活性炭在环境污染领域的应用发展历史-给水处理中的应用

活性炭在环境污染领域的应用

尽管活性炭的使用可以追溯到远古时代，但是目前活性炭的使用形式还主要是20世纪中叶伴随着环境问题的出现而逐渐发展起来的。目前，在给水、地下水和污水处理中活性炭被用于吸附各种有机和无机污染物。

活性炭在给水处理中的应用

在给水处理中，活性炭的用途十分广泛。最早在1910年的英国，人们使用颗粒活性炭来脱除余氯。20世纪30～40年代，随着地表水污染的加剧，欧洲的水厂消毒过程普遍采用很高的加氯量。颗粒活性炭滤池被用于脱氯。但是需要指出的是，在此过滤过程中，主要是用活性炭的表面催化作用而不是吸附作用。随后，因为三卤甲烷等消毒副产物的问题，这种加氯后用颗粒炭过滤的工艺很快被淘汰了。

使用活性炭吸附去除致嗅物质可以追溯到20世纪20年代，研究表明，水中致嗅物质主要是消毒过程中产生的氯酚类污染物。

美国在给水处理中使用活性炭去除嗅味，最早是在1929-1931年。德国在1929年、美国在1930年建设了第一座颗粒活性炭滤池。到1932年，美国有400座水厂都在往水中投加粉末活性炭以改善口感，到1943年时已经增加至1200座水厂。美国第一座用于自来水厂的大型颗粒活性炭滤池建于1962年弗吉尼亚州。活性炭的使用发展很快，到1970年，全球自来水厂中使用粉末活性炭或颗粒活性炭滤池的达到10000家。随后，粉末活性炭吸附与气浮形成一个组合工艺，活性炭吸附去除污染物，气浮则用于实现粉末炭与水的固液分离。

在20世纪60年代初，不管是粉末活性炭还是颗粒活性炭，活性炭吸附单元的主要目的还是去除嗅味。但是在地表水污染严重的欧洲，颗粒活性炭滤池的效果并不理想，致嗅物质穿透很快，炭滤池需要频繁再生。经过大量的研究，人们发现臭氧预处理可以改善这种状况，增加臭氧预处理的炭滤池运行周期大大延长。

现在，人们对饮用水质量的关注不仅限于嗅味和口感，各种各样有机和无机污染物逐渐进入了研究者的视野。从20世纪60年代起，人们开始关注人工合成有机物SOC，70年代初又发现在氯消毒过程中会产生对人体有害的消毒副产物。天然有机物被认为是消毒副产物的前体物。臭氧处理也可能会产生溴酸盐。多年的实践证明，活性炭吸附是去除天然有机物和消毒副产物的有效途径。活性炭吸附通常采用颗粒炭滤池的形式，并置于砂滤和消毒单元之间。当然，根据原水性质的不同和处理目标的差异，炭滤池也可能置于工艺流程的其他位置。

地表水、地下水中的人工合成有机污染物很大程度上来自于生活污水和工业废水的排放，包括直接排放和经过处理后排放。农业中大量使用的化肥、杀虫剂也是另外一个污染来源。除此之外，暴雨径流等面源污染也是一个很大的来源。

以地表水或地下水为水源的原水经常可检出多种有机污染物，包括酚、杀虫剂、除草剂、脂肪烃和芳烃及其氯代物、染料、表面活性剂、有机硫、醚、胺、硝基化合物以及一些新兴的污染物如内分泌干扰物。据报道，已经有800多种有机和无机污染物在饮用水中被检出，限于分析水平，实际情况可能会更多。微量或痕量、浓度在纳克每升或微克每升量级的这些污染物，由于其对人体健康和生态安全产生的风险，近年来逐渐引起人们的关注，相关的污染去除方法也在不断开发，活性炭吸附就是其中的一条有效途径。