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       丁東活性炭行業(yè)在未來幾年內(nèi)的發(fā)展前景

現(xiàn)在中國(guó)活性炭吸附法處理污水的方法還在發(fā)展中階段。很多關(guān)于理論和技術(shù)方面還不夠完善。在我國(guó)，活性炭供應(yīng)也比較緊張，再生設(shè)備芍，再生費(fèi)用高，制約了活性炭大規(guī)模的被應(yīng)用。不同的環(huán)境需求不同功能的活性炭，原有技術(shù)的活性炭滿足不了新型行業(yè)的需求，所以發(fā)展新型活性炭產(chǎn)品是活性炭行業(yè)人共同努力的方向，也需要鼎力支持，采取多學(xué)科交叉與融合的研究方法，使活性炭處理廢水技術(shù)向著更加科學(xué)美好的方向發(fā)展。

活性炭是一種吸附能力特別強(qiáng)的碳材料，在目前的市場(chǎng)上應(yīng)用的很廣泛，種類也比較多，包括石化、家用、環(huán)保等等，國(guó)內(nèi)的活性炭在各個(gè)領(lǐng)域以及能夠滿足需求。吸附是指液體或氣體附著集中于固體表面的作用，一般的活性炭都能發(fā)生這種作用。吸附與吸收不同，吸收是指讓液體或氣體進(jìn)入固體的內(nèi)部的原子結(jié)構(gòu)中，但活性碳并不具備這樣的能力，它的吸附作用只是一個(gè)表面現(xiàn)象，所以只發(fā)生于它的表面。

活性炭作為新材料和碳素材料的一個(gè)重要分支，其綜合的優(yōu)良吸附性能和在幾乎所有國(guó)民經(jīng)濟(jì)部門的廣泛應(yīng)用，必將在新世紀(jì)里繼續(xù)顯示其旺盛的生命力，同時(shí)也將面臨更多的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

如上所述，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的活性炭行業(yè)還是較落后的，尤其在應(yīng)用開發(fā)，專用炭制造等方面差距更大。例如從環(huán)境保護(hù)來看，世界發(fā)達(dá)國(guó)家從20世紀(jì)70年代開始，環(huán)保行業(yè)逐漸成為活性炭的主要消費(fèi)市場(chǎng)，早在1994年，美國(guó)用于環(huán)境保護(hù)中水處理和氣體處理的活性炭占其當(dāng)年總用量13萬噸的66%；日本這兩項(xiàng)的用量占當(dāng)年總用量8.5萬噸的75%。

      我國(guó)近十多年環(huán)保形勢(shì)日趨嚴(yán)峻，水處理、氣體處理用活性炭還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有普及。據(jù)報(bào)道：江浙太湖流域水源中藻類較多時(shí)，采用大孔較多的具有一定焦糖脫色力（A法≥85%）的木質(zhì)粉炭，并在水源混凝沉淀時(shí)加入，各種藻類去除率可達(dá)81%~98%。隨著2003年北京奧運(yùn)會(huì)和2010年上海世博會(huì)的申辦成功和我國(guó)在10~20年里要跨入小康社會(huì)我們可以充滿信心預(yù)計(jì)，僅環(huán)境保護(hù)這一領(lǐng)域，活性炭的用量將會(huì)成倍增長(zhǎng)，初步估計(jì)環(huán)保用炭不會(huì)少于10萬~20萬噸/年。

        廣東疫情再一次牽動(dòng)餐飲人的心！繼荔灣區(qū)、越秀區(qū)部分街道暫停堂食后，廣州番禺區(qū)、海珠區(qū)也宣布暫停堂食，部分街道甚至?xí)和I(yíng)業(yè)！與此同時(shí)，佛山禪城區(qū)、南海區(qū)也宣布部分街道暫停堂食！

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國(guó)家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。錳砂是較強(qiáng)的催化劑，能促使水中的二價(jià)鐵氧化成三價(jià)鐵。如水中堿度過高，硫化物含量過高，會(huì)縮短錳砂的使用周期。本研究為利用錳砂除鐵提了供參考數(shù)據(jù)。

飲用水中含鐵量高，不僅感官性狀不好，有鐵腥味，長(zhǎng)期攝入含鐵高的水可致機(jī)體慢性中毒，尤其是對(duì)肝臟的損害比較大。目前，國(guó)內(nèi)外多采用錳砂過濾除鐵，但水中一些干擾因素對(duì)除鐵效果可能有影響。我們對(duì)可能影響錳砂除鐵的某些因素進(jìn)行了探討。現(xiàn)介紹如下。

1、除鐵原理

錳砂過濾除鐵，其原理是使水中亞鐵離子與水中溶解氧一同進(jìn)入接觸濾層，在濾層的接觸催化作用下完成亞鐵離子的氧化、水解和截留。天然錳砂含有較多的二氧化錳，是二價(jià)鐵氧化成三價(jià)鐵的良好催化劑，地下水經(jīng)天然錳砂過濾加快了二價(jià)鐵的氧化，反應(yīng)式如下：

3MnO2+O2=MnO·Mn2O7

高價(jià)錳再把Fe2+氧化成Fe3+

MnO·Mn2O7+4Fe2+2H2O=3MnO2+4Fe3++4OH-

這個(gè)過程使高價(jià)錳化合態(tài)重新還原成MnO2，這是一種自動(dòng)接觸催化的過程，也是天然錳砂長(zhǎng)期具有除鐵能力的原因。

2、方法和裝置

2.1 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)室用的高鐵水是參照日本高井雄的配方，以自來水加硫酸亞鐵配制；含錳水以自來水加硫酸錳配制。

2.2 測(cè)定方法

鐵：二氮雜菲比色法；錳：過濾硫酸銨比色法；pH：S-3C型酸度計(jì)；溶解氧濃度：溶解氧測(cè)定儀；色度：751型分光光度計(jì)；硫化物：碘量法。以上測(cè)定方法均參照中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)法。

2.3 實(shí)驗(yàn)裝置（附圖）

2.4 實(shí)驗(yàn)濾器

用玻璃管制成，濾料粒徑0.6-2.0mm，濾床高760mm，流速8-10m/h。

3、結(jié)果與討論

3.1 pH對(duì)除鐵效果的影響

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，水的pH值每降低一個(gè)單位，水中OH-濃度將減少10倍，水中二價(jià)鐵的氧化速度降低100倍。實(shí)驗(yàn)調(diào)原水pH至5.2、6.3、7.5、8.5，原水含鐵量20mg/L，濾速10m/h，定時(shí)取水樣測(cè)定濾過水總鐵。結(jié)果見表1。

表1 不同pH、不同時(shí)間出水余留總鐵（mg/L）

注：為3次試驗(yàn)平均結(jié)果

從表1看出，pH在5.2-8.5之間時(shí)，除鐵效果隨pH值的升高而越好，但都能達(dá)到國(guó)家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)含鐵地下水pH大都在5.0-8.0之間，為此，用錳砂除鐵時(shí)不需調(diào)pH值，可節(jié)省投資，給管理帶來方便。

3.2 水溫對(duì)除鐵效果的影響

水中二價(jià)鐵的氧化與水溫有關(guān)，水溫越高除鐵效果越好。一般水溫每降低15℃，反應(yīng)速度將減小一半。突驗(yàn)選擇2-3℃、5-7℃、13-15℃3個(gè)溫度范圍進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果見表2。

表2 不同水溫、不同時(shí)間出水余留總鐵（mg/L）

原水含鐵量20mg/L，pH為6.9。

從表2看出，水溫在5℃以上時(shí)，濾水鐵含量均能達(dá)到國(guó)家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。低于5℃時(shí)除鐵效果不好，為此，寒冷地區(qū)利用錳砂除鐵時(shí)，其設(shè)施一定要建在屋內(nèi)，并設(shè)有供暖設(shè)備。

3.3 溶解氧濃度對(duì)除鐵效果的影響

水中溶解氧濃度的高低，直接影響除鐵效果。因?yàn)榈叵滤卸䞍r(jià)鐵鹽一般以重碳酸鐵[Fe(HCO3)2]的形式存在，當(dāng)與空氣接觸（曝氣）時(shí)，重碳酸鐵易分解為氫氧化亞鐵和二氧化碳。

Fe(HCO3)2+2H2O?Fe(OH)2+2H2O+2CO2↑

氫氧化亞鐵與空氣中氧化合，成為膠體的氫氧化鐵[Fe(OH)3]，呈膠體凝聚沉淀。

4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3↓

增加溶解氧濃度簡(jiǎn)易的方法是通過曝氣來完成。試驗(yàn)用通入氮?dú)獾姆椒ò阉腥芙庋鯘舛冉抵了舛�，定時(shí)取水樣測(cè)定濾水的余留總鐵，結(jié)果見表3。

表3 不同溶解氧濃度、不同時(shí)間出水余留總鐵（mg/L）

pH為6.8 水溫為21℃ 30min測(cè)定溶解氧濃度已達(dá)3.8mg/L。

從表3看出，溶解氧濃度在3.8mg/L以上時(shí)，濾過水含鐵量均能達(dá)到國(guó)家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 色度對(duì)除鐵效果的影響

用樹葉浸泡法配制色度為5、10、20、30、含鐵量20mg/L的水，以10m/h的流速通過濾柱，定時(shí)取水樣分析出水余留總鐵，結(jié)果如表4。

表4 不同色度、不同時(shí)間出水余留總鐵（mg/L）

原水pH為6.8 出水pH為6.7 水溫為15℃

表4結(jié)果說明，色度在30度以下時(shí)，對(duì)錳砂除鐵無明顯的影響。

3.5 硫化物對(duì)除鐵效果的影響

實(shí)驗(yàn)用自來水加硫化鈉配制含鐵量20mg/L，含硫化物1.0、3.0、5.0mg/L的水樣呈黑色，且硫化物越高，顏色越深，都有硫化氫的臭味。經(jīng)錳砂過濾后其結(jié)果見表5。

表5 不同硫化物含量、不同時(shí)間出水余留總鐵（mg/L）

原水pH為6.8 出水pH為6.7 水溫為15℃

從表5結(jié)果看出，不同濃度硫化物的高鐵水，經(jīng)錳砂過濾后，出水鐵含量符合國(guó)家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，且無色無味。但硫化物含量在5.0mg/L以上時(shí)，濾水量減少，使用周期縮短。

3.6 堿度的干擾

用碳酸氫鈉和鹽酸配制不同堿度的水，含鐵量20mg/L，pH值分別為5.2、6.2、5.6和7.5，以10m/h的流速進(jìn)行過濾，定時(shí)取水樣分析余留總鐵，其結(jié)果見表6。

表6 不同堿度、不同時(shí)間出水余留總鐵（mg/L）

水溫為15℃

表6說明，堿度在6.5meg/L以下時(shí)，出水余留總鐵均能達(dá)到飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。但隨著堿度的降低，出水余留總鐵逐漸增加。因此，堿度過低時(shí)，濾水量相應(yīng)減少，縮短使用周期。

4、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

為了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室方法的可靠性，用實(shí)驗(yàn)室裝置在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了除鐵試驗(yàn)。其中，含鐵量4.62±1.70mg/L，含錳量0.34±0.09mg/L。試驗(yàn)采用自然曝光，溶解氧濃度3.9-6.3mg/L，pH為6.5，流速9-11m/h。試驗(yàn)共進(jìn)行了14天，每天定時(shí)取水樣分析濾后水的鐵錳含量。結(jié)果Fe＜0.3mg/L，Mn＜0.lmg/L，均符合國(guó)家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，與實(shí)驗(yàn)室結(jié)果相一致，表明試驗(yàn)結(jié)果是可靠的。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室及現(xiàn)場(chǎng)結(jié)果，于1987年7月在黑龍江省嫩江縣二炮農(nóng)場(chǎng)安裝了一臺(tái)每天濾水量70t的除鐵設(shè)施，因考慮當(dāng)?shù)厥彝鉁囟鹊蜁r(shí)可達(dá)-50℃，所以一切設(shè)施均建在屋內(nèi)。除鐵工藝流程為：含鐵地下水→跌水曝氣→過濾→集水池→清水池→用戶。原水pH為6.5，總堿度為2.67meg/L，經(jīng)曝光后呈暗紅色，夏季水溫15℃，冬季水溫1-9℃，結(jié)果見表7。

表7 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果

溶解氧濃度：曝氣前1.9mg/L，曝光后6.7mg/L，工作周期84-90h。

從表7結(jié)果可以看出，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地應(yīng)用中，經(jīng)錳砂過濾后的水，鐵錳含量均達(dá)到了國(guó)家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，工作周期也超過了預(yù)期結(jié)果，更證實(shí)了錳砂除鐵的可靠性。