活性炭在凈水電器中的應(yīng)用

　　活性炭是凈水器中最主要、使用最多的吸附材料（其他吸附材料還有：中性大孔樹脂、大孔陰樹脂、分子篩、硅藻土等）。早在二十世紀(jì)三十年代，人們就用活性炭從焦化廠的廢水中吸附苯酚，因此，活性炭在水處理中的應(yīng)用已有近八十年的歷史。有記載1862年英國采用活性炭凈化飲用水。我國現(xiàn)代最早的凈水器（上海仙童凈水科技有限公司，1986年）也是以活性炭為凈水材料的。

　　活性炭是由椰殼、果殼等為原料，經(jīng)過炭化（燜燒爐）、活化（在斯列普活化爐中800℃高溫水蒸汽活化）、破碎、篩選、風(fēng)選、水洗、烘干等工序制得。

　　　　一、活性炭的分類

　　1.根據(jù)制活性炭原料的不同，活性炭可分為：

　　（1）木質(zhì)炭：又可分為木炭（由木屑為原料制成）、竹炭（由竹為原料制成）、果殼炭（由核桃殼或杏核為原料制成）、椰殼炭（由椰子殼為原料制成）

　?。?）煤質(zhì)炭（由無煙煤制成，以寧夏產(chǎn)的質(zhì)量較好），

　　（3）骨炭（由動(dòng)物骨頭制成）。

　　（4）載銀活性炭：一般以果殼活性炭為原料，以特殊工藝使之載銀，含銀量常為0.1～0.3%,它在水中會(huì)緩慢釋放出銀離子(Ag+)，而銀離子有殺菌作用，因此載銀活性炭除了普通活性炭的吸附功能外，還具有抑制細(xì)菌繁殖的功能。凈水器一定要用優(yōu)質(zhì)的載銀活性炭，否則開始時(shí)出水中銀離子會(huì)超標(biāo)，而使用不長時(shí)間就不再有銀溶出了。我曾經(jīng)問過一個(gè)活性炭生產(chǎn)廠廠長，你怎么生產(chǎn)載銀活性炭的？他說把活性炭洗凈，浸泡在硝酸銀溶液中，撈出后濾干，再泡入鹽酸或鹽水中，撈出后濾干、洗凈、烘干。我說你這是載的氯化銀，氯化銀在水中溶解度較大，就會(huì)出現(xiàn)前述情況，開始時(shí)出水中銀離子超標(biāo)，飲用此水對(duì)人體有害；使用不長時(shí)間，氯化銀全溶解完了，就不再有銀離子溶出了，也不再有抑菌作用了。所以這樣的載銀活性炭肯定不行，建議慎用。

　　凈水器中常用的是椰殼炭或果殼炭。

　　2.根據(jù)活性炭形態(tài)的不同，家用凈水器中常用的活性炭可分為：

　　（1）粉末活性炭（PAC）。粉末活性炭實(shí)際上是粒度更細(xì)小的顆粒活性炭。由于顆粒細(xì)小，比表面積大，它的吸附效果優(yōu)于常用的顆粒活性炭。德國世保康及美國愛惠浦采用粉末活性炭。

　　（2）顆?；钚蕴浚℅AC）。這是在凈水器中最常用的活性炭。顆粒越小，吸附效果越好，但水的阻力（進(jìn)出口壓差）越大，也容易漏炭，因此凈水器制造廠應(yīng)選擇粒度合適的顆粒。在大型水處理設(shè)備中，常選用10～24目（Φ2.0～0.8mm），小型家用凈水器由于炭柱高度短、流速快、水與活性炭接觸時(shí)間短，建議選用16～32目（Φ1.3～0.6mm）。

　?。?）活性炭纖維氈（ACF），按原材料不同，它又有二種：一種是以粘膠基纖維長絲為原料，加工成布，經(jīng)炭化、活化、高溫處理而成；另一種是以聚丙烯腈基纖維為原料，加工成氈，經(jīng)預(yù)氧化、炭化、活化、高溫處理而成。平均孔徑前者為17～26A，后者為10～20A。

　　活性炭纖維常制成厚1～5mm厚的氈，它的微孔比顆?；钚蕴扛啵缺砻娣e更大（1000～1600m2/g），吸附容量更大（高2～6倍），吸附速度更快，而且具有良好的再生性能，脫附速度快，可重復(fù)使用。缺點(diǎn)是價(jià)格較貴，也易繁殖細(xì)菌。

　?。?）燒結(jié)活性炭濾芯（CTO），又稱炭棒濾芯、壓縮活性炭濾芯。是由顆?；钚蕴考尤胝辰Y(jié)劑（如PE樹脂）加溫?zé)Y(jié)擠壓成型，碳芯外層往往還包有白色聚丙烯（PP）無紡布。燒結(jié)活性炭濾芯兼有吸附和過濾（平均孔徑3～20uｍ）二種功能，但其過濾功能低于PP熔噴濾芯，吸附功能低于顆粒活性炭濾芯。

　　　　二、活性炭在凈水器中的作用

　　1.活性炭的凈水作用

　　活性炭可去除水中嗅和味、色度、余氯、膠體、有機(jī)物（合成洗滌劑、農(nóng)藥、除草劑、殺蟲劑、合成染料、三鹵甲烷、鹵乙酸、內(nèi)分泌干擾物如鄰苯二甲酸酯PAES等）、重金屬（如汞、銀、鎘、鉻、鉛、鎳等等）、放射性物質(zhì)等，是凈水器中使用最早、最廣泛實(shí)用的凈水材料。不僅一般活性炭凈水器，在家用反滲透純水機(jī)，以及多數(shù)超濾、陶瓷、KDF、UV等凈水器中，都會(huì)用到活性炭。

　　活性炭和KDF都能去除水中余氯，但KDF和氯反應(yīng)生成鋅離子（Zn2+），可能會(huì)導(dǎo)致水中鋅超標(biāo)，而用活性炭除氯則沒有這類擔(dān)心。

　　活性炭在活化過程中形成大量的各種形狀的細(xì)微孔，構(gòu)成了巨大的具有吸附作用的表面積，其比表面積為500～1200m2/g，比表面積越大，吸附效果越好。

　　2.活性炭的負(fù)面影響

　　（1）活性炭吸附了大量的有機(jī)物，這些有機(jī)物會(huì)成為細(xì)菌等微生物的營養(yǎng)，細(xì)菌會(huì)在活性炭的微孔中大量繁殖增生，并可能導(dǎo)致出水中菌落總數(shù)超標(biāo)。

　?。?）凈水器中的活性炭在微生物催化作用下，把水中氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮，常出現(xiàn)凈水器出水中的亞硝酸鹽比進(jìn)水高出很多倍。亞硝酸鹽本身不是致癌物質(zhì)，但它與水中胺類物質(zhì)反應(yīng)生成的亞硝胺是強(qiáng)致癌物質(zhì)。

　　（3）在活性炭吸附過濾的出水加溴樹脂（溴代聚苯乙烯海因）過濾或UV殺菌是解決水中微生物超標(biāo)的好方法。艾歐.史密斯（上海）水處理產(chǎn)品有限公司在部份家用反滲透純水機(jī)的后置活性炭濾芯中加上一小段溴樹脂，出水即無菌，出口到歐洲諸國很受歡迎。

　　3.活性炭吸附機(jī)理

　?。?）物理吸附：范德瓦爾力。活性炭通過物理吸附可去除水中的有機(jī)物、膠體等等。

　?。?）化學(xué)吸附：化學(xué)反應(yīng)及催化作用?；钚蕴客ㄟ^物理吸附可去除水中的余氯、氯胺等等。

　　C+Cl2+H2O—→CO+2H++2Cl-

　　C+ClO-—→CO+Cl-

　　C+2NHCl2+H2O—→CO+N2+4H++4Cl-

　　三、如何提高活性炭凈水器的凈水效果

　　1.選擇質(zhì)量好的活性炭。凈水用活性炭的標(biāo)準(zhǔn)目前有：

　?。?）GB/T7701.4——1997《凈水用煤質(zhì)顆?；钚蕴俊?/p>

　?。?）GB/T13803.2——1999《凈水用木質(zhì)活性炭》

　?。?）DL/T582——2004《火力發(fā)電廠水處理用活性炭使用導(dǎo)則》

　?。?）LY/T1331——1999《凈水用載銀活性炭》

　　國家標(biāo)準(zhǔn)（1）、（2）和林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（4）測碘吸附值和亞甲基藍(lán)吸附值，主要反映活性炭中微孔的多少；電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（3）測活性炭對(duì)天然水中四種有代表性的有機(jī)物（腐殖酸、富里酸、木質(zhì)素、單寧）的吸附容量和吸附速度，主要反映活性炭中過渡孔的多少。凈水器生產(chǎn)廠選擇凈水器用活性炭時(shí)，建議按（3）方法來選擇較好的活性炭。

　　此外，水份（≤10%，越小越好）、強(qiáng)度（≥95%，越大越好）、粒度（≥95%，家用凈水器用顆?；钚蕴拷ㄗh選用16～32目即Φ1.3～0.6mm的粒徑）都是必須考核的指標(biāo)。

　　2.凈水器制造廠應(yīng)該采購質(zhì)量好的活性炭，并抽查和檢測每批進(jìn)貨的活性炭，以防購進(jìn)劣質(zhì)產(chǎn)品。

　　現(xiàn)在市場上很多活性炭都摻有回用料，有的甚至于全部是回用料?；钚蕴可a(chǎn)廠購進(jìn)用戶已使用過并報(bào)廢的活性炭，再回爐處理一下，有的甚至放露天場院在太陽下曬干后即充新品賣出或摻進(jìn)新活性炭中，以降低成本和售價(jià)。上海疾控中心就曾檢測到活性炭濾芯CODMn去除率為零的怪事。

　　另外還有水洗，應(yīng)該用純水，但成本高，很多活性炭廠沒有純水裝置，就用河水、井水甚至用臭水溝中的水去洗炭，這樣的活性炭都被污染了。

　　所以千萬不要采購太便宜的活性炭用于產(chǎn)品中。活性炭凈水器在到達(dá)額定總凈水量時(shí)，其化學(xué)耗氧量CODMn去除率和總?cè)芙庑杂袡C(jī)炭DOC去除率均應(yīng)≥25%，前者在城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJ3023和衛(wèi)生部《生活飲用水水質(zhì)處理器衛(wèi)生安全與功能評(píng)價(jià)規(guī)范——一般水質(zhì)處理器》（2001）中均有規(guī)定，后者在CJ3023中有規(guī)定。

　　3.活性炭發(fā)揮凈水作用，不論物理吸附還是化學(xué)吸附，都需要一定的時(shí)間。

　　因此，凈水器生產(chǎn)廠要改進(jìn)活性炭過濾器或活性炭濾芯的設(shè)計(jì)，盡可能增加水和活性炭的接觸時(shí)間，接觸時(shí)間＝炭柱長度/水在炭柱中的流速，增加炭柱長度和活性炭用量，降低水的流速。