值。,5、吸附等温线类型,第一种类型：吸附容量随着溶液吸附平衡浓度增大而增大，初期线性上升，随
9、后逐渐缓慢或区域恒定，有饱和吸附容量，可用Freundlish经验式或Langmuir吸附式来描述。,第二种类型：没有饱和吸附容量，属多分子层吸附，可用BET吸附等温式描述。,6、吸附等温线式,该公式是基于如下假设条件得出的： 1）吸附剂表面的吸附能是均匀分布的； 2）被吸附在吸附剂表面的溶质分子只有一层，为单层吸附，当达到单层饱和时，其吸附量为最大； 3）被吸附在吸附剂平板表面上的溶质分子不再迁移； 4）吸附能为常数。,Langmuir吸附式：,BET吸附式：代表吸附剂上有多层溶质分子被吸附的吸附模型。,该公式是基于如下假设条件得出的： 1）被吸附在吸附剂表面的溶质分子有多层，对每一单层均用
10、Langmuir等温式计算； 2）并不需要里层完全生成后，再开始形成外层吸附层，因此，吸附平衡条件还涉及在每一个表面位置上吸附着不同形式的分子层。,Freundlish吸附式：,该公式是一般适用于浓度不高的情况下，缺点是不能给出饱和吸附容量。在水处理中较为常用。,上式可以改写如下：,1/n越小，吸附性能越好，1/n=0.1-0.5，容易吸附； 1/n2，则难吸附。1/n较大则采用连续吸附，反之采用间歇吸附。,4.2.4 影响液相吸附的主要因素,3、活性炭特性,活性炭是非极性的吸附剂，水是极性溶剂，活性炭吸附的最有利条件，是从水等极性溶剂中吸附非极性物质。,2、吸附质的性质,1、吸附质极性,被吸
11、附物质分子的空间排列和化学结构将影响吸附过程。如物质的可吸附性随着分子的增大而增大，支链分子的可吸附性比直链分子大。,主要涉及活性炭的孔径分布和表面化学性质。,1）活性炭的孔径分布,大孔：孔隙有效半径大于1000埃，主要作用是溶质到达活性炭内部的通道，使之扩散到过渡孔和微孔中去，从而影响吸附质的扩散速度，但其吸附作用甚微；,过渡孔：孔隙有效半径为20-100埃之间，过渡孔不仅为吸附质提供扩散通道，影响扩散速度，而且有利于大分子物质的吸附，吸附能力强，因而其发达与否就成为水处理用活性炭的一个重要指标；,微孔：孔隙有效半径小于20埃，微孔的表面积占比表面积的95%以上，对吸附量的影响最大，在吸附中
12、起主要作用，但对于液相来说，水中的大分子污染物难以进入微孔，而对小分子物质的吸附主要是靠微孔来实现的。,2）活性炭的表面化学性质,碘值：是指在一定浓度的碘溶液中，在规定的条件下，每克碳吸附碘的毫克数。碘值是用以鉴定活性炭对半径小于2nm吸附质分子的吸附能力，且由此值的降低来确定活性炭的再生周期。,炭素的基本微晶构造发生错乱，形成不能饱和的原子价或不平衡电子，对活性炭的吸附特性会有影响； 存在着杂质原子，从而改变了炭素表面的状况而使其吸附特性发生变化。,3）评价活性炭的指标,该值反映了活性炭比表面积的大小。而水中许多分子直径较大的有机物不能进入活性炭微孔中，故该值不能准确反映出活性炭吸附水中有机
13、物能力的大小。实际中常用CCE值表示。,糖蜜值：反映过渡段孔径的表面积。,CCE值：即活性炭的氯仿萃取物。将吸附水中杂质达到饱和失效的一定重量的活性炭，装入宿式脂肪抽提器的玻璃柱内，用氯仿萃取出活性炭中的全部吸附杂质，再经浓缩、干燥和称重后，得出单位重量活性炭所能吸附的杂质重量，即为活性炭达到失效时的CCE值。,实际工作中，通常用CCE值来预计活性炭用于净水中的有效使用寿命。,亚甲蓝值：是指在一定浓度的亚甲蓝溶液中，在规定的条件下，每克炭吸附亚甲蓝的毫克数，该值用以鉴定活性炭对半径为2-100nm吸附质分子的吸附能力，该值越高，对中等分子的吸附能力越强，表明活性炭的中孔量越大。,4、溶液的pH
14、值,水中典型有机物的吸附，将随着pH值的降低而增加；,5、水温 由于吸附是放热反应，水温越低，吸附效能越好；,6、其他溶质的影响 溶液中存在多种混合溶质时，被吸附的各种溶质，有的能相互诱发吸附，有的能相对独立的被吸附，有的则相互干扰，竞争吸附。,4.2.5 液相吸附的速度控制,1、吸附过程,内表面吸附速度相对于扩散迁移来说，速度极快，可忽略不考虑，膜扩散和孔隙扩散相比，受一定因素的影响。,分三阶段：,1）被吸附物通过吸附剂上的表面水膜层，扩散到吸附剂外表面的膜扩散阶段，称外扩散阶段；,2）多孔吸附剂发挥吸着作用，除了少量物质被吸附在吸附剂外表面上，大部分被吸附物都跨越外层薄膜而扩散入多孔吸附剂
15、的内部孔隙中，称孔隙扩散阶段；,3）是吸附的最终阶段，吸附剂内部孔隙和毛细管空间的吸附中心点上吸附被吸附物质，称内表面吸附阶段。,2、吸附速度,4.3.1 水处理用活性炭的选择及吸附特性,4.3 活性炭在水处理中的应用,4）有足够的机械强度，耐磨损，价格低廉；,1、原则：,2）活性炭对非极性物质的吸附优于极性物质，因此水处理中用活性炭从水中吸附某些非极性的杂质，效果更好；,1）对于液相吸附来说，活性炭的孔隙结构组成比比表面积大小更为重要；,3）活性炭的颗粒尺寸：粒径越小，吸附速度越大，但颗粒太小，炭床过水时水头损失较大，容易堵塞。一般平均粒径宜为1.5-1.7mm，有效粒径0.8-0.9mm。
16、,5）活性炭所含灰分小于10%。,4.3.2 活性炭吸附工艺的选用,2、当水源偶然受污染时，例如水源遭受有机污染、表面活性剂和酚的含量突然增加等，一般可临时投加粉末炭进行一次性吸附处理，以去除水中的有机物和表面活性剂、酚类等，使处理后的水源满足标准的要求；,1、新建、扩建和改建给水工程中，原水水质受微污染，经过常规处理后某些有机、有毒物质含量指标或色、臭、味等感官指标仍不能满足现行卫生标准或特定要求时，宜采用活性炭处理； 从吸附能力及经济效益考虑，活性炭在去除水中溶解性微量有机物和运行维护的简易方面，均具有较大的优越性。,3、考虑到吸附容量及经济因素，颗粒活性炭适宜于处理水质受微量有机污染且污
17、染比较稳定的水源；,4、采用活性炭水处理的目的不是为了截留悬浮固体，因此，要求前处理除去悬浮固体，然后再进入炭吸附池，一般进水浊度小于1NTU，否则将造成炭床堵塞，缩短吸附周期；,5、当选用活性炭吸附处理工艺时，因原水水质和活性炭产品性能的差异较大，必须进行炭的吸附试验；,6、颗粒活性炭处理工艺的设计参数，可参照类似条件下炭吸附池的运行经验和现场炭吸附动态试验验证，以确定设计参数；,4.3.3 粉末活性炭在饮用水处理中的应用,2）加注方式：可采用重力或压力加注，以采用压力加注较多，压力加注时需采用耐磨损、不易堵塞的加注泵，如膜片泵、水射泵等。,投加粉末活性炭在国外应用较多，我国尚不普遍。粉末活
18、性炭投加的劳动强度大，工作环境差，国外大多采用封闭系统，自动化程度较高。,1、炭浆的调制与投加,由于炭粉相对密度小，不易与水混合，常浮于水面，甚至扬尘，通常调制成浆液进行湿投，习惯上有时也将投加含炭20-50%的浓浆称作干投，而投加5-10%浓度的粉炭液称作湿投。,1）粉末活性炭易从浆液中沉降析出，必须设搅拌机械连续搅拌调制，故称调制浓的浆液装置为混合槽（池）；调制稀的投加炭液装置为炭液池。,2、粉末活性炭设计要点与注意事项 1）粉末活性炭常用粒径为200-300目，越细处理效果越好，但不易调制投加与扩散； 2）粉末活性炭的投加点：为充分发挥粉末炭的吸附作用，须与水充分混合，并保证足够的接触时
19、间和避免干扰降低吸附作用。其要点如下： 投加点的初步选择应采用模拟静态选炭试验； 由于氯和活性炭能相互作用，粉末炭的投加点必须尽可能远离氯和二氧化氯的加注点，通常在投加粉末炭时，不进行预氯化处理； 3）混凝剂能吸附在活性炭的表面，降低其吸附作用，因此不宜将混凝剂和粉末炭同时加到水中；,采用高分子絮凝剂时，一般条件下，原水与高分子絮凝剂充分混合后，经过20-30s流程长度的位置可作为粉末活性炭的投加点；,4）粉末活性炭投加点的选择,采用无机盐类混凝剂时，当原水与混凝剂充分混合后大约经过30s左右，无机盐类混凝剂在水中的水解、缩聚过程可以完成，所以，微小絮体形成阶段应为混凝剂与原水充分混合后，经过
20、40-50s流程长度的位置作为粉末活性炭投加点较为合适。,对于常规的混凝、沉淀、过滤水处理工艺，粉末活性炭的投加点有如下几种选择：,滤前投加：不存在吸附与混凝竞争问题，应该是粉末活性炭发挥作用的最佳位置。但应注意粉末活性炭进入滤池后，会堵塞滤料层使工作周期显著缩短，此外，活性炭还常有穿透滤层现象；,5）通常粉末炭加入水中后，前30min吸附能力为最大，因此，经常使用粉末炭的水厂，可考虑单独设置接触池，接触时间30min。,多点投加：粉末活性炭也可分布在两个不同的投加点投加，以减少粉末炭用量，具有经济性。,3、粉末炭的加注量 1）粉末炭的加注量随要求去除有机物的种类、数量的不同而异，最佳加注量应
21、通过试验决定； 2）活性炭的吸附作用随水温变化有很多差异，要求测定不同温度时的最佳加注量，给出不同温度下的最佳吸附等温线进行比较； 3）通常粉末炭的加注量为5-30mg/L，当遇有特殊情况，作为应急处理时，短期内可达100mg/L。,4、应用粉末炭时注意事项 1）以干法或浓炭浆投加的加注量难以控制准确，使用期间要加强投加设备的计量、检修保养工作； 2）对于必须设置预加氯的水厂，预加氯的加氯量将要适当增加； 3）如原水异臭强烈，单独用粉末炭不能达到目的时，还应进行粒状活性炭或进行臭氧化处理。,4.3.3 颗粒炭净化生活饮用水,1）用颗粒活性炭替换原有砂滤池中的部分砂滤料，以提高饮用水水质，减除水
22、的嗅味；,1、颗粒活性炭的位置,2）用颗粒炭替换砂滤池中全部砂滤料，使其起吸附兼过滤作用；,3）用砂滤池后面设颗粒活性炭滤池，二次过滤，砂滤池主要截除矾花，活性炭滤池吸附有机物、酚和嗅味等，可比上两种使用方法显著延长活性炭的使用寿命。,2、活性炭床形式,水处理用的颗粒活性炭滤床可分为固定式、移动式和流动式，目前使用最为普遍的是固定床，即常称的活性炭滤池。,3、吸附柱的泄漏与耗竭过程,根据活性炭柱试验数据，按活性炭柱出水溶质浓度或出水与进水溶质浓度之比对过滤时间或过滤水量的关系作图，可得泄漏曲线。,图中表示了出水有机物浓度从零开始逐渐增加的过程。 允许的最高出水浓度则称为吸附柱的泄漏浓度。 相应
23、的运行时间称为吸附周期。 出水浓度达到 时称为耗竭，这时吸附柱所吸附有机物质了代表了吸附柱所具有的总吸附能力。,以吸附有机物为例,吸附带：指正在发生吸附作用的那段填充层，在吸附带下部的填充层几乎没有发生吸附作用，而在吸附带上部的填充层已达到饱和状态，不再起吸附作用。,泄漏：当出水浓度达到最大允许值时称泄漏。,耗竭：出水浓度等于95%进水浓度时的点。,泄漏曲线：从泄漏到耗竭时的一段S形曲线称泄漏曲线。,4、固定床的设计要点,水处理用的颗粒活性炭滤床可分为固定式、移动式和流动式，目前使用最为普遍的是固定床，其构造类似快滤池，故常称活性炭滤池。,1）炭滤池型式与设计,2）炭滤池的通水方式,炭滤池的通
24、水方式为升流式、降流式；,采用普通快滤池、双阀滤池形式的炭滤池通常均为降流式通水；当处理规模小于320m3/h时，可采用普通压力滤池形式；当处理规模大于或等于320m3/h时，可采用普通快滤池、虹吸滤池、双阀滤池等形式；当处理规模大于或等于2400m3/h时，炭吸附池形式以与过滤形式配套为宜。,如原水中有机物含量多，有可能产生粘液堵塞炭层，升流式较为有利。采用升流式炭吸附池，处理后的水在池上部，应采用封闭措施，如设房、加盖等，以防人为污染。,各滤池间可采用串联运行，也可采用并联运行。,3）炭滤池进水浊度要求：一般炭滤池进水浊度应小于1NTU。 4）炭吸附池个数及单池面积，应根据处理规模和运行管
25、理条件比较后确定。吸附池不宜少于 4 个。,5）炭滤池的期终过滤水头：炭滤池进水浊度小于1NTU，一般3-6d冲洗一次，考虑在工艺流程系统中不致于因增加了炭滤池而使系统抬高太多或增加提升设备，一般可按0.6m设计； 常温下经常性冲洗时，冲洗强度宜采用 1113L/(m2 s），历时 812min ，膨胀率为1520。定期大流量冲洗时，冲洗强度宜采用1518L/(m2 s），历时 812min ，膨胀率为2535。为提高冲洗效果，可采用气水联合冲洗或增加表面冲洗方式。 冲洗水宜采用滤池出水或炭吸附池出水。,6）炭滤池的使用周期：炭滤池中活性炭从开始使用至需要再生的时间称为使用周期，由处理后出水水
26、质是否超过预定目标值确定，取决于水中有机物的成分和含量。,当原水中有机物的主要成分是可吸附但非生物降解物质时，由于生物活动难以发挥作用，活性炭的使用周期根据有机物含量的不同，一般约4-6个月，甚至更短；,当水中有机物是可生物降解或经臭氧化转化为可生物降解时，与臭氧联用的炭滤池中的活性炭使用周期可达2-3年，甚至更长。,5、设计参数,1）接触时间,（1）主要设计参数：接触时间、滤层厚度与滤速是炭滤池设计的主要参数，必须在设计前对处理水通过现场试验，并经技术经济比较决定；,活性炭层的接触时间与处理水质有关，原水中有机物浓度高，接触时间越长，活性炭的吸附效果越好，但接触时间增加，滤池面积或炭层厚度相
27、应增加，带来工程投资高，运行费用高等问题；,为保证出水水质，处理水与炭床的空床接触时间宜采用 620min。,3）滤池厚度,2）滤速,活性炭滤层越厚，相同滤速时，去除效果越好；但运行成本与投资也越大，炭层厚度取决于原水性质、滤速、活性炭质量、冲洗方法等；,固定床滤池炭层厚度，一般为1-2.5m；流动床活性炭滤床炭层厚度为1-1.5m。,影响炭滤池滤速的因素有：活性炭的吸附能力、滤层厚度、水质有机物数量和种类、出厂水的水质要求等。采用固定床时，一般采用空床流速为8-20m/h。目前移动床用得还较少，设计滤速可参考采用12-22m/h。,（2）炭滤池面积及个数,4）承托层厚度,计算方法同普快滤池。
28、,（3）炭滤池总高度,炭吸附池宜采用中、小阻力配水（气 ）系统。承托层宜采用砾石分层级配，粒径216mm，厚度不小于250mm 。,（5）炭滤池的冲洗与冲洗排水槽高度,（4）配水系统,1）考虑炭的吸附能力不因为使用滤后水而降低，冲洗水应尽量使用炭滤水，为此，将增加设备、工程与投资，如冲洗水采用滤后水时，必须控制滤后水浊度小于1NTU。,除用水反冲洗外，进水浊度较高时还可采用增加表面冲洗，有条件的水厂亦可采用气水反冲洗。,炭吸附池宜采用小阻力配水系统，配水孔眼面积与炭吸附池面积之比可采用1-1.5%。,目前小阻力配水系统的单池面积已达180m2。,常温下经常性冲洗时，冲洗强度为11-13L/(m
29、2*s)，历时8-12min，膨胀率为15-20%；,定期大流量冲洗时，冲洗强度为15-18L/(m2*s)，历时8-12min，膨胀率为25-35%。,2）冲洗强度、冲洗历时与膨胀率,反冲洗强度与水温有关，冬季水的粘滞系数大，反冲洗时炭的膨胀系数也应相应变大。,3）反冲洗水头,当炭滤池采用虹吸滤池或无阀滤池等小阻力配水形式时，常采用重力冲洗，重力冲洗要有足够的水头，一般不小于0.6m；,当炭滤池为大阻力配水系统时，反冲洗水头需经计算确定（同普快滤池计算）,反冲洗周期应视出水水质及滤床水头而定。,当炭滤池单独使用时，在进水浊度极低的情况下，两次反冲洗时间间隔可在数周以上，当炭滤池与臭氧联用时，
30、频繁的反冲洗有可能使生物膜难以形成。,4）冲洗周期,当炭吸附池进水浊度小于1NTU时，一般经常性反冲洗的周期为3-6d冲洗一次。,5）冲洗排水槽,排水槽槽数与尺寸计算同普快滤池。,6）支承系统,颗粒活性炭可直接放置于砾石支承层上，底部配水系统的布置与普快滤池相同，根据采用的冲洗方式选择相应的集配水系统。当采用气水冲洗时，可采用长柄滤头或三角形内孔二次配水滤砖。,活性炭使用一段时间后，吸附了大量吸附质，逐步趋向饱和并丧失工作能力，活性炭失去吸附能力后，需恢复其活性再循环使用，以确保吸附净水效果和节约活性炭与运行费用、降低制水成本。,4.4 颗粒活性炭的再生,再生是在吸附剂本身的结构基本不发生变化
31、的情况下，用某种方法将吸附质从吸附剂微孔中除去，恢复其吸附能力。,水处理用颗粒活性炭的再生一般用高温加热法。再生过程大致分三个阶段：,1）第一阶段：活性炭附着水的蒸发；,2）第二阶段：活性炭吸附的有机物经焙烧后炭化；,3）第三阶段：活性炭内烧灼炭化物气化并恢复其活性。,使用活性炭的水厂可自建再生系统，亦可将失效活性炭送往活性炭制造厂再生，由制造厂再生的优点是水厂运行管理简便，可节省场地与设备，尤其是水量较大水厂，但其缺点是炭在装卸及运输过程中有损耗。,4.5 生物活性炭工艺,4.5.1 生物活性炭的定义 以活性炭为载体, 表面长有微生物的处理工艺, 在水质净化过程中同时发挥着活性炭的物理吸附作
32、用和微生物的降解作用的水处理技术。,研究表明，投加臭氧是形成生物活性炭的有效方法。通过臭氧对有机物的氧化作用为活性炭上微生物的生长提供营养基质，同时，通过臭氧分解为微生物的生长提供充足的氧气，强化活性炭上微生物的生长，通过微生物作用对水中的有机物、氨氮、微量有机物、嗅味物质和消毒副产物前体物去除的过程。,4.5.2 生物活性炭的作用机理,三个因素相互作用,活性炭,微生物,污染物,水中反应物通过GAC外液膜层输送到炭粒表面； 反应物从炭粒表面传送到GAC空隙中； 反应物被吸附在GAC的内表面上（大、中、微孔）。,高浓度AOC，促使微生物在GAC空隙中生长，并被生物降解为CO2和H2O； 产生的C
33、O2从活性炭的内表面脱吸； CO2从空隙中输送到GAC外表面； CO2通过炭粒外的液膜层进入水体。,臭氧活性炭净水原理 1）臭氧对水中的病毒和两虫等有很好的灭活效果； 2）臭氧可氧化部分溶解性有机物，提高有机物的可吸附性； 3）臭氧提高有机物的可生化性； 4）臭氧有充氧作用，使生物活性炭有充足的溶解氧用于生物氧化作用； 5）活性炭通过吸附去除有机物； 6）活性炭通过炭表面微生物的新陈代谢作用降解有机物； 7）活性炭破坏水中残余臭氧。总之，臭氧活性炭处理饮用水是将臭氧的化学氧化作用、杀菌消毒的作用与活性炭的物理化学吸附、生物氧化降解作用紧密结合在一起，相互促进，取得了多重效应。,各部分去除对象,活性炭吸附主要对象是中间分子量的有机物,微生物去除小分子的亲水性有机物,O3-BAC优点,Ames致突变实验结果为阴性，常规加氯工艺为阳性； 有机物去除率为50%以上，比常规处理提高15-20%； 水中氨氮和亚硝酸氨可被生物氧化为硝酸盐，从而减少了后氯化的投加量，降低了三卤甲烷的生成量； 延长了活性炭的运行寿命，可以达到3年（约6倍），减少了运行费用； 提高对铁、锰的去除率。,缺 点,挂膜时间长； 进水水质的pH限制； 浊度对生物活性炭的影响； 冲击负荷对运行效果影响； 生物泄漏问题； 反硝化的碳源不足。,O3-BAC工艺流程,
