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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，活性炭供應(yīng)也比較緊張，再生設(shè)備芍，再生費用高，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)向著更加科學美好的方向發(fā)展。

活性炭是一種吸附能力特別強的碳材料，在目前的市場上應(yīng)用的很廣泛，種類也比較多，包括石化、家用、環(huán)保等等，國內(nèi)的活性炭在各個領(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重要分支，其綜合的優(yōu)良吸附性能和在幾乎所有國民經(jīng)濟部門的廣泛應(yīng)用，必將在新世紀里繼續(xù)顯示其旺盛的生命力，同時也將面臨更多的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)。

如上所述，與發(fā)達國家相比，我國的活性炭行業(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)境保護來看，世界發(fā)達國家從20世紀70年代開始，環(huán)保行業(yè)逐漸成為活性炭的主要消費市場，早在1994年，美國用于環(huán)境保護中水處理和氣體處理的活性炭占其當年總用量13萬噸的66%；日本這兩項的用量占當年總用量8.5萬噸的75%。

      我國近十多年環(huán)保形勢日趨嚴峻，水處理、氣體處理用活性炭還遠遠沒有普及。據(jù)報道：江浙太湖流域水源中藻類較多時，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加入，各種藻類去除率可達81%~98%。隨著2003年北京奧運會和2010年上海世博會的申辦成功和我國在10~20年里要跨入小康社會我們可以充滿信心預(yù)計，僅環(huán)境保護這一領(lǐng)域，活性炭的用量將會成倍增長，初步估計環(huán)保用炭不會少于10萬~20萬噸/年。

        廣東疫情再一次牽動餐飲人的心！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，部分街道甚至暫停營業(yè)！與此同時，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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國家飲用水衛(wèi)生標準。錳砂是較強的催化劑，能促使水中的二價鐵氧化成三價鐵。如水中堿度過高，硫化物含量過高，會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，長期攝入含鐵高的水可致機體慢性中毒，尤其是對肝臟的損害比較大。目前，國內(nèi)外多采用錳砂過濾除鐵，但水中一些干擾因素對除鐵效果可能有影響。我們對可能影響錳砂除鐵的某些因素進行了探討�，F(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，是二價鐵氧化成三價鐵的良好催化劑，地下水經(jīng)天然錳砂過濾加快了二價鐵的氧化，反應(yīng)式如下：

3MnO2+O2=MnO·Mn2O7

高價錳再把Fe2+氧化成Fe3+

MnO·Mn2O7+4Fe2+2H2O=3MnO2+4Fe3++4OH-

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

2、方法和裝置

2.1 實驗方法

實驗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；溶解氧濃度：溶解氧測定儀；色度：751型分光光度計；硫化物：碘量法。以上測定方法均參照中華人民共和國國家標準生活飲用水標準檢驗法。

2.3 實驗裝置（附圖）

2.4 實驗濾器

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對除鐵效果的影響

據(jù)文獻報道，水的pH值每降低一個單位，水中OH-濃度將減少10倍，水中二價鐵的氧化速度降低100倍。實驗調(diào)原水pH至5.2、6.3、7.5、8.5，原水含鐵量20mg/L，濾速10m/h，定時取水樣測定濾過水總鐵。結(jié)果見表1。

表1 不同pH、不同時間出水余留總鐵（mg/L）

注：為3次試驗平均結(jié)果

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

3.2 水溫對除鐵效果的影響

水中二價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。突驗選擇2-3℃、5-7℃、13-15℃3個溫度范圍進行實驗。結(jié)果見表2。

表2 不同水溫、不同時間出水余留總鐵（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，濾水鐵含量均能達到國家飲用水衛(wèi)生標準。低于5℃時除鐵效果不好，為此，寒冷地區(qū)利用錳砂除鐵時，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。因為地下水中二價鐵鹽一般以重碳酸鐵[Fe(HCO3)2]的形式存在，當與空氣接觸（曝氣）時，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↓

增加溶解氧濃度簡易的方法是通過曝氣來完成。試驗用通入氮氣的方法把水中溶解氧濃度降至所定濃度，定時取水樣測定濾水的余留總鐵，結(jié)果見表3。

表3 不同溶解氧濃度、不同時間出水余留總鐵（mg/L）

pH為6.8 水溫為21℃ 30min測定溶解氧濃度已達3.8mg/L。

從表3看出，溶解氧濃度在3.8mg/L以上時，濾過水含鐵量均能達到國家飲用水衛(wèi)生標準。

3.4 色度對除鐵效果的影響

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，對錳砂除鐵無明顯的影響。

3.5 硫化物對除鐵效果的影響

實驗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，出水鐵含量符合國家飲用水衛(wèi)生標準，且無色無味。但硫化物含量在5.0mg/L以上時，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的流速進行過濾，定時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，出水余留總鐵均能達到飲用水衛(wèi)生標準。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，濾水量相應(yīng)減少，縮短使用周期。

4、現(xiàn)場試驗

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

根據(jù)實驗室及現(xiàn)場結(jié)果，于1987年7月在黑龍江省嫩江縣二炮農(nóng)場安裝了一臺每天濾水量70t的除鐵設(shè)施，因考慮當?shù)厥彝鉁囟鹊蜁r可達-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)場試驗結(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)場實地應(yīng)用中，經(jīng)錳砂過濾后的水，鐵錳含量均達到了國家飲用水衛(wèi)生標準，工作周期也超過了預(yù)期結(jié)果，更證實了錳砂除鐵的可靠性。