活性炭在水处理中的应用-上水的活性炭处理

健康意识的增强和工业的发展，使得水处理成为了关乎人民健康和社会和谐发展的一个重要领域。水处理分为上水处理和下水处理。上水通常指生活用水、工业用水、纯水等经过人工处理后使用的。由于上水处理的目标涉及饮用，因此对活性炭的吸附性能要求相对较低而对活性炭本身的安 全性能要求较高。下水通常指生活污水、工业污水，水中的污染物大致分为无机污染物和有机污染物两类。无机污染物主要是重金属，如铬、铅、汞等以及氰化物和放射性物质。有机污染物主要指耗氧有机物（BOD、COD）、酚类有机物、含磷和氮有机物。下水处理用活性炭需要具备良好的吸附性能，同时要根据处理污染物的不同，选用不同的活性炭。

上水的活性炭处理

1．自来水厂的深度处理

20世纪60年代以前，臭氧氧化法被当做与加氯消毒相应的一种消毒方法。水厂采用氯消毒时，氯与水中有机物会形成三氯甲烷，带来危害；用臭氧氧化法时，臭氧量不足时会出现对人体有害的诱变剂和致癌物。国际上较普遍采用臭氧技术，广泛应用此技术的当属法国。投加臭氧的位置有两种，一种是在滤池之后，主要作消毒剂使用；另一种是在原水中投加一次，在普通滤池之后活性炭滤池之前再加一次。第 一次投加作为消毒剂用，第 二次投加起生物活性炭的作用。

由于臭氧法和加氯消毒存在一定的问题以及对饮用水水质的要求提高，自来水厂的处理工艺在常规水处理基础上向深度处理发展。活性炭因其强吸附性能而应用于自来水的深度处理，很多国家的水厂都采用了此项工艺，例如：法国 Mery Snoisee水厂、法国莫桑水厂、英国低色度水慢滤池工艺水厂、瑞士苏黎世水厂、德国的Mulheim-Ruhr水厂等工艺流程中都有活性炭处理工序。

我国水厂逐步开始应用臭氧与活性炭滤池联合使用的生物活性炭法。臭氧与活性炭联合应用工艺，不仅能够去除水中有机物、降低UV吸附值和总有机碳（total organic carbon，TOC）、氯含量化学需氧量（chemical oxygen de- mand，COD），还可以降低水中三氯甲烷前体、铁、锰、酚等含量，使Ames试验为阳性的水分呈阴性。生物活性炭法是当前去除水中有机物的方法中较为有效的一种深度处理方法，但因其耗电量较大而使其应用受到限制。

活性炭用于处理水臭问题的例子很多。1978年美国环境保护局（EPA）曾建议美国的所有城市，当供水人口大于75000人时，给水处理系统都须使用颗粒活性炭、英国环保委员会为了保护饮水不被苯、甲苯、氯仿等有机物所污染，曾投资150万美元建了两座活性炭吸附装置，每个吸附塔一次填装颗粒活性炭9t,每天可处理饮水100万加仑（1加仑＝3.785L）。

用于自来水处理的活性炭主要分为颗粒活性炭和粉状活性炭。

粉状活性炭有如下几种投加方式；可在沉淀以前投加或者紧接在进入快滤池之前投加，都必 须使活性炭有足够长的接触时间；也有分别由两个或更多的投加点投加；也有使用流化床装置。在较大的装置中，可用尘埃控制干加系统投加活性炭，也可用水加炭的炭浆投加。投加量控制在5～50mg／L。粉状活性炭的使用通常是一次性的，虽然粉炭便宜，但如消耗大，考虑到经济效益和环保问题，也有必要回收利用。

粒炭的使用日渐增多，其再生损耗不超过5％。但也有使用强度差、便宜的粒炭，用过的废炭有可能重新加工成为粉炭。粒炭以装在净化工序之后为佳，其好处是：一些有机物质已由混凝和沉淀（澄清）工艺去除，减轻了活性炭的负担，延长了操作寿命；降低活性炭被颗粒状杂质和混凝剂絮体的堵塞程度。

2．去除卤代甲烷

饮水中使用氯杀菌处理时带来了微量的卤化烃，尤其是三卤甲烷（THM）。氯仿是由氯和地面水中的天然有机物组成，如腐殖质和灰黄霉素类反应而成。研究表明水中含有10mg／L的有机物如单宁酸、腐殖酸、葡萄糖、香草酸、棓酸会与10mg／L的氯发生氯化反应，生成约90％的氯仿。水中存在的卤代甲烷必 须引起重视。美国曾对30个大城市和11590个城镇的给水进行调查，指出饮用经氯化消毒后的地面水，可能对人体健康造成潜在的危险。国内研究发现，长期饮用加氯消毒的水的人比不饮用加氯消毒的水的人，死于消化和泌尿系统癌症的危险性更大。

活性炭可去除三卤甲烷，曾用粒状炭试验，在pH＝7，温度24℃，接触24h后，对氯仿的吸附量为16.5μg／g。对三溴甲烷的吸附量为185.0μg／g。

3．饮用水的净化

随着水源污染的程度不断加大，质量不断下降，引起了世界各国的密切关注，饮用水质标准也随之不断地进行修改和增订。吕锡武、严煦世在1986年的《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-1985）的基础上提出“优 质饮用水水质准则”建议稿，水质指标有52项，其中34项为GB 5749-1985中的项目，增加的项目有；1,2-二氯乙烷、1,2-二氯乙烯、四氯乙烯、三氯乙烯、五氯酚、2.4.6三氯酚、艾氏剂-狄氏剂、氯丹、七氯和七氯氧化物、六氯苯、林丹、甲氧DDT、炭氯仿萃取（CCE）和致突变试验（Ames 和SOS试验）以及两项口味指标（二氧化碳和温度），并指出至少有26种元素是人体所必需，其中11种是主要元素，15种是微量元素。

高质量的饮用水有益于人类的健康，实现饮用水的高质量必 须采用先进的水质深度处理技术。目前，由于饮用水总量有限，如果将采用高成本获得的饮用水不分用途和不分水质的使用，成本较高。所以，结合城市自来水使用分配的实际情况，采用合理的解决方法：城市水厂继续以常规工艺提供满足一般用途的自来水，居民用户另行采用小型、高 效，且能去除致癌、致突变、致畸等污染物的净化装置，以自来水为原料做更深度的加工，保证饮用水的高质量。这样既确保了居民的健康，又在居民经济承受能力范围之内。

活性炭可作为净化饮用水的手段之一，其优点有：对三氯甲烷、农药、异臭味、有机物去除有特 效；对细菌、氯、镁、沉淀物能部分去除；对钙、铁、钾等人体有用元素不去除；降低色度；成本不大。在饮用水的处理方法中，一般情况下，离子交换树脂是无法与活性炭相媲美的，如果要达到一定程度的有机物标准时，活性炭和大孔型阴离子交换树脂的联用技术是非常有效的。

4．管道供应可生饮自来水

管道自来水一般不宜直接生饮。管道自来水水质要符合国家饮用水标准，达到欧盟水质要求，其生产要经过四关：一过微滤关（微滤的孔隙为100nm），二过活性炭关，三过超滤关（超滤孔隙为10nm），部分还要四过纳滤关（纳滤孔隙只有1nm）。经过处理后，除去微粒或大于数百纳米的细菌、寄生虫、微生物等，而小分子量的矿物质等对人体有利的物质得以保留。这样去除了自来水中的有害污染物，保留了人体所需的铁、钙、锰、锌等。

5．臭氧-活性炭消毒法

在自来水消毒过程中，使用氯可能出现痕量氯仿和其他三卤甲烷等副产品，这些物质具有致癌性。从消毒处理的观点出发，通常有两种办法：一是采用其他消毒剂，如不会产生三卤甲烷的二氧化氯、臭氧等；二是把水通过粒状活性炭滤池进行吸附，从而减少三卤甲烷母体作用的有机污染物含量；三是应用臭氧氧化和生物活性炭联用的工艺，效果也很好。

水处理中用臭氧来杀菌消毒，改善色度、味觉和嗅觉，氧化有机物、加强

难降解有机物和天然有机物等的生物降解性，改善絮凝效果等，但存在着臭氧利用率不高，成本高和与有机物反应有较强的选择性等问题，其直接应用有一定的局限性，以活性炭为催化剂，协同臭氧结合使用，有很多好处，例如：

①在活性炭吸附前加臭氧，可以将一些大分子有机污染物氧化为易被活性炭吸附的小分子；

②臭氧通过活性炭滤床，使活性炭上所吸附的有机物氧化分解，起活性炭脱附再生作用。

③比单独用臭氧法处理水，更能降低臭氧的耗用量；

④既能去除有机污染物含量，又能去除细菌和病毒。

国外许多国家和我国哈尔滨化工区地下水，抚顺洋河水源和天津红旗毛纺厂都采用臭氧-活性炭法，效果良好。

6．活性炭吸附-生物膜处理法

活性炭吸附-生物膜处理法主要是利用活性炭能够富集有机物并选择性吸附水中的溶解氧，在适宜的条件下使活性炭表面生成好氧微生物，将活性炭的吸附作用和微生物的分解作用结合起来发挥二者的协同作用，提高水处理效果、延长使用寿命、降低使用成本。美国罗卡威城采用曝气和颗粒状活性炭结合的方法能够有效地除去水中的有机化合物；美国Cyanmid 公司在三级处理水时使用颗粒活性炭；美国环保署关于饮用水标准的64项有机污染物指标中，有51项将活性炭列为zui有效的技术。