由于活性炭能無(wú)效地去除水的臭味、大局部無(wú)機物和某些無(wú) 機物，活性炭吸附技術(shù)已成爲凈化水源污染和城市污水、工業(yè)廢 水深度處置的無(wú)效手腕。本文將論述活性炭的特性及其吸附機 理，引見(jiàn)活性炭吸附技術(shù)及其組合工藝在國際外水處置中的使用 和開(kāi)展，總結其使用中的優(yōu)缺陷并預測其前景和開(kāi)展方向。
1、活性炭的特性及其吸附機理
1.1 活性炭的特性 活性炭是一種暗黑色含炭物質(zhì)，具有興旺的微孔結構和宏大 的比外表積。它化學(xué)性質(zhì)波動(dòng)，可耐強酸強堿，具有良好吸附功能， 是多孔的疏水性吸附劑。活性炭初用于制糖業(yè)，后來(lái)普遍用于 去除受凈化水中的無(wú)機物和某些無(wú)機物。它簡(jiǎn)直可以用含有碳的 任何物質(zhì)做原資料來(lái)制造，其制備進(jìn)程次要包括炭化和活化兩步 [2]：碳化也稱(chēng)熱解，是在隔絕空氣的條件下對原資料加熱，普通溫 度在 600oC以下；活化是在有氧化劑的作用下，對碳化后的資料 加熱，以消費活性炭產(chǎn)品。
1.2 活性炭的吸附機理 活性炭在制造進(jìn)程中，其揮發(fā)性無(wú)機物被去除，晶格間生成 空隙，構成許多外形各異的細孔。其孔隙占活性炭總體積的 70% ～ 80%，每克活性炭的外表積可高達 500 ～ 1700 平方米，但 99.9 ％都在多孔構造的外部。活性炭的極大吸附才能即在于它具有 這樣大的吸附面積。活性炭的孔隙大小散布很寬，從 10-1nm 到 104nm以上，普通按孔徑大小分爲微孔、過(guò)渡孔和大孔。在吸附 進(jìn)程中，真正決議活性炭吸附才能的是微孔構造。活性炭的全部 比外表簡(jiǎn)直都是微孔構成的，粗孔和過(guò)渡孔只起著(zhù)吸附通道作用， 但它們的存在和散布在相當水平上影響了吸附和脫附速率。
研討標明：在吸附進(jìn)程中發(fā)作溶質(zhì)由溶劑向活性炭吸附劑 外表的質(zhì)量傳遞，推進(jìn)力可以是溶質(zhì)的疏水特性或溶質(zhì)對吸附劑 外表的親和性，或兩者均存在。在水處置中經(jīng)過(guò)活性炭吸附而被 去除的物質(zhì)普通爲兼有疏水基團與親水基團的無(wú)機化合物。溶質(zhì) 對吸附劑外表的親和力可分爲兩類(lèi)：一類(lèi)是溶質(zhì)在溶劑中的溶解 度；另一類(lèi)則是溶質(zhì)與吸附劑之間的范德華力、化學(xué)鍵力和靜電 引力。嚴厲地說(shuō)，活性炭吸附是一個(gè)很復雜的進(jìn)程。它是應用活 性炭的物理吸附、化學(xué)吸附、交流吸附以及氧化、催化氧化和還 原等功能去除水中凈化物的水處置辦法。
2、活性炭吸附技術(shù)在水處置中的使用及開(kāi)展
水處置中的活性炭次要有粉末炭和粒狀炭?jì)深?lèi)。粉末炭采用 混懸接觸吸附方式，次要以攪拌池吸附的方式使用；而粒狀炭則 采用過(guò)濾吸附方式，通常采用固定床的方式，如活性炭濾池等。 粒狀炭較之粉末炭具有可再生性好和抗攪擾力強的優(yōu)點(diǎn)。近 開(kāi)展起來(lái)的另外一種叫做活性炭纖維，它是一種功能優(yōu)于粉狀炭 和粒狀炭的高效活性吸附資料 [4]。活性炭纖維可方便地加工爲氈、 布、紙等各種不同的外形，制造的凈水安裝高效牢靠、處置量大、
構造緊湊，但價(jià)錢(qián)較高。
上面將從被處置水的來(lái)源的角度來(lái)引見(jiàn)活性炭吸附技術(shù)在水 處置中的使用：
2.1 活性炭吸附法在凈化水源污染中的使用 普通的給水污染工藝，對一些凈化物如病毒、無(wú)機化合物不 能無(wú)效去除。由于活性炭對水中微量無(wú)機物具有杰出的吸附特性， 所以早在20年代末30年代初歐美國度就開(kāi)端用粉狀活性炭去除 水中的臭、味等。
粉狀活性炭適用于含低濃度無(wú)機物和氨的凈化水源的除臭、 除味，尤其適用于時(shí)節性短期頂峰負荷的凈化水源的污染 [5]。粉 狀炭普通以 5 ～ 10% 的懸浮液投加，其投加量依據原水的水質(zhì)而 異，并與水處置廠(chǎng)的流程有關(guān)。普通狀況下投加劑量爲3～10mg/L。 接觸工夫普通爲 15 ～ 30min。投加點(diǎn)可在原水泵左近或廓清池之 前。因其可再生性差和抗攪擾才能弱的緣故，對凈化較嚴重的水 源及臨時(shí)運用時(shí)，應逐步由粒狀炭替代。在給水處置中，粒狀活 性炭多以吸附柱或吸附塔的方式來(lái)使用，當吸附飽和后，經(jīng)過(guò)再 生以恢復其吸附才能。由于在新建或擴建現有水廠(chǎng)時(shí)，增設活性 炭吸附過(guò)濾安裝需求少量的基建費用和一定的修建面積，因而在 歐美國度的許多水廠(chǎng)中用粒狀活性炭取代砂濾池中的砂。
2.2 活性炭吸附法在城市污水中的使用
由于慣例的二級污水處置工藝處置后仍有些雜質(zhì)不能被生物分解，出水達不到排放規范。并且在一些水資源極度缺乏的地域， 需求思索到污水的回用，對排放水質(zhì)的要求進(jìn)一步進(jìn)步。因而用 活性炭吸附技術(shù)去除污水中剩余的溶解性無(wú)機物和其他雜質(zhì)，已 成爲城市污水、工業(yè)廢水深度處置的無(wú)效手腕。 由二沉池流出的二級處置水普通經(jīng)過(guò)砂濾 - 活性炭吸附 - 氯 消毒的處置流程，即可到達回用的規范。用活性炭吸附法處置二 級處置水的操作，普通在吸附塔內停止。其運轉方式有靜態(tài)運轉 單塔、多塔串聯(lián)運轉、多塔并聯(lián)運轉、延續運轉單塔等。
2.3 活性炭吸附法在工業(yè)廢水處置中的使用 工業(yè)廢水的品種單一、成分復雜，因而工業(yè)廢水的處置辦法 應該因處置對象的不同而異。活性炭在工業(yè)廢水處置中，次要作 爲固體吸附劑，普通使用于含油污水、印染廢水、含鉻、汞廢水、 含氰廢水等含重金屬或大分子無(wú)機物廢水處置中。
3、活性炭吸附組合工藝的使用及開(kāi)展
活性炭吸附技術(shù)可以無(wú)效去除水中凈化物，但其制水本錢(qián)相 對較高，而且其微孔構造不利于大分子無(wú)機凈化物的去除，其廣 泛使用遭到了一定的限制。因而，活性炭吸附與其他水處置技術(shù) 的結合使用，往往可以發(fā)生更好的處置效果。上面將引見(jiàn)幾種常 見(jiàn)的活性炭吸附組合工藝：
3.1 臭氧 - 活性炭組合工藝 臭氧作爲強氧化劑，能使水中大分子無(wú)機物分解爲小分子有 機物，進(jìn)步無(wú)機物進(jìn)入活性炭微孔外部的能夠性，充沛發(fā)揚活性炭的吸附外表，延伸活性炭的運用周期。同時(shí)臭氧還發(fā)揚了活性 炭所不具有的殺菌作用。而活性炭則能無(wú)效吸附臭氧在氧化進(jìn)程 中發(fā)生的少量?jì)深^產(chǎn)物，包括處理臭氧無(wú)法去除的三鹵甲烷及其 前驅物質(zhì)，并保證了后出水的生物波動(dòng)性。因而，臭氧-活性 炭組合工藝自 1961 年開(kāi)端運用以來(lái)，在世界興旺國度失掉了普遍使用。
3.2 高錳酸鉀 - 活性炭組合工藝 高錳酸鉀也是強氧化劑，能降解無(wú)機物、抑制藻類(lèi)生長(cháng)，隨 著(zhù)投加量的添加和接觸工夫的延伸，其水處置效果較爲理想。而 粉末活性炭對水中小分子無(wú)機物 ( 分子量＜ 3000) 有很好的吸附作 用，有利于凈水進(jìn)程中去除色味。故常將兩者組合用于慣例凈水 工藝流程中。
3.3 生物活性炭法 生物活性炭技術(shù)是以粒狀活性炭爲載體，經(jīng)過(guò)富集或人工固 化微生物，在活性炭外表構成生物膜，應用活性炭的吸附作用和 生物膜的生物降解作用共同去除水中凈化物。與普通生物法相 比，在相反的 HRT 下凈化物停留工夫更長(cháng)，因此處置效果更好。 同時(shí)，微生物的降解也能使活性炭再生，再生率高達 20％左右。 而活性炭也可加重廢水中無(wú)害物質(zhì)對微生物的影響，從而消弭微 生物降解的不利影響。但是，在運用該技術(shù)停止飲用水深度處置 時(shí)應防止預氯化處置，否則微生物不能在活性炭上生長(cháng)。
3.4 粉末活性炭 - 活性污泥組合工藝 該工藝是將粉末活性炭投加到活性污泥曝氣池中，構成生物 活性炭，應用吸附、降解協(xié)同作用去除無(wú)機凈化物。它一方面可 去除活性污泥法難以去除的無(wú)機物，進(jìn)步活性污泥的去除效率； 另一方面使活性污泥具有優(yōu)秀的壓密性，從而克制了污泥收縮。
3.5 活性炭 - 超濾組合工藝 超濾膜過(guò)濾工藝的明顯優(yōu)點(diǎn)是能無(wú)效去除水中的病原菌，但 其順手的成績(jì)是膜阻塞和膜凈化。活性炭 - 超濾膜組合工藝克 服了單一處置辦法的弱點(diǎn)：在組合工藝中，應用活性炭對進(jìn)水前 處置，可以去除各類(lèi)無(wú)機化合物、水中大局部的濁度和色度，這 爲后續膜過(guò)濾提供了保證，從而緩解膜阻塞和膜凈化成績(jì)，延伸 膜的運用壽命；用膜停止后處置則能無(wú)效處理出水中的細菌成績(jì)， 保證出水水質(zhì)。 3.6 活性炭電解法 活性炭電解法是應用活性炭的導電性將其作爲電極，先使活 性炭吸附凈化物，再經(jīng)過(guò)其電解作用停止氧化降解以去除水中雜 質(zhì)，是絮凝反響與自在基反響相結合的進(jìn)程。活性炭的強吸附能 力能大大進(jìn)步氧化性產(chǎn)物的應用效率，在相反條件下，活性炭固 定床電解槽與普通電解槽相比，可節省電耗 30％～ 40％。
除了上述活性炭組合工藝外，還有諸如活性炭-TiO2 聯(lián)用技術(shù)、 負載活性炭催化氧化法、活性炭 - 反浸透、活性炭 -MBR 等新的組 合工藝，這些工藝曾經(jīng)在水處置理論中得以使用，并證明是行之有 效的，它們將隨著(zhù)水處置技術(shù)的開(kāi)展而不時(shí)被改良和創(chuàng )新。
4、小結
活性炭吸附在水處置使用中次要具有如下優(yōu)點(diǎn)：
（1）活性炭對水中凈化物有杰出的吸附才能，對用生物法和 其他辦法難以去除的無(wú)機凈化物和重金屬有較好的吸附去除效果；
（2）活性炭對水質(zhì)、水溫及水質(zhì)變化具有較強的抗沖擊負荷 才能，因此易于控制與管理；
（3）活性炭吸附的“寶貴”無(wú)機凈化物和重金屬易于回收利 用，且活性炭自身也能脫附再生。 但是，目前我國的活性炭供給比擬緊張，再生費用較高，這 大大進(jìn)步了制水本錢(qián)，從而限制活性炭的普遍運用。爲進(jìn)一步提 高去除無(wú)機凈化物的效率，改善出水水質(zhì)，活性炭吸附組合工藝 在水處置中失掉較好的使用和開(kāi)展。可以預測：活性炭吸附組合 工藝將逐漸取代單純活性炭吸附，成爲水處置行業(yè)中的一種開(kāi)展 趨向。
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