活性炭在饮用水中的应用与使用方式
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我国从20世纪70年代末、80年代初开始，也有少数水厂采用了粒状活性炭吸附深度处理技术。 活性炭依其外观形式，活性炭分为粒状炭(GAC)和粉状炭(PAC)两种。粒状炭多用于水的深度处理，其处理方式一般为粒状活性炭滤床过滤，经过一段时间吸附饱和后的活性炭被再生后重复使用。粉状炭多用于水的预处理，例如在混凝时投加到水中，吸附水中的有机物后在沉淀时与矾花一起从水中去除，所投加的粉状炭属一次性使用，不再进行再生。与粉状炭相比，粒状炭过滤的处理效果稳定，出水水质好，吸附饱和后的活性炭可以再生重复使用，运行费用较低，因此水厂一般都使用粒状炭吸附技术。粒状炭的缺点是需单设炭滤池或滤罐，设备投资比粉状炭高。
对于不受污染的天然地表水源而言，饮用水的处理对象主要是去除水中悬浮物、胶体和致病微生物;对此，常规处理工艺(即混凝、沉淀、过滤、)是十分的。但对于污染水源而言，水中溶解性的有毒有害物质，特别是具有致癌、致畸、致突变的有机污染物(简称“三致物质”)或“三致”前体物(如腐植酸等)是常规处理方法难以解决的。于是，便在常规处理基础上增加预处理和深度处理。前者置于常规处理前，后者置于常规处理后，即：预处理+常规处理或常规处理+深度处理，预处理和深度处理的主要对象是水中有机污染物，主要用于饮用水处理厂。
活性炭一直以来都是净水系统中主要、应用十分多的一种吸附材料，除了在净水行业，活性炭在家居生活净化空气上使用的也很多，这也说明它的吸附能力十分强。今天我们就着重介绍一下活性炭在净水行业的作用。首先，我们先来了解一下什么是活性炭，它的分类又有哪些。
活性炭是一种黑色多孔的固体炭质。是由椰壳、果壳等为原料，经过炭化、活化、破碎、筛选、风选、水洗、烘干等工序制得。上各种预处理及深度处理方法的基本作用原理概括起来，无非是吸附、氧化、生物降解、膜滤等4种作用，即：或者利用吸附剂的吸附能力去除水中有机物;或者利用氧化剂及物理化学氧化法的强氧化能力分解有机物;或者利用生物氧化法降解有机物;或者以膜滤法滤除大分子有机物。有时两种作用可同时发挥，如臭氧-活性炭联用技术即发挥了氧化和吸附两种作用。在粒状活性炭上滋生的微生物，同时还有生物降解作用.
在地下水净化方面，常规的污染处理方法对于提高水的清浊程度会有所帮助，但是对于其他一些污染水质的处理效果欠佳。基于这种情况，采用活性炭污水处理技术对饮用水进行处理的技术受到很大重视。活性炭基本性质处理原理，制备方法，改进措施等方面进行了说明。
深度处理主要有以下几种方法：粒状活性炭吸附法;臭氧-粒状活性炭联用法或生物活性炭法;化学氧化法;光化学氧化法及超声波-紫外线联用法等物理化学氧化法;膜滤法等等。在以上几种方法中，活性炭吸附及臭氧-活性炭联用法已用于生产，欧洲应用较广泛，我国少数水厂也有应用。生产实践表明，采用臭氧-活性炭氧化工艺去除水中微量有机污染物十分，但基建投资和运行费用较高，故我国目前尚未广泛应用。同济大学严煦世教授等在光化学氧化法的研究方面已取得重要成果，超声-紫外联用法也开始研究并取得定成效，但这些技术尚难在城市水厂应用，宜用于小型饮水净化装置。超滤法及纳滤法也具有应用前景，但不能去除水中小分子有机物，且纳滤和超滤装置成本及运行费用较高。
1、活性炭适用饮用水处理的基本性质
活性炭色泽呈现黑色，属于固体炭中的一个种类，其自身呈现蓬松且多孔的构造，孔径直径属于微型孔。由于活性炭表面具备许多微型孔，使得其比表面积达到了1000m2/g以上。比表面积的增加使得活性炭吸附能力远比使用其他材料具有更强的水处理能力和效果，比表面积大的属性和具备许多微型小孔的特殊结构，使得活性炭这种饮用水污染物吸附材料，比其他的处理材料产生的效果要明显的多。
活性炭吸附性能根据吸附原理不同，分为物理吸附，化学吸附，以及离子吸附等分类，在饮用水污染物处理上，对于有机物质的处理主要应用了活性炭的物理吸附属性，其原理主要是分子间作用力——范德华力发挥作用。范德华力在物理吸附中起到关键性作用。在处理饮用水上采用活性炭进行处理，需要根据实际的情况制备出适合污水处理的活性炭形态。比如：颗粒状、块状或粉状活性炭。因为制备活性炭的原材料不同，所以制备出的活性炭本身具有的化学和物理性质以及结构也会有所差异，在污水处理阶段应用不同种类和性质的活性炭，进行饮用水不同阶段的处理。
2、活性炭制备和应用的改进
活性炭在水处理上应用时间比较长，因此制备工艺和技术也比较成熟，在进行饮用水处理时，为了达到良好的饮用水处理质量，就要通过更好的制备工艺，制作出更加适合饮用水处理的活性炭。
一般制备饮用水处理活性炭采用的制备方法有以下几种。
①对原有的活性炭材料进行预处理的制备方法，在预处理中主要应用脱灰预氧化处理技术进行处理。脱灰处理方法可以去除活性炭原材料中的Ca、Mg等杂质，以此来提高活性炭的吸附性能。但是在活性炭制备中釆用脱灰技术的费用较高。因此，在预处理技术中较常采用预氧化处理方法进行处理，预氧化处理方法不仅能够降低活性炭的温度，还能缩短制备时间，增强原料表面的活性，加强吸附性能，这样在污水处理中就能更好的发挥活性炭的吸附性能。
②较常采用的方法为在原材料中加入催化活化剂。采用催化剂可以提高反应速率，使得活性炭表面的空隙分布细密并且集中。
③方法是模板制备法，采用此种方法可以在短时间内制造出大量高性能活性炭，通过模板技术改变活性炭自身结构，但是使用此种方法成本较高。
④方法是采用物理和化学联用的制备方法，提高了活性炭的比表面积，制备出性能较高的活性炭。
3、活性炭技术应用在水处理各阶段中的方法
活性炭对于水处理效果发现并应用的时间较长。早在二十世纪二十年代，原捷克斯洛伐克就采用活性炭水处理技术。在六十年代初欧美等地区也开始使用活性炭处理工业废水和饮用水。并且随着发展活性炭技术不断完善，应用的精细化程度越来越高。在水处理阶段应用不同的吸附影响因素对水中的物质进行吸附处理。活性炭化学官能团和比表面积，以及活性炭的pH值等的因素，以及活性炭在水中的溶解度和浓度等等的情况，对于水处理阶段的不同时期都会有不同的作用。
通过研究表明活性炭自身的吸附能力和自身的比表面积成正比，在饮用水处理中，采用粒径较小的煤质炭对于水中的异味吸附处理效果更佳。并且通过试验研究表明，活性炭对于亲水性有机物的污染处理效果比疏水性有机物的处理效果要差。在污染物中，相对分子量相同物质，在采用活性炭处理时，物质疏水性强，采用活性炭处理的效果就要好。实践证明，活性炭能有效去除分子量在500-3000的部分有机物质。
4、活性炭投加位置对水质处理影响
4.1水沉淀前投加活性炭的应用
在水处理中混凝沉淀池阶段投加活性炭，在沉淀池出水质量上会有很大的改观，这种情况适用于水质发生突发污染的状况，例如：饮用水质突然发生了藻类，臭味，藻类繁殖产生的毒素等情况较为适用。相关处理资料表明，投加20mg/LPAC之后，对低浓度的乐果物质去除率在70%左右，并且对于中低浓度的敌敌畏毒素去除率也可以达到90%以上。
4.2在水沉淀后投加活性炭的应用
在水处理混凝沉淀池之后投加活性炭，对于有效去除有机物质会产生良好的效果，研究表明在过滤池石英砂滤料中增加设置活性炭过滤材料，对于提高过滤后出水的质量有很大帮助，同时炭砂滤池对TOC、UV254的去除效率比单层的石英砂滤池，分别高出了24.84%、12.5%。同时在水处理联用技术中，较常采用的方法是臭氧处理和活性炭联合使用的方法，（O3-BAC）技术利用了臭氧氧化性较强的特性，以及活性炭表面活性和张力较强的特性，能对水中的有机物进行良好的去除。并且采用（O3-BAC）处理方法可以使臭氧达到再生使用的效果，并且在处理的过程中能够一直保持活性炭应该保持的吸附特性。臭氧与活性炭联用方法，已经在污水处理方面等到了广泛的实践以及应用。通过对于南方运行了6年的臭氧活性炭水处理技术研究表明，即使在处理中活性炭的亚甲蓝和碘值远低于标准值O3-BAC标准时，采用臭氧活性炭任对水中的有机物有较好的处理效果。
4.3活性炭在超滤前膜中的应用
现在的一些小型水质处理厂，采用联合水污染处理中主要应用活性炭超滤膜联用的方法，（PAC/UF）此种的工艺不仅对于水质中的有机物具备有效处理之外，并且还可以提高水处理中的透水通量。并且能够防止在使用超滤前膜水处理中产生污染现象。据有关研究表明，在超滤前膜和活性炭联用处理法中，在工艺之前加入50mg/L的PAC，对于水中的色度和酸腐值去除率分别增加36%和49%。
二、活性炭的分类
1.根据原料的不同，可分为：
(1)木质炭：又可分为木炭、竹炭、果壳炭、椰壳炭。
(2)煤质炭：以泥煤、烟煤、无烟煤等制成的活性炭
(3)骨炭：由动物的骨头制成。
(4)再生活性炭：以用过的废炭为原料，进行再活化处理的再生活性炭
2、根据形态的不同，可分为：
(1)粉末活性炭。粉末活性炭实际上是粒度更细小的颗粒活性炭。由于颗粒细小，比表面积大，它的吸附效果优于常用的颗粒活性炭。
(2)颗粒活性炭。这是在直饮水机中十分常用的活性炭。颗粒越小，吸附效果越好，但水的阻力(进出口压差)越大，也容易漏炭，
(3)活性炭纤维毡。它的微孔比颗粒活性炭更多，比表面积更大，吸附容量更大，吸附速度更快，而且具有良好的再生性能，脱附速度快，可重复使用。缺点是价格较贵，也易繁殖细菌。
(4)烧结活性炭滤芯。又称炭棒滤芯、压缩活性炭滤芯。是由颗粒活性炭加入粘结剂加温烧结挤压成型，碳芯外层往往还包有白色聚丙烯(PP)无纺布。烧结活性炭滤芯兼有吸附和过滤二种功能，但其过滤功能低于PP熔喷滤芯，吸附功能低于颗粒活性炭滤芯。
活性炭的净水作用：活性炭具有脱色、除味的作用，还可以去除水中的余氯、胶体、有机物、重金属等，是使用早、广泛实用的净水材料。活性炭在净化过程中形成大量的各种形状的细微孔，构成了巨大的具有吸附作用的表面积，比表面积越大，吸附效果越好。
采用活性炭对饮用水处理可有效清除饮用水中有毒副作用的有害物质，提高饮用水品质，保障饮水卫生安全。面对严峻的水质污染和饮用水质问题，加强水处理技术的精细化和完善化，对于提高饮用水处理品质有重大意义，在水处理中要综合使用多种处理技术和工艺，结合活性炭处理技术，对水质进行处理。使得饮用水安全标准达到一个新的高度。