活性炭去除余氯原理和主要指标简介

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2022-08-19 环球过滤分离技术网 guolvfenlitech2


摘要：本文主要介绍余氯的作用、危害，活性炭如何去除余氯，以及活性炭主要指标。氯作为自来水处理过程中非常主要的物质，消毒和改善水质的效果非常好，但是过量使用和产生的残留物质造成的污染也不容忽视。随之生活水平的提高，使用安全、健康水的意识和需求越来越高。活性炭作为净水常用材料对余氯的去除效果非常明显。
关键词：余氯、活性炭、碘值。
Abstract:This report mainly introduces the function and harm of residual chlorine, how to remove residual chlorine by activated carbon, and the main indexes of activated carbon. Chlorine is a very important substance in the process of tap water treatment. The effect of disinfection and improving water quality is very good, but the pollution caused by excessive use and residual substances cannot be ignored. With the improvement of living standards, the awareness and demand for safe and healthy water are higher and higher. As a common material for water purification, activated carbon has a very obvious effect on the removal of residual chlorine.
Keywords: Chlorine, Activated Carbon, Iodine Number.
1.余氯处理生活饮用水时，常用氯气或某些氯化合物（如次氯酸盐、氯胺化合物）消毒。有时也用氯气氧化污染较严重的原水以改善水质。这时常测定余氯以控制处理过程。余氯过高将给水带来臭味，过低将使水失去保持杀菌的能力，降低供水的卫生安全性。余氯有多种形式，大致为两类，一类是游离性有效氯（通常是次氯酸和次氯酸根离子（CLO-、HClO、Cl2等）；另一类是化合性有效氯（各种氯胺及衍生物（NH2Cl、NHCl2、NHCl3等）。在用折点加氯法来改善污染较重的原水的水质时，常需区分这两类余氯。向这类原水加氯时，随着加氯量的递增，余氯量也递增，但加氯量超过某一数值后，余氯量反而随加氯量的增加而递减。加氯量继续增加又超过某一数值时，余氯量又开始递升，而且余氯的上升与氯的增加量相等，这表明氯的氧化作用已经完成。1.1 余氯的作用
余氯的作用是保证持续杀菌，也可防止水受到再污染。实验证明，接触作用30分钟游离余氯在0.3mg/L以上时，对肠道致病菌（如伤寒、痢疾等）、钩端螺旋体、布氏杆菌等均有杀灭作用。如果用氯胺消毒，化合余氯含量一般为游离余氯的2倍以上，且接触时间不应小于2小时。肠道病毒（传染性肝炎病毒、小儿麻痹病毒等）对氯消毒剂的耐受力较肠道致病菌强。据报道，如能保证游离余氯为0.5mg/L，接触时间为30～50分钟，亦可使肠道病毒死灭。因此，在怀疑水源可能受到肠道病毒污染时，可增加氯消毒剂量及接触时间，以保证饮用水的安全。集中式给水管网末梢水的游离余氯，还可作为预示有无再次污染的信号，因此，水质标准对管网末梢水的游离余氯也作了相应规定。标准规定“在与水接触30分钟后应不低于0.3mg/L，管网末梢水不应低于0.05mg/L（适用于加氯消毒）”。用于泳池消毒,中国在游泳池水指标中把余氯量定为0.4~0.6mg/L（0.4~0.6ppm）之间。美国公共卫生局和国际泳联规定为0.2mg/L，根据中国的国情，人员复杂，某些人有不良的卫生习惯，为更好的保证游泳者的健康，把下限定为0.4mg/L更保险，如果能达到国家规定的的标准，一些容易在水中传播的疾病，例如红眼、砂眼、中耳炎等，基本上就能够预防了。水质标准对管网末梢水的游离余氯也作了相应规定。标准规定“在与水接触30分钟后应不低于0.3mg/L，管网末梢水不应低于0.05mg/L（适用于加氯消毒）”。1.2 余氯的危害自来水余氯浓度过高的话，主要危害有：刺激性很强，对呼吸系统有伤害。易与水中有机物反应，生成氯仿、三氯甲烷等致癌物。作为生产原料的话，有可能起不良作用，如用其生产黄酒产品时，对发酵环节的酵母菌有杀菌作用，影响酒质。自来水煮沸后，一种致癌物质三氯甲烷的含量将比冷水增加3-4倍。长期饮用会对人体造成非常大危害。尤其是近年来水源污染越发严重，直接导致自来水中余氯含量的增加。所以直接饮用自来水烧的开水也不是健康的选择，对自来水进行再净化是关键。经过净化设备净化后的自来水称为直饮水，在保留对人体有益的矿物质的基础上吸附自来水中的余氯和其他有害物质，才是真正健康的水。 2.活性炭去除余氯的原理脱氯过程是吸附、催化和氯与炭反应的一个综合过程。活性炭与水中余氯接触后的初期，去除余氯以吸附作用为主；达到吸附平衡后，余氯浓度继续下降则是由于化学反应的作用。吸附与活性炭对水中有机物吸附相同，只是吸附物质分子比有机物分子小。氯与炭反应，是指余氯在水中以次氯酸形式存在，它在炭表面进行化学反应，活性炭作为还原剂把次氯酸还原为氯离子。2.1 游离性余氯主要是指ClO-、HClO、Cl2等在水中存在形式：H2O + Cl2 <—> H+ + Cl- + HClO活性炭对游离性余氯的去除过程：HClO + C* = CO* + H+ + Cl-CO* + HClO = CO2 + H+ + Cl-
2.2 化合性余氯主要是指NH2Cl、NHCl2、NHCl3等活性炭对化合性余氯的去除过程：NH2Cl + C* + H2O = NH3 + H+ + Cl- + CO*2NH2Cl + CO* = N2 + 2H+ + 2Cl- + H2O + C3NH2Cl = 2HCl + N2 + NH4Cl去除氯胺单纯的物理吸附量是有限的。 3.活性炭主要指标简介及评价   3.1 析出物质   3.1.1 析出物质介绍析出物质特别是砷和重金属离子的析出含量是管控的重中之重，对人体有一定的损伤，并且被吸收后很难排除，长期饮用超标的水对身体有极大的伤害，管控的重点包括：砷、锑、镉、铬（六价）、铅、钡、铝、四氯化碳等。3.1.2 析出物质评价材料安全是所有指标中必须满足要求的指标，任何时候安全都是第一位的，必须严格把关析出物的含量，防止净水设备对水源造成污染。推荐规格：砷≤5 ppb；锑≤3 ppb；铝≤100 ppb3.2 目数3.2.1 目数简介活性炭目数指的就是筛网密度，活性炭颗粒的大小常用目数来表示。目数越大说明颗粒越小，一般超过100目，活性炭颗粒就趋于粉末了，但是其实还是颗粒；目数越小，则活性炭颗粒越大，比如8目数比12目数的活性炭颗粒大。各国标准筛的规格不尽相同，常用的泰勒制是以每英寸长的孔数为筛号，称为目。例如100目的筛子表示每英寸筛网上有100个筛孔。目数前加正负号则表示能否漏过该目数的网孔。负数表示能漏过该目数的网孔，即颗粒尺寸小于网孔尺寸；而正数表示不能漏过该目数的网孔，即颗粒尺寸大于网孔尺寸。例如，颗粒为-100目~+200目，即表示这些颗粒能从100目的网孔漏过而不能从200目的网孔漏过。3.2.2 目数评价目数对滤芯的过滤精度有非常大的影响，目数越大滤芯过滤精度越高，吸附和去除速度也越快，同时滤芯的水压损也越高。需要根据性能要求综合考虑选用合适目数的炭粉。3.3 碘值3.3.1 碘值简介每克碳粉吸收的水溶液中碘的毫克数即碘值（mg/g），一般碘吸附值表示微孔（只能作为参照，可根据孔径分析数据确定）。碘值是活性炭孔隙结构的一种显示值，可用来表征活性炭的总表面积和衡量活性炭是否活化充分的标志。3.3.2 碘值评价并不是碘值越高，活性炭质量就好，价格就越贵。判断活性炭质量好主要看三个值：碘吸附值、四氯化碳吸附值、亚甲蓝吸附值。碘吸附值：用来表示对液体吸附力；四氯化碳吸附值表示对气体物质的吸附能力；亚甲蓝吸附值：表示脱色能力。从活性炭去除余氯原理可以看出碘值高低和活性炭去除余氯能力强弱并不是线性关系。推荐规格：椰壳活性炭≥1100mgI2/g；煤质活性炭≥900mgI2/g（不建议＜850mgI2/g）。3.4 亚甲基蓝吸附值3.4.1 亚甲基蓝吸附值简介1g活性炭所能吸收亚甲基蓝的毫克数。标志活性炭的孔隙结构中次微孔（中孔）的发达程度。3.4.2 亚甲基蓝吸附值评价用亚甲基蓝吸附值衡量MOH加标中的COD去除能力比用碘值更合理一些，碘值针对小孔，亚甲基蓝针对中孔。3.5 水分3.5.1 水分简介活性炭含水的多少，即活性炭中被吸附的水的重量的百分比。3.5.2 水分评价水分较高不仅增加了活性炭的“密度”增加采购成本、影响配料，更容易滋生细菌，导致滤芯、设备菌落超标；同时对生产工艺也有一定影响，容易形成冷凝水等。推荐规格：≤5%。3.6 灰分3.6.1 灰分简介活性炭的化学组成除碳元素外,还含有两种物质，一是以化学键结合的元素，如氧和氢;另一种是灰分，灰分随活性炭种类不同而异。不同种类的活性炭其灰分含量和组成有很大的差别，椰壳炭灰分小于4%，而煤质活性炭灰分髙达20%〜30%左右。活性炭的灰粉是指内在灰粉，灰分主要可分为酸溶物和碱溶物。灰分主要包括：二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化钙、氧化镁、二氧化钛、三氧化硫、氧化钾、氧化钠和五氧化二磷等。3.6.2 灰分评价灰分越高杂质越多，析出物超标风险也越高。降低灰分主要通过酸洗、碱洗和提高活化程度。一定程度上降低灰分要求对性能影响并不大，但是降低灰分要求可以很大程度上降低活性炭加工成本并且堆密度也会上升。推荐规格：椰壳活性炭≤4%；煤质活性炭≤6%（不建议＞10%）。 4.小结通过介绍余氯的作用和危害我们更清晰地知道了如何利用余氯并避免它带来的伤害。从余氯的去除原理和活性炭各项指标可以更好地选用合适的活性炭，避免浪费。但是余氯的去除能力高低并没有特别适用的专用指标，半脱氯方法波动较大，不够严谨，有待进一步研究。来源于：王光发（滨特尔） CCMSA新风与净水分会，侵权告删 www.guolvfenlitech.com