煤質活性炭在飲用水凈化中的應用

2011年，南方多省市遭遇干旱，降水達到50年來低水平。6月3日以來，長江中下游地區出現了較強降水過程，部分旱區變為澇區。這種短時間內由旱變澇的局面給城市飲用水的處理帶來了前所未有的沖擊。
  近年來，隨著我國社會與經濟的穩步發展，飲用水量需求不斷增加，人們對飲用水質量的要求也越來越高。而我國由于污水處理能力低、污染物排放呈增加趨勢，因此，當前和今后相當長一段時期內我國城市供水所面臨的突出問題將是水質問題。
  根據我國7大水系和內陸河流的110個重要河段統計，符合“地面水環境質量標準”Ⅰ、Ⅱ類的占32％，Ⅲ類的占29％，屬于Ⅳ、Ⅴ類的占39％。特別是有機物污染，異臭，有毒物質污染，油污染，富營養化，放射性污染等，水中曾一次性檢測出有機污染物高達上百種(其中部分是具有致癌、致畸、致突變作用的有機污染物)。
  飲用水水源的污染，致使飲用水水質惡化，對城鄉居民身體健康構成嚴重威脅。種種跡象表明我國正面臨著水資源日趨緊缺的現狀和水污染日益嚴重的形勢。
  采用傳統的給水凈化工藝(混凝、沉淀、過濾、消毒)，已不能與現有的水源水質和不斷提高的飲用水水質標準相適應。因此，積極探索新技術、新工藝，是解決我國飲用水污染問題的迫切需求。
  目前世界上完善的飲用水凈化技術就是煤質活性炭吸附法。
   煤質活性炭是一種多孔性的含炭物質，具有極其豐富的微孔體積和巨大的比表面積，表現出良好的吸附性能。我國是世界上大的煤質活性炭生產國和出口國，煤質活性炭吸附法應作為我國飲用水凈化的主要選擇。目前，國際上主流的煤質活性炭吸附法有以下幾種：
   1、臭氧活性炭聯用技術
臭氧活性炭聯用工藝，1961年在德國的AmAtard水廠首先使用。考慮到水處理中使用的活性炭能較有效去除小分子有機物，但對大分子有機物的去除很有限；當水中大分子有機物含量較多，勢必會使活性炭的吸附表面加速飽和，得不到充分利用，縮短使用周期。若進水先經臭氧氧化，使水中大分子有機物分解為小分子狀態。如芳香族化合物可以被臭氧氧化打開苯環、長鏈的大分子化合物可以被氧化成短鏈小分子物質等，這就提高了有機物進入活性炭微孔內部的可能性，充分發揮了活性炭的吸附表面，延長了活性炭的使用周期。同時臭氧還發揮了活性炭所不具備的殺菌作用。而活性炭還能有效地吸附臭氧氧化過程中產生的大量中間產物，包括解決了臭氧無法去除的三鹵甲烷及其前驅物質，并保證了后出水的生物穩定性。因此，臭氧活性炭聯用技術自1961年開始使用以來，在世界發達國家得到了廣泛應用。
   2    、生物活性炭技術
   生物活性炭技術是隨著活性炭在飲用水處理中的大量使用而出現的，早應用于德國的慕尼黑市Dohne水廠。中試和生產規模的應用分別在1977年和1978年開始。試驗表明，采用預臭氧生物活性炭工藝后的出水要優于原有的預氯化活性炭吸附。這在歐洲其他一些國家的飲用水處理運行情況中也得到證實。采用生物活性炭技術后，與原先單獨使用活性炭吸附工藝相比，出水水質得到提高，也增加了水中溶解性有機物的去除。從而降低了后氯化時的氯劑投加量，降低了三鹵甲烷的生成量，而且延長了活性炭的再生周期，減少了運行費用。生物活性炭對有機物的作用機理，可看作是物理吸附和生物降解的簡單組合。以粒狀活性炭為載體富集水中的微生物而形成生物膜，通過生物膜的生物降解和活性炭的吸附去除水中污染物，同時生物膜能通過降解活性炭吸附的部分污染物而再生活性炭，從而大大延長了活性炭的使用周期。使用該技術進行飲用水深度處理時，通常前提條件是應避免預氯化處理。否則微生物不能在活性炭上生長，也就失去了生物活性炭的生物氧化作用。
    3、活性炭與超濾組合技術
超濾膜過濾飲用水深度凈化工藝是近年發展起來的一種新興工藝，其顯著優點是能有效去除水中的病原菌(如賈第蟲孢囊、隱孢子蟲卵囊和大腸桿菌)。超濾膜對有機物的去除率取決于原水水質和膜孔的大小，在較大的范圍內變化。在超濾膜的應用過程中，重要的是膜阻塞和膜污染問題。水中的有機物、無機物、懸浮固體顆粒、微生物和膠體物質等，在膜表面和膜孔內累積將破壞膜的運行性能，并極大地縮短膜的使用壽命。活性炭與超濾膜的組合系統克服了單用任何一種處理手段時的弱點，如活性炭出水中常常含有一定量的細菌而影響出水的水質，超濾膜則存在膜阻塞和膜污染的問題。在組合系統中，利用活性炭對進水進行必要的前處理，如去除水中大部分的濁度、各種類型的有機化合物和色度。這些物質的去除為后續的膜過濾提供了必要的保障，從而緩解了膜阻塞和膜污染問題，延長了膜的使用壽命。用膜進行后處理有效地解決了出水中含有一定量細菌的問題，保障了出水水質。
除此之外，還有一些新興技術，如：
   光氧化技術
   光氧化技術是利用在可見光或紫外光照射作用下進行的復雜反應。該技術的特點是具有極強的氧化能力，有機物去除效率高，對水中有機優先控制污染物如三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯、六氯苯及多氯聯苯等也能有效進行分解。從上世紀80年代以來，對該技術的研究范圍又擴大到飲用水深度處理領域，在飲用水深度凈化方面具有良好的應用前景。目前該技術還處于實驗室和中試階段。
   聲空化技術
頻率在15KHZ以上的超聲波輻照溶液所引起的化學變化稱之為超聲空化效應。超起空化是指水中的微小泡核在超聲波作用下被激化，表現為泡核的振蕩、生長、收縮及崩潰等一系列動力學過程。超聲空化技術就是利用聲解將水中有機物轉化為CO2、H2O、無機離子和有機酸等成分。該技術具有少污染或無污染、設備簡單等優點，同時還伴有殺菌消毒功效，是一種很有潛力的水處理技術。