摘要：概述活性炭物理化學(xué)性質(zhì)以及作為吸附劑的機(jī)理，介紹活性炭吸附劑的種類，及各種類型的活性炭在水處理中的應(yīng)用。
隨著現(xiàn)代工業(yè)及其它產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，人們面臨更嚴(yán)重的污染，特別是水體污染已經(jīng)引起了當(dāng)今世界各國(guó)的普遍關(guān)注。同時(shí)，人們生活水平的不斷提高及環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，使得人們對(duì)水質(zhì)的要求愈來(lái)愈嚴(yán)格。活性炭作為一種優(yōu)良的吸附劑，由于它具有優(yōu)良的吸附性能以及設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，可再生等特點(diǎn)而被廣泛的應(yīng)用于水的凈化處理。
一、活性炭的性能及特點(diǎn)
活性炭是一種由含炭材料制成的外觀呈黑色、內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、比表面積大、吸附能力強(qiáng)的一類微晶質(zhì)碳素材料。活性炭材料中有大量肉眼看不見(jiàn)的微孔。活性炭主成分除了碳元素以外，還有氧、氮、氫等元素及灰份。常見(jiàn)的活性炭有顆粒狀、粉狀兩種，隨著纖維工業(yè)的發(fā)展，誕生了一種新型的活性吸附材料和環(huán)保工程材料—活性炭纖維。它是繼顆粒狀、粉狀活性炭之后的第三代產(chǎn)品。
活性炭吸附的作用產(chǎn)生于物理吸附和化學(xué)吸附。物理吸附主要發(fā)生在活性炭豐富的微孔中，用于去除水和空氣中雜質(zhì)，這些雜質(zhì)的分子直徑需要小于活性炭的孔徑。另一方面活性炭在其表面含有官能團(tuán)，與被吸附的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而與被吸附物質(zhì)常發(fā)生在活性炭的表面，此過(guò)程為化學(xué)吸附。活性炭的吸附是上述兩種吸附綜合作用的結(jié)果。評(píng)價(jià)活性炭的吸附性能指標(biāo)主要有亞甲藍(lán)值、碘值和焦糖吸附值等，吸附容量越大，吸附效果越好。活性炭的吸附能力以吸附量q表示：
式中：
q—活性炭吸附量，即單體重量的吸附劑所吸附的物質(zhì)量，g/g；
V—污水體積，L；
C0、C—分別為吸附前原水及吸附平衡時(shí)污水中的物質(zhì)濃度，g/L；
X—被吸附物質(zhì)量，g；
M—活性炭投加量，g；
在溫度一定的條件下，活性炭吸附量隨被吸附物質(zhì)平衡濃度的提高而提高，兩者之間的變化曲線稱為吸附等溫線，通常用費(fèi)蘭德利希經(jīng)驗(yàn)式加以表達(dá)：
q=K·C1/n
式中：q—活性炭吸附量，g/g；
C—被吸附物質(zhì)平衡濃度，g/L
k、n—與活性炭種類、溫度、被吸附物質(zhì)性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。
活性炭去除水中的對(duì)象成分包括：游離氯、高錳酸鉀消耗量、溶存臭氨、色度著色成分、溶存氨（聯(lián)氨分解）、發(fā)泡成分、表面活性劑、異臭成分、苯酚、氯苯酚、三氯甲烷、農(nóng)藥類、三氯乙烯等氯系溶劑、PCB、有機(jī)氯化物（TOX）、油分、三鹵甲烷前體物質(zhì)、重金屬（特別對(duì)Hg）、TOX前體物質(zhì)、鐵、錳、COD、病毒、TOC、熱源、氨、BOD。
二、活性炭在水處理中的應(yīng)用
1、對(duì)水源水的處理
粉狀活性炭是具有弱極性的多孔吸附材料，有很強(qiáng)的吸附能力和穩(wěn)定的化學(xué)性能，在水處理工業(yè)上廣泛應(yīng)用。由于它不能再生，成本較高，因此很少將它用作常規(guī)處理，但是在原水突發(fā)污染的情況下，投加粉狀活性炭能很好的去除苯類化合物、酚類化合物、石油和石油產(chǎn)品等有機(jī)物。粉狀活性炭對(duì)水中形成嗅味的有機(jī)物的去除效果是其它處理劑無(wú)法比擬的。發(fā)生在2005年11月的松花江水污染事件，造成了松花江流域的重大水污染，活性炭吸附是這次污染事故的應(yīng)急處理技術(shù)。主要的措施有兩條，一是在水廠取水口處投加粉狀活性炭，利用水源水從取水口到凈水廠的輸水管線，在管線當(dāng)中粉狀活性炭把硝基苯吸附。二是應(yīng)對(duì)技術(shù)措施就是把水廠現(xiàn)有沙濾池改造成活性炭和石英砂雙層濾料濾池，具體方法是把現(xiàn)有的石英砂挖出半米左右再加入半米的粒狀活性炭。通過(guò)以上改造工程，水廠出水水質(zhì)達(dá)到生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
2、對(duì)廢水中重金屬離子的吸附
目前冶煉、電解、醫(yī)藥、油漆、合金、電鍍、紡織印染、造紙、陶瓷與有機(jī)顏料制造等行業(yè)，每年排放大量含有多種重金屬離子的工業(yè)廢水。活性炭以其獨(dú)特的物理、化學(xué)特性成為吸附重金屬的常用吸附劑之一。有人發(fā)現(xiàn)活性炭纖維對(duì)Cu、Ni2+、Cd2+的吸附符合Langmuir模式，同時(shí)Freundlich模式也可以較好的模擬這3種金屬離子在活性炭纖維上的吸附。在動(dòng)態(tài)條件下，吸附飽和后的活性炭纖維可用稀酸和稀堿溶液再生，再生后的活性炭纖維可重復(fù)使用。為了增加活性炭纖維對(duì)重金屬的吸附容量，可以對(duì)活性炭纖維進(jìn)行改性。有人考察了震蕩時(shí)間、水樣pH對(duì)吸附效果的影響以活性炭纖維作為去除水中鎘、鎳、銅三種重金屬離子的吸附劑。結(jié)果表明，活性炭纖維對(duì)水中三種重金屬離子的吸附特性良好，且吸附劑易于再生，可作為去除水中離子態(tài)重金屬的優(yōu)良吸附劑。
3、對(duì)水中微量有機(jī)物的吸附
對(duì)微污染水源投加粉狀活性炭的研究發(fā)現(xiàn)，投加粉狀活性炭后能夠有效控制水中的嗅味，特別適合于在突發(fā)原水嗅味污染時(shí)使用。投加30-40mg/L粉狀活性炭后對(duì)CODm的去除在50%左右，對(duì)TOC去除約為25%，對(duì)氨氮去除效果不好，為10%-20%之間。另外，粉狀活性炭對(duì)礦物油有較好的吸附效果。另外在飲用水消毒過(guò)程中可產(chǎn)生三鹵甲烷（THMs）、鹵乙酸（HAAs）、鹵乙腈（HANs）等有致癌作用的消毒副產(chǎn)物。近年來(lái)研究表明，飲用水中HAAs的含量雖低于THMs，但是某些種類HAAs的致癌風(fēng)險(xiǎn)卻遠(yuǎn)高于THMs。有人采用臭氧化—生物活性炭（O3/BAC）深度處理工藝去除水中消毒副產(chǎn)物前質(zhì)的試驗(yàn)結(jié)果表明，該工藝能夠有效去除水中消毒副產(chǎn)物前質(zhì)，可控制氯化消毒副產(chǎn)物的生成。
4、活性炭用于水的脫色處理
采用活性炭纖維（ACF）對(duì)海鹽苦鹵進(jìn)行吸附脫色實(shí)驗(yàn)，探討了活性炭用量、溶液流速、溫度、濃度、pH對(duì)脫色率的影響。確定活性炭纖維對(duì)苦鹵溶液脫色的較佳工藝條件，在此條件下，苦鹵脫色率大于98%。吸附后的活性炭纖維加熱到120℃并抽真空進(jìn)行脫附，可循環(huán)使用18次以上。采用活性炭吸附法處理染料廢水的實(shí)驗(yàn)研究表明，在較佳的吸附工藝條件下，酸性品紅、堿性品紅和活性黑B-133染料廢水的脫色率均超過(guò)97，出水的色度稀釋倍數(shù)不大于50倍，COD小于50mg/L，達(dá)到國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。有關(guān)人員研究了活性炭纖維（ACF） 對(duì)水中酸性大紅的吸附脫色試驗(yàn)。研究表明，溫度為150-200℃，濾速為6mL/min時(shí)，濃度為12mg/L的酸性大紅脫色率達(dá)98%以上。活性炭纖維經(jīng)20次吸附與解吸實(shí)驗(yàn)，吸附脫色性能沒(méi)有明顯降低。
三、結(jié)論與展望
活性炭吸附涵蓋了水處理的各個(gè)領(lǐng)域，但是其處理技術(shù)仍不完善，諸如在水的深度處理方面，還不能完全解決水質(zhì)污染問(wèn)題，用于水的深度處理還有待進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)和改進(jìn)。但總的來(lái)說(shuō)，活性炭用于水處理還是非常有效的，再結(jié)合其它有效的水處理工藝，與膜、微生物、氧化劑、微波、電化學(xué)、TiO2等材料或技術(shù)聯(lián)合使用，可以大大提高活性炭的效率，并能取得較好的處理效果。另外選擇較為合理的再生方法，將環(huán)保及經(jīng)濟(jì)效益于一體進(jìn)行綜合考慮，將會(huì)有更廣闊的發(fā)展空間。