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煤质活性炭在饮用水净化中的应用
摘　要:分析了我国水资源日趋紧缺的现状和水污染日益严重的形势,论述了在我国运用煤质煤质活性炭吸附法
净化饮用水的重要性、迫切性和可行性,并介绍了目前世界上饮用水净化的成熟技术和新兴技术。
关键词:饮用水净化;煤质煤质活性炭;煤质活性炭吸附;臭氧化;生物煤质活性炭;超滤

　　随着我国社会与经济的稳步发展,饮用水量需求不断增加,对饮用水质量的要求越来越高。而由于我国污水处理能力低、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。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http://www.gydfjs.com 前世界上最完善的饮用水净化技术就是煤质煤质活性炭吸附法。煤质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煤质活性炭生产国和出口国,煤质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,国际上主流的煤质煤质活性炭吸附法有以下几种:
一、臭氧煤质活性炭联用技术
臭氧煤质活性炭联用工艺,1961年在德国的AmAtard水厂首先使用。考虑到水处理中使用的煤质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,势必会使煤质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煤质活性炭微孔内部的可能性,充分发挥了煤质活性炭的吸附表面,延长了煤质活性炭的使用周期。同时臭氧还发挥了煤质活性炭所不具备的杀菌作用。而煤质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,臭氧煤质活性炭联用技术自1961年开始使用以来,在世界发达国家得到了广泛应用。其工艺流程见下图。

二、生物煤质活性炭技术
生物煤质活性炭技术是随着煤质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,采用预臭氧生物煤质活性炭工艺后的出水要优于原有的预氯化煤质活性炭吸附。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。采用生物煤质活性炭技术后,与原先单独使用煤质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,而且延长了煤质活性炭的再生周期,减少了运行费用。生物煤质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。以粒状煤质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煤质活性炭的吸附去除水中污染物,同时生物膜能通过降解煤质活性炭吸附的部分污染物而再生煤质活性炭,从而大大延长了煤质活性炭的使用周期。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。否则微生物不能在煤质活性炭上生长,也就失去了生物煤质活性炭的生物氧化作用。
三、煤质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。煤质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,如煤质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,利用煤质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。
超声空化技术
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。
吹脱技术
吹脱技术是使水作为不连续相与空气接触,利用水中溶解化合物的实际浓度与平衡浓度之间的差异,将挥发性组分不断由液相扩散到气相中,达到去除挥发性有机物的目的。美国环境保护协会(USEPA)指定其为去除挥发性有机物最可行的技术(BAT)。
载银煤质活性炭技术
载银煤质活性炭技术就是在净水过程中,载银煤质活性炭缓慢释放出微量的银离子,进入细菌体内而使其死亡,达到净化水质的目的。
从以上分析不难看出,各种饮用水深度处理方法的基本作用原理,无非是吸附、杀菌、氧化、生物降解和过滤等。随着水体污染日益严重,任何单一的净水方法都已不能满足人们对水质的要求,必须根据不同的水源水质采用既有效又经济的组合法。但是不管采用哪种方法,煤质煤质活性炭吸附都是必不可少的重要手段。
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