摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對于環(huán)保的要求越來越高，對于廢水處理的質(zhì)量更加關(guān)心。與此同時(shí)，由于煤礦工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展所帶來的環(huán)境污染問題已使部分水源受到不同程度的污染。文章首先探討了廢水處理方法分類，論述了活性炭吸附法及其應(yīng)用，后分析了活性碳吸附法在煤礦工業(yè)生產(chǎn)廢水處理中的具體應(yīng)用。
0 引言
改革開放30多年來，隨著我國煤礦工業(yè)企業(yè)高速發(fā)展，其在生產(chǎn)運(yùn)行中所產(chǎn)生的廢水越來越多，且廢水多含有有毒成分，但是處理上也越來越困難。為實(shí)現(xiàn)十八大提出的生態(tài)文明建設(shè)目標(biāo)，我國開始花大力氣整治煤炭工業(yè)領(lǐng)域方面的水污染工作。活性炭由于具有良好的吸附性能，化學(xué)性能穩(wěn)定，可耐強(qiáng)酸及強(qiáng)堿，能經(jīng)受水浸、高溫、比水輕，是多孔性的疏水性吸附劑，因此已廣泛的應(yīng)用于處理城市飲用水和工業(yè)廢水處理中，是污水處理的有效手段。本文為此具體探討了煤礦工業(yè)生產(chǎn)廢水的活性炭應(yīng)用處理。
1 廢水處理方法分類
由于缺乏經(jīng)濟(jì)可行的煤礦工業(yè)廢水處理技術(shù)，全國每年產(chǎn)生煤礦工業(yè)廢水近6億多噸，絕大部分不能實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，環(huán)境污染非常嚴(yán)重，使得廢水成為制約煤炭企業(yè)發(fā)展達(dá)標(biāo)和影響流域環(huán)境質(zhì)量的重要廢水污染源。對于新型煤化工來說，氣化廢水成分復(fù)雜、水量大、處理困難，是處理關(guān)鍵。同時(shí)目前主要運(yùn)行的煤礦工業(yè)工藝技術(shù)有固定床、流化床和氣流床3種，3種氣化工藝產(chǎn)生的廢水氨含量均很高。其中，固定床工藝產(chǎn)生的酚、焦油含量較高，污染也很嚴(yán)重；氣流爐工藝中，產(chǎn)生的甲酸化合物較高；氰化物在3種工藝中均有產(chǎn)生。因此需要針對不同的工藝，采用不同的廢水處理方法。當(dāng)前廢水處理的方法主要有物理方法、化學(xué)方法與生物方法等，其中物理方法包括格柵沉淀氣浮、過濾反滲透離心蒸發(fā)、結(jié)晶等處理工藝。化學(xué)法包括混凝、中和、氧氣還原、吸附、離子交換法、膜分離、汽提、萃取等處理工藝等。生物法包括活性污泥法、生物膜法、自然生物處理法和厭氧生物處理法等。
2 活性炭吸附法及其應(yīng)用
2.1 活性炭的特點(diǎn)
活性炭是一種經(jīng)非凡處理的炭，具有無數(shù)細(xì)小孔隙，表面積巨大，活性炭的表面積為500-1500m2/g。包括許多種具有吸附能力的碳基物質(zhì)，能夠?qū)⒃S多化學(xué)物質(zhì)吸附在其表面上。同時(shí)，活性炭能與多種化學(xué)物質(zhì)結(jié)合，從而阻止這些物質(zhì)的吸收，活性炭的吸附可分為物理吸附和化學(xué)吸附。物理吸附主要發(fā)生在活性炭豐富的微孔中，用于去除水和空氣中雜質(zhì)，這些雜質(zhì)的分子直徑須小于活性炭的孔徑。
2.2 活性炭吸附法的作用機(jī)理
活性炭吸附是指利用活性炭的固體表面對水中的一種或多種物質(zhì)的吸附作用，以達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。活性炭產(chǎn)生吸附的主要原因是固體表而上的原子力場不飽和，有表面能，因而可以吸附某些分子以降低表面能。固體從溶液中吸附溶質(zhì)分子后，溶液的濃度將降低，而被吸附的分子將在固體表面上濃聚。通常活性炭顆粒中的孔隙占顆粒總體積的70%~80%。這些孔隙形狀多樣，孔徑分布范圍很廣，細(xì)孔壁的總表面積即比表面積一般高達(dá)500~1700m2/g。這就是為什么活性炭吸附能力強(qiáng)、吸附容量大的主要原因。
2.3 活性炭吸附法在水處理中的應(yīng)用
活性炭吸附工藝是目前去除水中有機(jī)物的首先選擇工藝。由于原料來源豐富，表面積大，對色、嗅味及其他有機(jī)物有良好的去除率。活性炭在水處理過程中的應(yīng)用日益廣泛。其中粉末活性炭，對除去水中藻細(xì)胞分泌物產(chǎn)生的低分子量DOC尤為有效，并能有效地去除水中的微囊藻毒素，有效地降低出水的臭味。
2.3.1 活性炭在廢水處理過程中的除臭作用
利用活性炭吸附柱可以去掉很多惡臭的物質(zhì)，如吲哚、乙醛等惡臭成分是通過物理吸附而去除的，硫醇與H2S則是在活性炭表面上進(jìn)行氧化反應(yīng)而進(jìn)一步吸附去除的，活性炭在達(dá)到飽和之前，其對惡臭物質(zhì)的去除率是保持相對穩(wěn)定且其受氣體負(fù)荷變化的沖擊影響比較小，因此適應(yīng)性比較廣泛，但是吸附劑不便頻繁再生，因而對被吸附氣體的濃度要求不能太高。
2.3.2 活性炭處理含汞廢水
活性炭有吸附汞和含汞化合物的性能，但吸附能力有限，只適宜于處理含汞量低的廢水假如含汞的濃度較高，可以先用化學(xué)沉淀法處理，處理后含汞約1mg/L，高時(shí)可達(dá)2~3mg/L，然后再用活性炭做進(jìn)一步的處理。
2.3.3 活性炭處理含鉻廢水
活性炭具有很強(qiáng)的物理吸附能力，有非常發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)和較高的比表面積，能有效地去除廢水中的鉻。活性炭的表面存在大量的含氧基團(tuán)如羧基、羥基等，它們都有靜電吸附功能，對鉻產(chǎn)生化學(xué)吸附作用。吸附后的廢水可達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)表明：溶液中鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50mg/L，pH=3，吸附時(shí)間5h時(shí)，活性炭的吸附性能和鉻的去除率均達(dá)到較佳效果。活性炭處理含鉻廢水，吸附性能穩(wěn)定，處理效率高，操作費(fèi)用低，有一定的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
3 活性碳吸附法的具體應(yīng)用
煤礦廢水主要包括煤炭開采過程中地質(zhì)性涌、滲水，井下采煤過程中降塵灑水、消防及液壓設(shè)備產(chǎn)生的含煤塵廢水，前一部分主要是天然地下水，污染較小，后一部分是采煤時(shí)的人為用水，二者在地下混合使礦井廢水既具有地下水特征，又受到人為污染，成分較為復(fù)雜。由于環(huán)境保護(hù)法的實(shí)施，多數(shù)煤礦企業(yè)的生產(chǎn)廢水不是直接排放，多企業(yè)采用加氯法進(jìn)行生產(chǎn)廢水的消毒滅菌工作，且一般均采用廢水進(jìn)廠加氯（預(yù)氯化）和出水二次加氯2級消毒工藝。近年來國內(nèi)外研究表明，鹵素消毒副產(chǎn)物（DBPs）如三鹵甲烷（THMs）和鹵乙酸（HAAs）等，尤其是HAAs，具有較高的致癌風(fēng)險(xiǎn)。要想控制二次加氯產(chǎn)生的DBPs的濃度，只能依靠在水處理工序過程中強(qiáng)化對DBPs的去除效率。對某某地區(qū)幾大煤礦生產(chǎn)企業(yè)的水質(zhì)調(diào)查結(jié)果表明，預(yù)氯化可使水源中HAAs含量增加8~9.5倍，GAC吸附過濾工序可使總HAAs去除率提高46%-86%，是日前有效的DBPs去除方法。
某某礦業(yè)集團(tuán)所屬的以地表水為水源的煤礦生產(chǎn)企業(yè)都設(shè)有1.5m深的顆料活性炭濾池，設(shè)計(jì)濾速為9.5m/h。由于新炭主要以物理和化學(xué)吸附為主，運(yùn)用活性炭濾池提高供水水質(zhì)，加強(qiáng)對給水處理中的深度處理工藝的提升。一般采用水沖的形式，顆粒活性炭在使用過程中根據(jù)源水水質(zhì)情況定期進(jìn)行反沖洗。在應(yīng)用中反沖強(qiáng)度需達(dá)到30%以上的濾池膨脹率。使用一定時(shí)間炭表面形成生物膜后，則以生物降解作用為主。同時(shí)在使用粉末炭時(shí)，須根據(jù)所要去除污染物的種類和濃度進(jìn)行吸附試驗(yàn)，以確定活性炭種類和所需的粉炭量。同時(shí)近年來，該公司加大對礦井排放水的綜合治理，對煤礦生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水通過建立多級沉淀池進(jìn)行沉淀，并實(shí)施專人專管，定期清理、回收沉淀的煤泥，減少煤泥流失，同時(shí)，將沉淀后的水集中至井下中間水倉，用于掘進(jìn)打眼、防塵噴霧、沖洗巖壁等井下生產(chǎn)，而凈化處理過的廢水還被引至地面水池，用于衛(wèi)生間沖洗、花圃澆灌、消防用水等。
4 結(jié)語
與傳統(tǒng)的方法相比，基于活性炭的煤礦工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)廢水處理工藝方法操作簡單，去除污染物能力強(qiáng)；同時(shí)煤礦工業(yè)企業(yè)廢水處理的工程化設(shè)計(jì)能使企業(yè)的廢水處理達(dá)到較優(yōu)級別，使企業(yè)廢水達(dá)到零排放。