随着国家对水环境污染的日益重视，城镇污水及工业废水的排放标准要求愈发严格。近几年大部分生活污水处理厂或工业污水处理厂面临提标改造的新形势，排放标准由传统城镇污水排放一级B标准提升至一级A标准，国家重点江湖海河流域周边则要求提标至准地表IV类水质或是更高标准。
活性炭这种新型材料，因拥有特殊的多孔结构、巨大的比表面积，能够有效吸附水体中的各类污染物，所以广泛应用于水处理行业。但因为活性炭价格一般比较昂贵，孔隙率有限，水体中的污染物很容易吸附于活性炭中，造成活性炭快速饱和。所以活性炭较少应用于污水处理行业的预处理阶段，而是更多的应用于深度处理阶段。本文以某污水厂深度处理中活性炭使用案例来介绍活性炭的原理及其在水处理行业应用。
一、活性炭特征及作用原理
活性炭是一种黑色多孔固体炭质，包含粉末、颗粒、块状、蜂窝或晶体等多种形式。因具有特殊且丰富的多孔结构，自身具备强有力的吸附功能。
该种吸附功能主要分为物理吸附和化学吸附。物理吸附是指活性炭利用其自身微孔或孔隙结构，将水和空气中分子直径小于活性炭孔隙直径的杂质吸入其中。化学吸附是指活性炭因表面杂原子、化学官能团、化合物等与被吸附物质发生化学反应，而产生化学吸附。在上述两种吸附方式的共同作用下，活性炭能够充分吸附污水中的重金属离子、各类杂质和污染物等，实现较好的水处理效果，从而广泛应用于水处理行业。
二、活性炭在污水处理厂深度处理中的应用
2.1 项目概况及活性炭应用
江西省某工业园区污水处理厂，设计处理规模为12500m3/d，原主体工艺一期为SBR+气浮；二期为BDP+斜管沉淀，出水排放执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级B标准，应当地政府及环保部门要求岀水标准需由一级B提升至一级A标准。故该污水厂在原主体工艺后增加深度处理单元，其深度处理工艺为“微砂加炭高效沉淀池+反硝化深床滤池”进一步去除SS、TP、COD、TN等指标。深度处理中主要污染物指标去除率设计如表1所示。
活性炭主要应用于本污水厂微砂加炭高效沉淀池中，该池体分为接触池+混凝池+絮凝池+斜板沉淀四个部分，工作原理是通过在各功能池内分别投加活性炭、混凝剂、絮凝剂及微砂，污水与其充分混合反应，生成的絮体经斜板沉淀后得到澄清出水，污水中的COD、SS和TP等污染物得到进一步去除。活性炭具体投加于接触池，通过快速搅拌混合与污水中污染物充分接触，利用活性炭物理吸附作用，将难降解的溶解性COD吸附去除，随后同斜板池污泥混合物一同排至后续污泥脱水单元。该工程配备活性炭储罐(有效容积20m3)和活性炭制备池(1用1备，单池有效容积10m3)。固体活性炭经由罐车输送至活性炭储罐，再由螺旋输送定量投加到活性炭制备池，加入一定量自来水，进行搅拌，制备成浓度为1%(质量分数)的活性炭溶液，然后由投加泵将活性炭溶液投加到接触池。
活性炭的投加量可根据进水流量、活性炭投加率及活性炭溶液制备浓度计算得出，其计算公式如下：
公式中活性炭投加率又与进出水水质、水温、活性炭品质等均有关联，按照本工程设计高效沉淀池出水COD浓度应从进水60mg/L降低至45mg/L，其理论活性炭投加率约为100g/m3。
2.2 活性炭选型烧杯试验
本工程建议选用的活性炭基本参数为：固体粉末，粒径<75um，碘值〉1050，灰分<5%。由于每种活性炭自身孔隙直径、比表面积的差异，以及污水中特征污染物的不同，所以即使拟用的活性炭均满足上述基本条件，仍需进行烧杯试验，从而筛选岀最适合本污水的活性炭产品。
下面简单介绍本工艺的活性炭烧杯试验，具体如下：
(1)试验材料。少量微砂、混凝剂PAC、絮凝剂PAM，活性炭样品、待测污水、烧杯、六联搅拌器、玻璃棒等。
(2)试验方法。取若干待测污水，分别装入4个烧杯中，每个烧杯污水量为1L，然后向其分别投加等量微砂。本次试验的活性炭产品有3种，为其编号1~3号。烧杯编号对应1~3号和0号。0号为空白样品(不加活性炭)。在1~3号烧杯中分别投加100mg活性炭，搅拌15min，然后在0〜3号烧杯中分别加入0.2mL(浓度5%)PAC、搅拌3min；加入1.5mL(浓度0.1%)PAM搅拌10min。最后沉淀10min后取上清液分别测定其COD值和TP值。
(3)试验结果。从表2试验结果来看，活性炭样品1对污水中的COD去除率最高，所以优先选用1号产品。本次试验同时还测定了活性炭投加前后上清液总磷的数据，这是因为部分活性炭产品是使用磷酸法制备而来，可能会含有少量磷酸盐，溶解到水中后会导致总磷升高。本次试验测得活性炭样品卜3号投加前后总磷数据，均未有上升趋势，符合试验要求。
三、活性炭改性研究进展
为提高活性炭对不同水体污染物的吸附能力，近几年关于活性炭改性技术的研究也日益发展。
通过对活性炭表面物理结构的改性，如增加比表面积和孔隙结构比例，调整孔径大小、使其与被吸附颗粒物孔径相当等方式，从而改善活性炭材料的物理吸附能力。一般可用浸渍覆盖法气相热解、热收缩法等物理方法实现。另外也可对活性炭表面化学性质进行改性，通过丰富活性炭上的化学官能团，从而增加活性吸附点位或使其对吸附质产生特殊的吸附能力。常用方法有：表面还原改性、表面氧化改性、负载金属改性等。
水体环境中污染物繁杂，想要利用活性炭进一步去除大部分污染物，还需对污染物及活性炭之间的作用关系进行深入研究，从而针对性地选择活性炭改性方法，增加其吸附种类及吸附能力。
四、结语
活性炭因其强大的吸附功能广泛应用于水处理行业，本文提及的仅为活性炭在深度处理中物理吸附作用的案例，针对各类较难处理的印染废水、化工废水，可以考虑对活性炭进行相应改性，使其发挥化学吸附效应，从而去除难降解物质。活性炭的改性研究在各类难处理废水领域中具有一定应用前景。由于活性炭价格普遍较高，所以研究如何收集回收水中已饱和的活性炭，并进行加工循环利用，对于己采用活性炭投加工艺的污水处理厂具有重要意义。( >
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