吸附廢氣的活性炭更換周期及吸附量計(jì)算。有毒有害廢氣污染物量大的建議用其他處理方法

環(huán)保廢氣柱狀活性炭正確的更換步驟及要點(diǎn)提示

第一步：將空氣凈化系統(tǒng)的壓力降為零，關(guān)閉空氣凈化系統(tǒng)的進(jìn)氣端和出氣端閥門，手動(dòng)打開除油器下端的，將系統(tǒng)的壓力降為零。關(guān)閉閥門時(shí)，務(wù)必將閥 門關(guān)嚴(yán)；并且卸壓時(shí)， 一定要將系統(tǒng)壓力降 為0MPa。如果卸壓不徹底，將會(huì)對(duì)下一步驟工作造 成影響。  

第二步：打開法蘭蓋和放料口  將系統(tǒng)壓力降為零后，用對(duì)應(yīng)的扳手?jǐn)Q開上、下法蘭蓋螺母，卸下法蘭（有手孔的可先卸上法蘭和手孔），把法蘭蓋上的螺栓依次擰出(上法蘭螺栓不必?cái)Q出，目的防止裝活性炭時(shí)活性炭掉入螺栓孔，不方便將活性炭清理出來，螺栓擰不到底，造成漏氣)，將卸下來的法蘭蓋和螺栓螺母放置好。打開蓋得同時(shí)，注意準(zhǔn)備好盛放活性炭的裝置。

第三步：取出內(nèi)部活性炭：用工業(yè)吸塵器或其它工具將活性炭從容器中取出。將取出的活性炭放置好，避免對(duì)車間地面造成污染。取出活性炭時(shí)，觀察 活性炭顆粒是否有油 漬，如有，應(yīng)盡快對(duì)濾芯和空壓機(jī)進(jìn)行保養(yǎng)。 

第四步：清理除油器內(nèi)部表面：用榔頭敲除油器，將粘在除油器內(nèi)壁的活性炭震落下來，再用干凈的布?jí)K將除油器內(nèi)壁清理干凈，必要時(shí)用肥皂水清理，然后用壓縮空氣吹干。如有銹跡之類的，務(wù)必將其清理干凈。檢查上下通氣頭是否完好；若通氣頭鋼絲網(wǎng)破損或者有大量的鐵銹，應(yīng)徹底除銹后再更換50目鋼絲網(wǎng)；因?yàn)槌P不充分會(huì)造成壓差過大。

第五步：除上法蘭蓋外，將其 余孔蓋裝回位置  安裝下法蘭蓋（有手孔安裝手孔法蘭蓋），擰緊對(duì)應(yīng)的螺栓和螺帽，留出上端法蘭口。 一定要將法蘭連接的部位擰緊，以免造成漏氣。若石棉墊破損，則需更換，否則容易造成漏氣。若現(xiàn)場沒有備用石棉墊，而石棉墊有破損，可以纏生料帶。  

第六步：裝填新的活性炭：按照預(yù)計(jì)的裝填量將新的活性炭倒入除油器中，敲除油器的腿或者其它部位將活性炭振填結(jié)實(shí)。在裝填過程中可用風(fēng)扇吹去活性炭中的粉塵，安裝上法蘭蓋板；為了避免活性炭由于 沒裝填結(jié)實(shí)而導(dǎo)致粉 化，因此必須將活性 炭裝好。  若石棉墊破損，則需更換，否則容易造成漏氣。若現(xiàn)場沒有備用石棉墊，而石棉墊有破損，可以纏生料帶。

第七步：蓋上法蘭蓋：把上法蘭蓋蓋上，擰緊對(duì)應(yīng)的螺栓和螺帽。法蘭連接的部位必須擰緊，以免造成漏氣。檢查氣密性：打開空氣凈化系統(tǒng)的進(jìn)氣閥門，對(duì)除油器充壓至0.8MPa左右，然后用手感或者肥皂水對(duì)連接部位查漏。對(duì)于漏氣的部位，要重新擰緊并試漏。   

第八步：吹掃活性炭粉塵：使用前可用大量的壓縮空氣吹掃除油器，防止除油器內(nèi)和活性炭粉塵進(jìn)入吸附塔。多余裝填料保存 多余活性炭將其密封保存。清理現(xiàn)場 清理作業(yè)場地，將廢棄的東西清理干凈。

活性炭更換周期和吸附量的計(jì)算

案例1

活性炭的吸附量以及使用時(shí)間活性炭對(duì)不同的有機(jī)氣體其吸附能力(用S表示)是不一樣的，有以下表(參考《工業(yè)通風(fēng)》，孫一堅(jiān)主編第四版)：

按一個(gè)排污企業(yè)150mg/m3，風(fēng)量在50000m3/h，一天工作時(shí)長15小時(shí)算，活性炭的平衡保持量取30%，1t活性炭達(dá)到飽合的時(shí)間為：

T(d)=m*S/C*10-6(kg/mg)*F*t(15h/d)

m：活性炭的質(zhì)量，kg;

S：平衡保持量，%;

C:VOCs總濃度，mg/m3;

F:風(fēng)量，m3/h。

則T=1000*0.3/150*10-6*50000*15=2.67d

也就是1t的活性炭在上述條件下，2.67天就達(dá)到飽合了。

案例2

方法一：

蜂窩活性炭比重：0.45g/cm3

1克/立方厘米=1000千克/立方米

參數(shù)：單套設(shè)備排風(fēng)量：25000m3/h，廢氣總濃度為119.5mg/m3，運(yùn)行8h/d

所采用蜂窩活性炭吸附的平衡保持量取75%計(jì)。

一塊蜂窩活性炭質(zhì)量：0.1×0.1×0.1×450kg/m3=0.45kg

單套設(shè)備需要蜂窩活性炭量為：0.8×1.31×1.33÷0.001=1400塊×0.45=630kg

根據(jù)活性炭更換周期計(jì)算公式：

T=m×S÷C×10-6×Q×t

式中：

T—周期，單位天

M—活性炭的質(zhì)量，單位kg

S—平衡保持量，%

10-6—系數(shù)

Q—風(fēng)量，單位m3/h

T—運(yùn)行時(shí)間，單位h/d

T1=630×0.75÷119.5×10-6×25000×8=7.91天

所以單套設(shè)備蜂窩炭更換周期為約8天方法二：

蜂窩炭1g能吸附600mg的有機(jī)廢氣

一塊蜂窩活性炭質(zhì)量：0.1×0.1×0.1×450kg/m3=0.45kg

單套設(shè)備蜂窩炭重量

0.8×1.31×1.33÷0.001=1400塊×0.45=630kg

設(shè)備蜂窩炭的吸附能力為：

630kg=630000g

630000g×600mg=378000000mg

總過濾量為25000m3/h×119.5mg/m3=2987500mg/h

吸附滿周期T2

378000000mg÷2987500mg/h=126.52h

每天工作8小時(shí)算

T2=126.52h÷8=15.81天

因?yàn)門2>T1所以本項(xiàng)目活性炭更換周期為8—15天、建議10天一換

活性炭本身不屬于危廢 ，活性炭吸附廢氣、廢水后的廢活性炭需要看是否在《國家危險(xiǎn)廢物名錄》（2016年版）中的危險(xiǎn)固廢。如不在名錄里：需根據(jù)《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 毒性物質(zhì)含量鑒別》中相關(guān)規(guī)定進(jìn)行鑒別。若吸附的廢氣、廢水不屬于有毒有害物質(zhì)、危險(xiǎn)性物質(zhì)的，不一定是危險(xiǎn)固廢（純水制備的廢活性炭等）。

建議：有毒有害廢氣污染物量大的，請(qǐng)有其他處理方法。

因?yàn)榛钚蕴课接卸居泻?，就成為危險(xiǎn)固廢，危廢處理成本高，而且到一定規(guī)模還要監(jiān)控，另外還要18年要征收危廢1000元每噸。最重要的，每次環(huán)保督察都是重點(diǎn)。

                                                        六大常見的有機(jī)廢氣（VOCs）及處理技術(shù)

一、常見有機(jī)廢氣分類

       VOCs(Volatile organic compounds)即揮發(fā)性有機(jī)化合物，是一類常見的大氣污染物，產(chǎn)生于油漆生產(chǎn)、化纖行業(yè)、金屬涂裝、化學(xué)涂料、制鞋制革、膠合板制造、輪胎制造等行業(yè)。有害的揮發(fā)性有機(jī)化合物主要包括丙酮、甲苯、苯酚、二甲基苯胺、甲醛、正己烷、乙酸乙酯、乙醇等。

       工業(yè)企業(yè)中揮發(fā)性有機(jī)廢氣(VOCs)按產(chǎn)生來源劃分，主要有以下幾種：

       1. 噴漆廢氣：主要成分為丙酮、丁醇、二甲苯、甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯等揮發(fā)性有機(jī)化合物，主要產(chǎn)生于油漆噴涂等表面處理企業(yè)，常見的處理方法有油簾吸收、水簾吸收，再配合二三級(jí)的活性炭吸附等。

       2. 塑料、塑膠廢氣：主要成分為塑料、塑膠等粒子受熱加工過程中揮發(fā)出來的聚合物單體，因塑料、塑膠組成成分較為復(fù)雜，廢氣中主要含乙烯、丙烯、苯乙烯、丙烯晴和丁二烯等烯烴類塑料聚合物單體，但濃度普遍較低、風(fēng)量大。涉及企業(yè)主要有塑料造粒企業(yè)、化纖生產(chǎn)企業(yè)、注塑企業(yè)、橡膠生產(chǎn)企業(yè)等，處理方法主要有活性炭吸收、等離子凈化等。

       3. 定型廢氣：主要成分為其主要成分為醛、酮、烴、脂肪酸、醇、酯、內(nèi)酯、雜環(huán)化合物、芳香族化合物。涉及的企業(yè)主要為染整企業(yè)、化纖生產(chǎn)企業(yè)，通常采用水噴淋處理工藝和靜電吸附式處理工藝。

       4. 化工有機(jī)廢氣：主要由化工企業(yè)排放產(chǎn)生，廢氣成分同化工企業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的化工產(chǎn)品種類有較大關(guān)系，普遍會(huì)采用冷凝回收及催化燃燒技術(shù)等凈化收集處理方法。

       5. 印刷廢氣：主要成分為油墨中揮發(fā)出來的甲苯、非甲烷類總烴、乙酸乙酯、乙醇等。涉及的企業(yè)主要為含有油墨印刷工序的企業(yè)，主要如包裝品、印花等公司，一般采用活性炭吸附。

二、常見VOC 有機(jī)廢氣凈化處理方法匯總

       優(yōu)先選擇成本低、能耗少、無二次污染的廢氣凈化處理方法，充分利用廢氣的余熱，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用。一般情況下，石化企業(yè)由于其生產(chǎn)活動(dòng)的特殊性，排氣濃度高，多采用冷凝、吸收、燃燒等方法進(jìn)行廢氣的凈化處理。而印刷等行業(yè)的排氣濃度低，多采用吸附、催化燃燒等方法進(jìn)行廢氣凈化處理，       下面就這幾種方法進(jìn)行簡單概述：

       1.冷凝回收法

       冷凝法就是將工業(yè)生產(chǎn)的廢氣直接引入到冷凝器中，經(jīng)過吸附、吸收、解析、分離等環(huán)節(jié)的作用和反應(yīng)，回收有價(jià)值的有機(jī)物，回收廢氣的余熱，凈化廢氣，使廢氣達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)有機(jī)廢氣濃度高、溫度低、風(fēng)量小時(shí)，可采用冷凝法進(jìn)行凈化處理，一般應(yīng)用于制藥、石化企業(yè)。通常還會(huì)在冷凝回收裝置后面再加裝一級(jí)或多級(jí)的其他有機(jī)廢氣凈化裝置，以做到達(dá)標(biāo)排放。

       2.吸收法

       工業(yè)生產(chǎn)中多采用物理吸收法，就是將廢氣引入吸收液中進(jìn)行吸收凈化，吸收液飽和后進(jìn)行加熱、解析、冷凝等處理，回收余熱。在濃度低、溫度低、風(fēng)量大的情況下可踩踏吸收法，但需要配備加熱解析回收裝置，投資額大。涉及油漆涂裝作業(yè)企業(yè)常用的油簾、水簾吸收漆霧的方法，即常見的有機(jī)廢氣吸收法。

       3.直接燃燒法

       直接燃燒法就是利用燃?xì)獾容o助性材料將廢氣點(diǎn)燃，促使其中的有害物質(zhì)在高溫燃燒下轉(zhuǎn)變成無害物質(zhì)，該方法投資小，操作簡單，適用于濃度高、風(fēng)量小的廢氣，但其安全技術(shù)要求較高。

       4.催化燃燒法

       催化然后就是將廢氣加熱經(jīng)催化燃燒后轉(zhuǎn)變成無害的二氧化碳和水。該方法適用于溫度高、濃度高的有機(jī)廢氣凈化處理中，其具有燃燒溫度低、節(jié)能、凈化率高、占地面積少等優(yōu)點(diǎn)，但投資較大。

       5.吸附法

       吸附法又可分成三種：

        1. 直接吸附法，利用活性炭對(duì)有機(jī)廢氣進(jìn)行吸附凈化處理，凈化率可達(dá)95%以上，該方法設(shè)備簡單、投資少，但需要經(jīng)常更換活性炭，頻繁的裝卸、更換等程序增加運(yùn)行費(fèi)用。

        2. 吸附-回收法。利用纖維活性炭吸附有機(jī)廢氣，使其在趨近飽和狀態(tài)下過熱蒸汽反吹，實(shí)現(xiàn)脫附再生。

        3. 新型吸附-催化燃燒法。該方法綜合吸附法與催化燃燒方法的優(yōu)點(diǎn)，具有運(yùn)行穩(wěn)定、投資少、運(yùn)行成本少、維修簡單等優(yōu)點(diǎn)。其利用新型吸附材料對(duì)        有機(jī)廢氣進(jìn)行吸附處理，使其在接近飽和狀態(tài)下在熱空氣的作用下吸附、解析、脫附，接著再將廢氣引入催化燃燒床進(jìn)行無焰燃燒處理，實(shí)現(xiàn)廢氣的徹底凈化處理。該方法適用于濃度低、風(fēng)力大的廢氣凈化處理中，是當(dāng)前國內(nèi)應(yīng)用最多的一種廢氣凈化處理辦法。

       4.低溫等離子凈化法

       低溫等離子體是繼固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)之后的物質(zhì)第四態(tài)，當(dāng)外加電壓達(dá)到氣體的放電電壓時(shí)，氣體被擊穿，產(chǎn)生包括電子、各種離子、原子和自由基在內(nèi)的混合體。

       放電過程中雖然電子溫度很高，但重粒子溫度很低，整個(gè)體系呈現(xiàn)低溫狀態(tài)，所以稱為低溫等離子體。低溫等離子體降解污染物是利用這些高能電子、自由基等活性粒子使污染物分子在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生分解，并發(fā)生后續(xù)的各種反應(yīng)以達(dá)到降解污染物的目的。

       揮發(fā)性有機(jī)污染物(VOCs)傳統(tǒng)的處理方法如吸收、吸附、冷凝和燃燒等，對(duì)于低濃度的VOCs很難實(shí)現(xiàn)，而光催化降解VOCs 又存在催化劑容易失活的問題，利用低溫等離子體處理VOCs可以不受上述條件的限制，具有潛在的優(yōu)勢。

       但由于等離子體是一門包含放電物理學(xué)、放電化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)及真空技術(shù)等基礎(chǔ)學(xué)科之上的交叉學(xué)科。因此，目前能成熟的掌握該技術(shù)的單位非常少，大部分宣傳采用低溫等離子技術(shù)處理廢氣的宣傳都不是真正意義上的低溫等離子廢氣處理技術(shù)。

總結(jié)

       不同的有機(jī)廢氣成分、濃度適用不同的有機(jī)廢氣處理方式，目前綜合技術(shù)成熟性、經(jīng)濟(jì)性以及設(shè)備維護(hù)等多方面因素，應(yīng)用最為廣泛的還是活性炭吸附法。但是活性炭吸附法存在適用期限到后廢活性炭洗脫回收成本大、存在污染轉(zhuǎn)移等缺點(diǎn)，因此新型吸附-催化燃燒法已在技改中或新建項(xiàng)目中被普遍應(yīng)用。

       而低溫等離子凈化法因其后期維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)正受到越來越多企業(yè)的青睞，但也存在設(shè)備投資成本高等問題。相信隨著技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展，低溫等離子凈化技術(shù)會(huì)越來越成熟，設(shè)備投資也會(huì)隨之下降，屆時(shí)將會(huì)得到普遍應(yīng)用。

碘值

碘值是指活性炭在0.02N12/KL水溶液中吸附的碘的量。碘值與直徑大于10A的孔隙表面積相關(guān)聯(lián),碘值可以理解為總孔容的一個(gè)指示其器。

糖蜜值

糖蜜值是測量活性炭在沸騰糖蜜溶液的相對(duì)脫色能力的方法。糖蜜值被解讀為孔直徑大于28A的表面積。因?yàn)樘敲凼嵌嘟M分的混合物，必須嚴(yán)格按照說明測試本參數(shù)。糖蜜值是用活性炭標(biāo)樣和要測試的活性炭的樣品處理糖蜜液，通過計(jì)算過濾物的光學(xué)密度的比率而得。

堆積重

堆積重是測量特定量炭的質(zhì)量的方法。通過逐漸把活性炭添加一個(gè)有刻度圓桶內(nèi)至100cc，并測量其質(zhì)量。該值被用于計(jì)算填充特定吸附裝置所需活性炭數(shù)量。簡單地說，堆積重是活性炭每單位體積的重量。

顆粒密度

顆粒密度是每單位體積顆粒炭的重量，不包括顆粒以及大于0.1mm裂隙間的空間。顆粒密度是用水銀置換來測定的。

四氯化碳

四氯化碳值是總孔容的指示器，是用飽和的零攝氏度的CCI4氣流通過25度的炭床來測量的。在規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)，測量被吸附的CCI4的重量直到樣品的重量變化可以忽略不計(jì)為止。

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亞甲藍(lán)值是指1.0克炭與1.0 mg／升濃度的亞甲藍(lán)溶液達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)吸收的亞甲藍(lán)的毫克數(shù)。

硬度

硬度是測量活性炭機(jī)械強(qiáng)度的指標(biāo)。重量的改變，用百分比表示。更確切地講，硬度值是指顆粒活性炭在RO-TAP儀器中對(duì)鋼球衰變運(yùn)動(dòng)的阻力。在炭與鋼球接觸過以后，通過利用篩子上的炭的重量來計(jì)算硬度值。

磨損值

磨損值是測量活性炭的耐磨阻力的指標(biāo)。該實(shí)驗(yàn)測量MPD的變化，通過百分比來表示。顆?；钚蕴康哪p值說明顆粒在處理過程中降低顆粒的阻力。它是通過在RO_TAP機(jī)器中將炭樣品和鋼球接觸，測定最終的顆粒平均直徑與原始顆粒的平均直徑的比率來計(jì)算的。丁烷值

丁烷值是飽和空氣與丁烷在特溫度和特定的壓力下通過炭床后，每單位重量的活性炭吸附的丁烷的量。

灰分

活性炭中包含無機(jī)物，通常是鋁和硅?；曳质茄心コ煞蹱畹奶荚?54攝氏度時(shí)燃燒3個(gè)小時(shí)的剩余殘?jiān)募夹g(shù)角度看，灰分是活性炭礦物氧化物的組分。通常定義為在一定量的樣品被氧化后的重量百分比。

水分

水分是測量碳所含水的多少。用Dean-Stark trap和冷凝器，在二甲苯溶液中煮沸活性炭來測量水分。為了測試水分，水被冷凝和截留在待測定臂狀容器內(nèi)?；钚蕴康乃恳部梢酝ㄟ^在150攝氏度下烘干3小時(shí)后活性炭重量上改變來測定。水分是活性炭中被吸附的水的重量的百分比。

對(duì)于不同用途的活性炭，時(shí)常用不同的物質(zhì)和方法來檢驗(yàn)它的吸附性能，如亞甲基藍(lán)吸附值、碘吸附值、焦糖吸附值、硫酸奎寧吸附值等。其中亞甲基藍(lán)吸附值是最常用的。亞甲基藍(lán)是一種深藍(lán)色染料，對(duì)它的吸附量反映了活性炭吸附小分子物質(zhì)的能力；具有大量微孔的活性炭，此值較高。焦糖吸附值(或稱焦糖脫色率、或糖蜜吸附率)是反映活性炭對(duì)具有較高分子量的有色物質(zhì)的吸附性能，性能良好的活性炭，此值達(dá)到100～110。

國內(nèi)外制造的活性炭，都有一類稱為“糖用活性炭”的產(chǎn)品，它可用于糖廠，也可以用在其他類似的行業(yè)，如葡萄糖溶液及味精溶液的精制脫色等。它的主要特點(diǎn)是具有較多的中孔，因而適于處理含有較多大分子有機(jī)物的溶液。這種活性炭的焦糖吸附值比較高。

我國“糖液脫色用活性炭”的國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T13803.3－1999)規(guī)定，活性炭產(chǎn)品分為優(yōu)級(jí)品、一級(jí)品和二級(jí)品三種。其水分都低于10％；焦糖脫色率分別高于

100、90和80，灰分分別低于3％、4％和5％(用磷酸法生產(chǎn)的活性炭可在7％～9％，不分等級(jí))，酸溶物分別低于1％、

1.5％和2％，還有鐵含量和氯含量的規(guī)定。它們的pH值都在3～5之間。

活性炭的比表面積(BET)反映了每一克活性炭的總表面積的數(shù)值m2。它是用氮?dú)饣蚨⊥槲椒y出的。此值越大，活性炭的微孔越多，能夠吸附更多的小分子物質(zhì)。對(duì)于同一類的有機(jī)物，分子量較大者，被吸附較強(qiáng)；但這以它的分子能夠進(jìn)入活性炭的吸附孔為前提。當(dāng)需要吸附的物質(zhì)的分子量較高、分子尺寸較大時(shí)，就要選用有較多中孔的活性炭。最理想的活性炭是具有大量恰好稍大于吸附物分子的孔道，如果孔道過大，總表面積就減少。分子量在300～1000之間的物質(zhì)，相應(yīng)的吸附孔徑在0.5～4 nm之間。

活性炭具有芳香環(huán)式的結(jié)構(gòu)，善于吸附芳香族有機(jī)物(糖汁中的有色物大部分屬于這類)，并善于吸附含有三個(gè)碳原子以上的其他有機(jī)物。它對(duì)不帶電物質(zhì)的吸附力較強(qiáng)，而對(duì)帶電物質(zhì)(如陰離子)的吸附較弱。對(duì)后者的吸附與溶液pH值有關(guān)：

在酸性溶液中吸附較強(qiáng)，堿性溶液中較弱。因?yàn)槿跛嵝晕镔|(zhì)在低pH下帶電較少以至不帶電，較易被吸附；高pH下電荷較強(qiáng)，不利于吸附。為避免蔗糖轉(zhuǎn)化，糖液用活性炭處理一般在中性下進(jìn)行?；钚蕴繉?duì)無機(jī)離子的吸附作用很弱，但用磷酸作活化劑的活性炭，及經(jīng)過適當(dāng)羧基化處理的活性炭，也能吸附少量的金屬離子。

活性炭的吸附作用和溫度有關(guān)。對(duì)于多數(shù)的物理吸附作用，在低溫下能夠達(dá)到較大的吸附量，但吸附的速度較慢。在糖廠使用的多數(shù)情況下，活性炭和糖液接觸的時(shí)間不長，故要求吸附進(jìn)行得較快，就常用較高的溫度，例如70～85℃。在這個(gè)溫度下，一般經(jīng)過15～30分鐘(主要決定于糖液濃度)，活性炭的吸附作用就接近其最大值。

活性炭的脫色效果與它的品種和處理的具體條件有極大的關(guān)系。在生產(chǎn)應(yīng)用前要先通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，選擇適宜的活性炭品種和適當(dāng)?shù)氖褂梅椒ㄅc技術(shù)條件。

粉狀活性炭的粒子大小是不均勻的，有些很微細(xì)的粒子可能穿過濾布。因此要選用適當(dāng)?shù)倪^濾方法，必要時(shí)可以并用助濾劑如硅藻土，將它們和活性炭加入糖液中攪拌適當(dāng)時(shí)間后過濾。

過濾機(jī)中形成的活性炭濾餅，可以調(diào)制成粉漿后加入深色的糖液中再用一次。

顆粒活性炭通常采用固定床吸附方式，即將顆?；钚蕴垦b入圓筒形吸附柱中，糖液從上而下連續(xù)通過，與大量活性炭接觸，在底部出口處達(dá)到很高的脫色率。這種方法利于充分發(fā)揮活性炭的效能。近年又開發(fā)了新的連續(xù)的移動(dòng)床系統(tǒng)。活性炭的再生一般是在洗糖后放入再生爐中高溫加熱，將吸附的有機(jī)物分解，亦可以用堿處理再生。

飲用水處理中活性炭種類選擇的方法探討

飲用水處理中活性炭種類選擇的方法探討

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摘要：

本文通過分析常用的幾種活性炭評(píng)價(jià)方法特點(diǎn)，綜合各個(gè)方法的利弊，提出了選擇飲用水中活性炭的具體方案，根據(jù)該方案篩選出了適應(yīng)某市水質(zhì)條件的活性炭種類。并運(yùn)用通過活性炭性能指標(biāo)和活性炭運(yùn)行效果的數(shù)學(xué)分析，確定了在飲用水處理中活性

炭的主要性能指標(biāo)及其推薦值，供各水廠在選用活性炭時(shí)參考。

關(guān)鍵詞：

飲用水；活性炭；炭種選擇；評(píng)價(jià)方法

近年來，隨著飲用水水源污染的日益嚴(yán)重，為了克服常規(guī)工藝的不足，滿足不斷提高的飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，在常規(guī)處理的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步推廣應(yīng)用以活性炭技術(shù)為核心的飲用水深度處理工藝，越來越有必要。但是在飲用水處理中使用的活性炭，因?yàn)槠贩N繁多,性能不一,用途各異，價(jià)格昂貴,而所處理水質(zhì)各不相同，這就使得許多水廠在選用活性炭上存在盲目性，可能會(huì)因選型不適而出現(xiàn)活性炭使用周期縮短，更換頻繁，經(jīng)濟(jì)費(fèi)用巨大的現(xiàn)象[2]，所以用于飲用水處理的活性炭的選定,就顯得尤為重要。

在活性炭選擇中，重要的是如何對(duì)活性炭性能進(jìn)行全面而準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，從而選擇出適用水源水質(zhì)的活性炭。目前各類表征活性炭性能的方式有很多，例如活性炭性能指標(biāo)，活性炭表面的性狀分析，活性炭靜態(tài)吸附和動(dòng)態(tài)吸附試驗(yàn)（柱子試驗(yàn)）等等。本文分析了常見的幾種活性炭性能評(píng)價(jià)方法的特點(diǎn)，提出了聯(lián)合應(yīng)用幾種方法，從不同角度對(duì)活性炭性能進(jìn)行全面評(píng)價(jià)的活性炭選擇方案。根據(jù)該選炭方案，針對(duì)某市的水源特點(diǎn)，確定了適合水源水質(zhì)的活性炭種類。并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，運(yùn)用數(shù)學(xué)分析手段，確定了影響活性

炭應(yīng)用的主要性能指標(biāo)及其推薦值，以供各水廠在選用活性炭時(shí)參考。

1.活性炭篩選方案確定

在水處理中，評(píng)價(jià)活性炭各種性能的方法有很多，常用評(píng)價(jià)方法的主要特征，見下表。

表1常用活性炭評(píng)價(jià)方法的主要特征

評(píng)價(jià)方法表征對(duì)象主要特點(diǎn)

性能指標(biāo)活性炭各種特定性能活性炭性能指標(biāo)種類較多，各單項(xiàng)指標(biāo)檢測可實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，但各單項(xiàng)指標(biāo)由于針對(duì)性不同，因此依靠其選擇時(shí)經(jīng)常與實(shí)際使用效果有很大出入

表面性狀分析化學(xué)分析表面化學(xué)特征根據(jù)活性炭表面各種官能團(tuán)的組成和含量，推測活性炭對(duì)有機(jī)物的吸附特征，分析方法復(fù)雜，對(duì)官能團(tuán)的精確分析十分困難

物理分析（電鏡）表面物理特征簡單易行，可直觀、定性或定量的分析活性炭表面特征，確定活性炭性能的優(yōu)劣，實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)

確選用活性炭的目的

靜態(tài)吸附試驗(yàn)活性炭吸附能力簡單、速度快、試驗(yàn)費(fèi)用低廉、應(yīng)用范圍廣，但是其針對(duì)性也較差，與實(shí)際運(yùn)行效果常有較大差別吸附能力評(píng)價(jià)活性炭吸附能力該方法較為簡單，時(shí)間消耗短，針對(duì)性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的指標(biāo)化，且具有一定準(zhǔn)確性動(dòng)態(tài)吸附試驗(yàn)全面評(píng)價(jià)活性炭凈水性能真實(shí)反映活性炭在實(shí)際應(yīng)用的效果和使用壽命，實(shí)現(xiàn)了選擇即有效又經(jīng)濟(jì)活性炭種類的目的，但是試驗(yàn)所需時(shí)間長，工作量大，因此不能廣泛應(yīng)用，只在較大型工程時(shí)應(yīng)用該方法綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)全面評(píng)價(jià)活性炭各種性能能夠包含影響活性炭實(shí)際使用效果的多種因素，實(shí)現(xiàn)對(duì)活性炭全面而定量的評(píng)價(jià)，但影響

因素和條件多種多樣，實(shí)現(xiàn)十分困難

活性炭的各種性能評(píng)價(jià)方法只是從不同的方面對(duì)活性炭的性能進(jìn)行了表征，都各具有局限性，因此可以綜合以上幾種方法，建立完善的活性炭篩選方法，其主要過程為：

首先要根據(jù)活性炭生產(chǎn)的煤質(zhì)、地域和生產(chǎn)工藝等的不同，從國內(nèi)外的大型活性炭生產(chǎn)企業(yè)中選擇出備選炭種，然后從幾個(gè)方面著手，即活性炭性能指標(biāo)分析、電鏡微觀觀察、靜態(tài)吸附試驗(yàn)、吸附能力評(píng)價(jià)試驗(yàn)，以及活性

炭動(dòng)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)等，從不同的角度全面評(píng)價(jià)活性炭炭種的優(yōu)劣，從而篩選出一至兩種活性炭種進(jìn)行工程應(yīng)用。具體見下圖1。

生產(chǎn)分析控制

煤質(zhì)

微觀表面性狀

地域服務(wù)

動(dòng)態(tài)吸附量化

生產(chǎn)工藝相似實(shí)際運(yùn)行

指導(dǎo)分析確定

圖1活性炭篩選方案

活性炭選擇的重點(diǎn)，是從不同角度對(duì)備選炭種的性能進(jìn)行全面的評(píng)價(jià)，其中活性炭性能指標(biāo)分析試驗(yàn)，主要是從活性炭實(shí)際生產(chǎn)角度出發(fā)，選取影響粒狀活性炭效果和成本的主要性質(zhì)，尤其是大量應(yīng)用時(shí)的主要指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比，以指導(dǎo)活性炭實(shí)際生產(chǎn)中的分析和控制；電鏡微觀觀察試驗(yàn)，主要是從微觀角度，分析研究活性炭作為吸附劑和微生物載體的固體表面性狀；吸附能力評(píng)價(jià)試驗(yàn)，

主要是將活性炭的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)過程進(jìn)行相似化，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)吸附過程的指標(biāo)化，從而評(píng)價(jià)活性炭種的性能優(yōu)劣；活性炭的動(dòng)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)，是為了克服靜態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際工程的運(yùn)行效果差別較大的弊端，而進(jìn)行活性炭較長期的運(yùn)行考察，從而判斷幾種活性炭種的實(shí)際運(yùn)行效果優(yōu)劣。這幾個(gè)方面的試驗(yàn)，相互配合，能夠較為全面的評(píng)價(jià)出活性炭種各種性能的優(yōu)劣，達(dá)到確定最適用活性炭種的

目的。

2.活性炭篩選試驗(yàn)

根據(jù)以上試驗(yàn)方案，針對(duì)某市的水源水質(zhì)進(jìn)行了活性炭的篩選。根據(jù)煤質(zhì)活性炭生產(chǎn)工藝和地域差異，共選取了一種破碎炭和四種

柱狀炭進(jìn)行試驗(yàn)，依次編號(hào)為

A、B、

C、D、E。

( 1 )活性炭性能指標(biāo)分析

在飲用水處理中，影響活性炭處理效果和運(yùn)行成本的主要性能指標(biāo)為：

吸附量（主要為碘值、亞甲藍(lán)值、丁烷值、四氯化碳值、糖蜜值、單寧酸值）、強(qiáng)度和摩擦系數(shù)，pH值、灰分、粒徑大小和粒度分布、水分和可溶物等。試驗(yàn)中對(duì)這些性能指標(biāo)分別進(jìn)行了檢

測，結(jié)果見下表。表2活性炭指標(biāo)測定值

項(xiàng)目指標(biāo)單位 A B C D E

破碎柱狀柱狀

摩擦系數(shù)wt% 83.5   89.3   85.5   90.2   88.9

強(qiáng)度     wt% 95.4   99.5   97.9   99.7   98.4

表觀密度 g/l 510    520    500    520   540

飄浮率wt% 0.0     1.4      0.0    0.0    0.0

pH值--     8.6     9.2      8.9    9.1   8.9

總灰分wt% 9.1      7.2     11.8    8.7   10.5

水溶物wt%  0.05   0.09    0.08   0.03   0.06

碘值mg/g  1001   997     938    958    860

亞甲蘭值mg/g 262  259     227    256    207

丁烷值wt%   24.2   24.2    23.4   23.7   20.3

四氯化碳wt% 62.19   62.19   60.14  60.91  52.17

糖蜜值     158      153     152    148   145

單寧酸值-  34.3     30.0    33.2    46.5   61.3

粒度分布

>2.50 0.1 0.0 0.1 0.0

1.25~2.50 3.8 94.7 96.7 94.7 97.3

1.00~1.25 65.3 4.71 2.30 4.4 2.0

<1.00 30.83 0.50 0.94 0.9 0.7

有效粒徑mm 0.60 1.44 1.48 1.44 1.49

均勻系數(shù)- 1.88 1.12 1.15 1.15 1.15

平均粒徑mm 1.068 1.585 1.652 1.618 1.668

從表中可以看出，就炭的吸附性能來說，A炭的碘值、亞甲蘭值、丁烷值、四氯化碳值、糖蜜值都高于柱狀炭，達(dá)到或接近國家優(yōu)級(jí)活性炭的標(biāo)準(zhǔn)，且單寧酸值也較低，反映出A炭的孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，微孔、中孔及大孔的比例合理；B炭的碘值、亞甲蘭值、丁烷值、四氯化碳值、糖蜜值是除破碎炭外最高的，單寧酸值也是最低的，反映出B炭活化過程控制較好，不僅具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，炭強(qiáng)度也很好；C炭的碘值、亞甲蘭值、丁烷值、四氯化碳值雖然不是很高，但糖蜜值卻很高，單寧酸值也很低，反映出該炭的孔隙結(jié)構(gòu)中，中孔和過渡孔所占比例高，微孔相對(duì)較少；D炭糖蜜值低，單寧酸值高，與

B、C炭差距明顯，顯示出D炭微孔所占比例高，中孔和過渡孔少，但微孔量少于B炭；E炭的碘值僅為860mg/g，只能滿足合格品的要求，且亞甲蘭值、丁烷值、四氯化碳值、糖蜜值都是最低的，單寧酸值也是較高的，反映出E炭的活化程度不高，孔隙結(jié)構(gòu)不發(fā)達(dá)，吸附性能較差。

從表中還可以看出，破碎炭的強(qiáng)度要普遍低于柱狀炭。破碎炭A的強(qiáng)度和摩擦系數(shù)均低于柱狀炭。D炭和B炭強(qiáng)度和摩擦系數(shù)相近，均高于E炭和C炭，顯示其機(jī)械性能良好。E炭和C炭機(jī)械性能一般。其余各項(xiàng)指標(biāo)，粒徑和粒度分布因?yàn)槲锢硇誀畹脑虿顒e明顯，破碎炭A的粒徑明顯小于柱狀炭，均一系數(shù)大于柱狀炭，在應(yīng)用中雖然效果好，但也帶來床層壓降大，床層膨脹小，造成炭量

損失和能量損失，影響了營運(yùn)成本。除此外，其余的各項(xiàng)指標(biāo)差別較小，均在國標(biāo)允許的范圍之內(nèi)。

( 2 )電鏡觀察試驗(yàn)

掃描電鏡和原子力顯微鏡是常用的兩種活性炭表觀物理性狀研究方法，試驗(yàn)中對(duì)五種活性炭進(jìn)行了電鏡觀察試驗(yàn)，所用電鏡型號(hào)為：

日本JEOL公司生產(chǎn)的JSM-5610LV型掃描電鏡和島津公司生產(chǎn)的SPM-9500J3原子力顯微鏡。

① 掃描電鏡

掃描電鏡全稱為掃描電子顯微鏡，利用掃描電鏡，可以直觀的分析出活性炭的成炭顆粒大小、顆粒結(jié)合程度、孔洞分布情況、粗糙

程度等物理特征。五種炭的掃描電鏡結(jié)果見下圖。

A炭 B炭 C炭

D炭 E炭

圖2五種活性炭掃描電鏡照片（×1000）

對(duì)比以上圖片，可以分析出五種不同活性炭的表觀物理特征，具體分析結(jié)果見下表。

表3五種活性炭的表觀特征

炭種表觀特征

A 成炭顆粒均在10um以下，炭粒細(xì)小均勻，其中以2-3um左右的炭粒占多數(shù)，炭粒間結(jié)合蓬松，炭表面粗糙，孔洞數(shù)量多，大孔、中孔、微孔分布廣泛

B 成炭顆粒較小，以5um左右炭粒居多，10um以上的炭粒亦可見，炭粒分布較均勻，炭粒間粘合緊密，表面粘合劑清晰可見，炭表面粗糙，孔洞數(shù)量較多，并且微孔、中孔、大孔的分布合理

C 成炭顆粒存在較多1um以下的炭粉，炭粒間粘合不緊密，表面粗糙，孔洞分布中1um以下的大孔和中孔數(shù)量多，微孔相對(duì)較低D 成炭顆粒絕大部分在10um以下，以5um左右炭粒為主，炭粒分布均勻。炭粒粘合非常緊密，表面粗糙度較低，大孔和中孔數(shù)量少E 成炭顆粒大小不均，10um以上的炭粒較多，并存在幾十um以上的大炭粒，炭粒間粘合不夠緊密，炭的孔洞數(shù)量少，吸附能力不強(qiáng)

② 原子力xx

與掃描電鏡不同的是，原子力顯微鏡可以定量的表征出活性炭表面高低起伏的性狀，從而能夠直接反應(yīng)活性炭表面粗糙程度，特別是在活性炭經(jīng)過長期運(yùn)行形成生物活性炭時(shí)，該方法可以微觀的顯示出活性炭表面性狀對(duì)生物生長的適用性，因此對(duì)評(píng)價(jià)活性炭的

性質(zhì)具有重要的作用。

下面是按照標(biāo)準(zhǔn)取樣方法，抽取的四種柱狀活性炭樣品進(jìn)行的原子力顯微鏡分析。針對(duì)四種炭表面的不同特點(diǎn)，選取了7x7um的微觀區(qū)域進(jìn)行了性狀分析。顯微鏡掃描照片是活性炭表面高度的三維立體圖，立體圖右邊是反映活性炭表面高度起伏變化的柱狀圖。

B炭 C炭

D炭 E炭

圖3四種炭原子力xx掃描照片

從圖中可以看出，B和C的表面存在有較多的凸起，尤其是C炭凸起的數(shù)量最多，凸起能夠增加炭表面的粗糙程度，使得兩炭的表面粗糙程度相對(duì)較高；D炭的表面雖然也有相類似的較高凸起，但該凸起長度達(dá)6um，且凸起物表面平滑，因此對(duì)炭表面粗糙度造成的影響較小，該炭的粗糙程度相對(duì)較低；與D炭相類似，E炭表面也是以高度大、體積大、表面光滑的凸起為主，因此炭表面粗糙

程度也低。

活性炭表面的粗糙度，特別是微觀凸起造成的粗糙度，對(duì)生物活性炭的形成過程有著重要影響。微生物在活性炭表面的生存和生物掛膜，主要的影響因素是：

活性炭的物理和化學(xué)吸附作用、微生物自身分泌黏液的粘附作用、活性炭作為固體濾料的攔截保護(hù)作用。

活性炭表面的粗糙度對(duì)以上三種作用都有重要影響，因此能影響到微生物的生長和生物膜的形成。根據(jù)以前生物活性炭技術(shù)的研究表明，應(yīng)用于微污染水源水處理的生物活性炭，由于水中有機(jī)物很低，屬于貧營養(yǎng)環(huán)境，因此生長在生物活性炭表面的微生物是以長1-3um的桿菌為主，而且所形成生物膜也是破裂分散的，可以認(rèn)為在活性炭表面所存在的1um以上凸起對(duì)微生物的生長是有益的。

凸起峰越多，則越有利于活性炭對(duì)水中有機(jī)物吸附，越有利于微生物的生長和微生物膜形成。

生物活性炭去除有機(jī)物的作用，在運(yùn)行初期是以活性炭吸附作用為主，但隨著運(yùn)行時(shí)間延長，微生物大量滋生并形成生物膜后，則微生物對(duì)有機(jī)物的生物吸附降解將起到主導(dǎo)作用。因此活性炭是否有利于微生物生長和生物膜的形成，在選擇活性炭種時(shí)重要的考

慮因素。從原子力顯微鏡的照片中看出，B和C存在較多的凸起峰，尤其以C炭最多，有利于微生物生長和生物膜的形成，因此可以預(yù)見在形成生物活性炭后，B和C會(huì)有較好的運(yùn)行效果。

( 3 )活性炭吸附能力評(píng)價(jià)

活性炭吸附能力評(píng)價(jià)試驗(yàn)，采用內(nèi)徑25mm，總?cè)莘e200ml的有機(jī)玻璃炭柱完成的，具體過程為：

炭樣體積100ml，經(jīng)煮沸后填充，進(jìn)水流量參照40～200L/min/m2，取100 L/min/m2,計(jì)算流量為50ml/min，每小時(shí)取樣檢測指標(biāo)為UV254，取樣點(diǎn)為進(jìn)水和各柱出水，繪制出活性炭隨時(shí)間變化吸附去除UV254的工作曲線。

利用活性炭吸附UV254的工作曲線，進(jìn)行分段積分，得出積分和INTE，然后利用公式，計(jì)算出單位重量活性炭吸附有機(jī)物的能力，完成活性炭工作能力的評(píng)價(jià)。

其計(jì)算公式如下：

說明：

EVA―每克活性炭的工作能力（以UV254×水量計(jì)），單位為l(UV254)/g。

INTE－工作曲線的分段積分和。

W－所取活性炭的重量，單位g。

下表是根據(jù)這種方法，對(duì)五種不同活性炭進(jìn)行檢測的結(jié)果。

表4五種活性炭EVA計(jì)算值

炭種 A B C D E

EVAl(UV254)/g）0.0733 0.0454 0.0455 0.0415 0.0397

排序1 4 3 5 6

由評(píng)價(jià)指標(biāo)EVA值，可以看出五種活性炭的工作能力，以炭A最好，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他幾種炭；炭F雖然工作能力仍比柱狀炭好，但與炭A相比差距明顯，只及炭A的89％。四種柱狀炭中，B和C最好，兩者工作能力非常相似，幾近相等， D與

B、C相比差距明顯，因此工作能力不強(qiáng)； E炭工作能力最差，而且是差距很明顯。從結(jié)果可以看出， EVA值計(jì)算結(jié)果與前面的試驗(yàn)結(jié)論是一致的，表明該值具有較高的準(zhǔn)確性。

( 4 )活性炭動(dòng)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)

活性炭的動(dòng)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)是在五個(gè)平行的有機(jī)玻璃凈水柱完成的，柱內(nèi)徑100mm，高3000mm。柱內(nèi)裝填承托層150mm,石英砂200mm，活性炭1500mm各柱運(yùn)行條件均相同，空床濾速4.5m/h，過水流量0.6l/min，接觸時(shí)間20min。運(yùn)行時(shí)上部進(jìn)水、下部出水，重力自流。活性炭柱共運(yùn)行6個(gè)月，其試驗(yàn)結(jié)果見下表：

表5五種活性炭凈水效果統(tǒng)計(jì)表

A B C D E

濁度降低值（NTU）最大值0.162 0.146 0.161 0.152 0.152

平均值0.084 0.069 0.066 0.058 0.059

最小值0.015－0.004－0.024－0.016－0.020

UV254去除率（％）最大值95.7 86.4 100 65.2 72.7

平均值59.4 48.1 56.6 39.7 40.2

最小值17.5 16.3 17.5 15.0 16.3

CODMn去除率（％）最大值74.2 64.7 71.2 56.6 64.2

平均值43.0 36.3 41.6 32.2 33.8

最小值18.7 15.3 17.3 11.9 13.0

從表中可以看出，破碎炭A在控制濁度方面表現(xiàn)出明顯的效果，在整個(gè)運(yùn)行過程中對(duì)濁度降低值較大；柱狀炭B和C對(duì)濁度的控制效果也較好，比D炭和E炭的效果明顯。從去除有機(jī)物方面來看，破碎炭A效果仍然最好，柱狀炭中C 炭的效果最好，與破碎炭A差別不大，這說明C炭對(duì)水源水質(zhì)適應(yīng)性較好，炭表面的微生物數(shù)量和活性較好；其次為B炭，D炭和E炭與上面三個(gè)炭差距明顯。

這個(gè)結(jié)果與其他試驗(yàn)結(jié)果也是相一致的。不論什么炭質(zhì)，活性炭對(duì)有機(jī)物都有較好的去除效果，對(duì)UV254的平均去除率在40％以上，對(duì)CODMn的平均去除率也在30％以上，并且一直都能將CODMn控制2.0mg/l以下，這顯示出活性炭對(duì)有機(jī)物吸附去除的高效性。

( 5 )最優(yōu)活性炭種的確定

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出，破碎炭A與柱狀炭相比，在降低濁度、去除有機(jī)物方面都表現(xiàn)出了顯著的效果，這與破碎炭的結(jié)構(gòu)特性有著直接的關(guān)系，但是此類破碎炭在生產(chǎn)上成本較高，水廠的購買成本相應(yīng)的也增高，而且由于其物理性能決定的，在水廠的實(shí)際運(yùn)行中，也帶來了床層壓降增大，床層膨脹減小，造成炭量損失和能量損失，對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行成本產(chǎn)生了重要影響，使得營運(yùn)成本顯著增加，因此在相同運(yùn)行效果的情況下，成本較高是制約其進(jìn)一步應(yīng)用的主要因素。與破碎炭A相比，柱狀炭B和C，特別是C炭，其實(shí)際運(yùn)行效果很好，與破碎炭A的效果差別不大，充分顯示了其對(duì)水源水質(zhì)的適應(yīng)性，其物理性能指標(biāo)均能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)，并且經(jīng)原子力顯微鏡試驗(yàn)，其對(duì)微生物適應(yīng)性很好，同時(shí)，柱狀炭的生產(chǎn)和經(jīng)營成本與破碎炭A相比又能大幅下降，因此針對(duì)水源水質(zhì)，C炭是推薦應(yīng)用的炭種。

4.活性炭主要性能指標(biāo)的確定

( 1 )活性炭性能指標(biāo)與動(dòng)態(tài)運(yùn)行效果相關(guān)分析

對(duì)活性炭性能指標(biāo)與活性炭動(dòng)態(tài)運(yùn)行效果，以相關(guān)系數(shù)表征兩者之間存在的聯(lián)系。下表列舉了不同性能指標(biāo)，和代表活性炭運(yùn)行效

果的濁度、UV

254、CODMn的相關(guān)系數(shù)計(jì)算結(jié)果。

表6活性炭性能指標(biāo)與活性炭運(yùn)行效果相關(guān)性計(jì)算結(jié)果

修正摩擦系數(shù)強(qiáng)度 pH值總灰分水溶物碘值亞甲蘭值

濁度降低-0.78095 -0.78516 -0.60115 -0.24919 0.201294 0.69197 0.547415UV254去除-0.90522 -0.74563 -0.58635 0.183611 0.398817 0.551863 0.301715CODMn去除-0.94309 -0.79101 -0.66295 0.322964 0.377961 0.42255 0.16634

續(xù)上表

四氯化碳丁烷值糖蜜值單寧酸值有效粒徑均勻系數(shù)平均粒徑

濁度降低0.554264 0.554648 0.945102 -0.65041 -0.8693 0.84727 -0.89189UV254去除0.545012 0.545107 0.890054 -0.76551 -0.62396 0.624792 -0.63306CODMn去除0.424794 0.424856 0.820696 -0.66772 -0.60459 0.6189 -0.60287從上表可以看出，對(duì)活性炭炭運(yùn)行效果影響最大的性能指標(biāo)為糖蜜值、修正摩擦系數(shù)、強(qiáng)度，其次有影響的指標(biāo)為單寧酸值、平均粒徑、有效粒徑、均勻系數(shù)、pH值、碘值、四氯化碳值和丁烷值。在這些指標(biāo)中，活性炭的物理機(jī)械性能是由其煤質(zhì)和生產(chǎn)工藝所決定的，因此實(shí)際生產(chǎn)中只能對(duì)粒徑和粒度分布進(jìn)行控制，滿足用戶需要，而摩擦系數(shù)、強(qiáng)度和pH值是與煤質(zhì)相關(guān)聯(lián)的，不便進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)控；而活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)是由生產(chǎn)中活化條件控制的，可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，因此對(duì)實(shí)際生產(chǎn)最有指導(dǎo)意義的活性炭指標(biāo)為糖蜜值和單寧酸值，這兩個(gè)指標(biāo)反映的是活性炭孔隙結(jié)構(gòu)中大孔和中孔的數(shù)量，是活性炭對(duì)水中天然大分子有機(jī)物適宜的量度。

由于在活性炭指標(biāo)之間也存在著相互影響，使得相關(guān)分析會(huì)存在著偏差，有時(shí)候會(huì)使主要因子的影響顯現(xiàn)不出來。下面進(jìn)行活性炭

運(yùn)行效果與性能指標(biāo)的協(xié)相關(guān)分析，用來解決這個(gè)問題。

( 2 )活性炭性能指標(biāo)與動(dòng)態(tài)運(yùn)行效果協(xié)相關(guān)分析

協(xié)相關(guān)分析的主要過程是，通過逐項(xiàng)剔除各個(gè)性能指標(biāo)影響后，計(jì)算的活性炭性能指標(biāo)和運(yùn)行效果的協(xié)相關(guān)系數(shù)，然后將計(jì)算結(jié)果，與初始的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算其改變量，從而考查各個(gè)性能指標(biāo)對(duì)運(yùn)行效果的影響程度。下表是協(xié)相關(guān)分析的最終結(jié)果。表7活性炭性能指標(biāo)與活性炭運(yùn)行效果協(xié)相關(guān)計(jì)算結(jié)果

活性炭性能指標(biāo)綜合位次濁度降低UV254去除 CODMn去除

改變量位次改變量位次

修正摩擦系數(shù)3 3.728819 9 9.008773 3 10.82644 1

強(qiáng)度2 4.677893 6 9.420259 2 9.957633 2

pH值8 2.518004 10 5.684937 5 6.51121 5

總灰分4 1.747506 13 1.816151 14 2.581235 14

水溶物2 1.566224 14 3.432379 11 3.022835 12

碘值7 6.513867 3 5.408567 8 4.869481 8

亞甲蘭值13 2.045423 12 2.284665 13 2.641608 13

四氯化碳值11 3.770127 8 3.066107 12 3.128214 11

丁烷值9 4.878036 5 4.154306 10 3.974821 10

糖蜜值1 7.390415 1 10.97783 1 9.923826 3

單寧酸值10 2.214169 11 5.281263 9 4.643596 9

有效粒徑6 4.951605 4 5.5594 6 5.440827 6

均勻系數(shù)4 3.962668 7 6.537102 4 6.692856 4

平均粒徑5 6.609574 2 5.494236 7 5.083132 7

從計(jì)算結(jié)果來看，在控制活性炭出水濁度降低方面，糖蜜值、平均粒徑、碘值、有效粒徑和丁烷值是主要的影響因素，與前一階段的結(jié)論不同的是，碘值和丁烷值的影響得到了體現(xiàn)；在去除以UV254和CODMn為代表的有機(jī)物方面，主要的影響因素為糖蜜值、pH值、均勻系數(shù)、修正摩擦系數(shù)和強(qiáng)度，與前一階段相比，pH值、有效粒徑的影響得到了強(qiáng)化。

( 3 )主要性能指標(biāo)推薦值

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果綜合考慮，可將活性炭的性能指標(biāo)分為三類：

首要控制指標(biāo)（即針對(duì)水源水質(zhì)特點(diǎn)的主要影響因素）、重要控制指標(biāo)

（即對(duì)實(shí)際運(yùn)行效果起重要作用的因素）和控制指標(biāo)（即對(duì)實(shí)際運(yùn)行效果影響較小的因素，只要能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)即可）。

① 首要控制指標(biāo)

糖蜜值和單寧酸值：

從試驗(yàn)結(jié)果來看，糖蜜值和單寧酸值對(duì)活性炭的實(shí)際運(yùn)行效果有著顯著的影響，因此選擇活性炭種時(shí)應(yīng)該嚴(yán)格控制。糖蜜值是以大分子量的焦糖作為吸附質(zhì)，活性炭作為吸附劑來測定的，它主要表征了活性炭對(duì)大分子有機(jī)物，特別是水源中的高分子量有機(jī)物的去除能力。由于焦糖分子量較大，因此難以進(jìn)入活性炭的微孔結(jié)構(gòu)中，只是被活性炭的大孔、中孔等吸附，因

此可以反映出活性炭孔隙結(jié)構(gòu)中大孔、中孔的比例。單寧酸（分子量為322）值表示吸附有機(jī)分子能力的指標(biāo)，它是在濃度一定的單寧酸溶液中，加入活性炭的量使單寧酸溶液濃度低于某個(gè)確定值所需要活性炭的量，因此，此值越低表示活性炭吸附性能越好。

如果只是從分子大小上看，單寧酸值應(yīng)該與亞甲蘭值的大小相似，反映活性炭吸附能力也應(yīng)該相似，但實(shí)際情況并非如此，單寧酸的性質(zhì)與天然有機(jī)物（NOM）中的代表物質(zhì)腐殖酸十分相近，活性炭對(duì)單寧酸的吸附特性與腐殖酸相類似，因此可以代表水中由腐爛植物所產(chǎn)生的有機(jī)物，表征活性炭對(duì)天然有機(jī)物的吸附能力。飲用水水源的地表水，其天然有機(jī)物的含量占有絕大部分比例，因此活性炭的大孔和中孔結(jié)構(gòu)是影響活性炭處理效果的主要因素。而糖蜜值和單寧酸值，兩指標(biāo)相互配合，能夠很好的判斷出活性炭孔隙結(jié)構(gòu)中大孔、中孔的比例，較好的反映出活性炭對(duì)天然大分子有機(jī)物的去除能力。但目前國家標(biāo)準(zhǔn)為對(duì)兩值未作明確規(guī)定，從性能指標(biāo)測定結(jié)果來看，運(yùn)行好的三種炭糖蜜值都在150以上，單寧酸值在50以下，因此綜合試驗(yàn)結(jié)果，建議糖蜜值標(biāo)準(zhǔn)定為為≥150，單寧酸值≤50。

強(qiáng)度和摩擦系數(shù)：

在飲用水的深度處理中，對(duì)炭后出水濁度控制很嚴(yán)格，即要求在砂濾池出水濁度的基礎(chǔ)上不再升高。因?yàn)樵诹罨钚蕴繉?shí)際應(yīng)用中，要考慮其在運(yùn)輸、反沖洗和再生時(shí)活性炭的破損情況，主要有三種力可使活性炭機(jī)械破裂而形成粉塵，造成出水濁度升高，即沖擊力、積壓力和磨損力，強(qiáng)度和摩擦系數(shù)便分別代表了沖擊積壓力和摩損力，反映出活性炭的耐破損能力，因此強(qiáng)度和摩擦系數(shù)作為選擇活性炭的首要控制指標(biāo)，要盡量選取高強(qiáng)度和摩擦系數(shù)的活性炭。如果強(qiáng)度低，則炭的結(jié)構(gòu)疏松，在反沖洗時(shí)，炭粒易脫落，由于微生物能附著在炭粒表面，會(huì)造成出水的生物安全性問題?；钚蕴康膹?qiáng)度和摩擦系數(shù)也直接影響到活性炭的使用壽命，國標(biāo)對(duì)兩值作出明確規(guī)定，但從幾種炭實(shí)際測定結(jié)果來看，將該強(qiáng)度定位值定為≥90％，摩擦系數(shù)≤90％是比較合適

的。

② 重要控制指標(biāo)

碘值：

從試驗(yàn)結(jié)果來看，它與活性炭運(yùn)行效果有關(guān)，但是相關(guān)性不太明顯。碘值與活性炭對(duì)小分子物質(zhì)的吸附能力密切相關(guān)?，F(xiàn)行

的活性炭檢測標(biāo)準(zhǔn)GB方法以及一些權(quán)威機(jī)構(gòu)（如AWWA）的方法中，均將活性炭樣品粉碎至能通過200目篩，這樣能將活性炭孔隙盡可能暴露出來，從而達(dá)到最大的碘吸附值。它可以用于估算活性炭的比表面積，和相對(duì)表征活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)。在實(shí)際應(yīng)用中，

對(duì)于以碘（分子量為254）為代表的分子量大約250左右、非極性和分子對(duì)稱的物質(zhì)來說，碘值可以表征活性炭對(duì)這部分物質(zhì)的吸附能力。碘值作為常用的活性炭質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)也是必須進(jìn)行控制的。綜合考慮將碘值設(shè)定為≥900mg/g。

xx值和四氯化碳值：

這兩值在活性炭對(duì)有機(jī)物去除效果也存在著相關(guān)性。丁烷值與四氯化碳值存在著很好的相關(guān)性，美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)中顯示：

四氯化碳活性＝2.57×丁烷活性，R2=0.934（均按照ASTM－D5228-92）。兩值可表征出活性炭樣品的微孔容積，是活性炭孔隙結(jié)構(gòu)的量度值，常表征活性炭的活化程度。兩值對(duì)表征活性炭對(duì)小分子量、非極性有機(jī)物去處能力，具有重要意義。在國家

標(biāo)準(zhǔn)中，沒有規(guī)定這兩值的大小。根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法的檢測結(jié)果，可將丁烷值標(biāo)準(zhǔn)定為≥20％，四氯化碳值定為≥60％。

有效粒徑、平均粒徑與均勻系數(shù)：

這三項(xiàng)指標(biāo)是活性炭物理性質(zhì)的重要表征，從試驗(yàn)結(jié)果來看，與實(shí)際的運(yùn)行效果均具有較好的相

關(guān)性，特別是對(duì)濁度的控制作用明顯。由于國家標(biāo)準(zhǔn)中未對(duì)此值作規(guī)定，綜合試驗(yàn)結(jié)果，推薦有效粒徑在1～1.5mm，平均粒徑在1.5~2.0mm，

在AWWA標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)均勻系數(shù)規(guī)定為≤2.1，考慮到實(shí)際的影響，將均勻系數(shù)設(shè)定為≤2.0。

pH值：

從試驗(yàn)結(jié)果來看，pH值也與實(shí)際運(yùn)行效果存在相關(guān)性。pH值是活性炭表面化學(xué)性質(zhì)的重要表征。在活性炭活化過程中，活性炭的基本結(jié)構(gòu)產(chǎn)生缺陷和不飽和價(jià)，使氧和其它雜原子吸著在這些缺陷上，因而使活性炭產(chǎn)生了各種各樣的吸附特性。對(duì)活性炭性質(zhì)產(chǎn)生重要影響的化學(xué)基團(tuán)主要是含氧官能團(tuán)（羧基、酸酐、脂基、羰基等）和含氮官能團(tuán)（氨基、酰亞胺等）。這些官能團(tuán)的存在使得活性炭表現(xiàn)出兩性性質(zhì)，甚至?xí)щ?。如果這些帶電基團(tuán)在活性炭表面分布均勻，那么在表面曲率不同的部位，電荷密度是不同的，微生物生長可能會(huì)選擇它能夠忍受的電場強(qiáng)度處“居住”。活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)對(duì)其吸附性能起到重要作用，表面酸性被認(rèn)為是控制吸附的重要因素，增加表面酸性，或者說增加極性的氧分子或含氧官能團(tuán)的數(shù)量可增加活性炭的表面極性，從而有

利于其對(duì)水分子的吸附。對(duì)水分子的吸附有可能因占據(jù)活性炭孔而降低了活性炭對(duì)疏水性化合物的吸附。NOM為中性條件下帶負(fù)電荷的有機(jī)物，如果活性炭的表面帶有中性條件下可水解的強(qiáng)堿性基團(tuán)的量大于羧基等強(qiáng)酸性基團(tuán)的量，也就是說pH大于7時(shí)，在中性的水體中活性炭表面就會(huì)帶有正電荷，這將有利于它對(duì)NOM的吸附。一般來說，較高的pH有利于活性炭對(duì)NOM的吸附，但不是越高越好，pH過高預(yù)示著活性炭表面存在較多的強(qiáng)堿性基團(tuán)，從而導(dǎo)致活性炭表面親水性增加，不利于對(duì)疏水性有機(jī)物的吸附。國標(biāo)

中規(guī)定活性炭pH在6～10，考慮pH值的重要作用，該值定在8～10是比較合適的。

③ 控制指標(biāo)

xx值：

亞甲蘭值與實(shí)際的運(yùn)行效果沒有多大關(guān)系。亞甲蘭值在表示活性炭液相吸附性能時(shí)，主要反映活性炭的脫色能力，一般

此值越高，表示活性炭吸附性能越好。相對(duì)應(yīng)的，對(duì)以亞甲蘭分子（分子量為374）為代表的分子量大約370左右、極性和線性結(jié)構(gòu)的顯色物質(zhì)來說，亞甲蘭值可以表征活性炭對(duì)此類物質(zhì)的吸附能力。亞甲蘭值與碘值相類似，也反映了活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)，特別

是微孔的數(shù)量。國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)該值進(jìn)行了規(guī)定，因此亞甲蘭值標(biāo)準(zhǔn)仍采用國家標(biāo)準(zhǔn)，定為≥180mg/g。

總灰分和xx物：

這兩值是活性炭中雜質(zhì)成分的表征，雖然試驗(yàn)結(jié)果顯示與出水效果沒有相關(guān)性，但是考慮到生產(chǎn)成本，也要進(jìn)行

控制。參考國家標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際的檢測結(jié)果，將總灰分定為≤10％，水溶物定為≤0.1％。

表觀密度和飄浮率：

表觀密度直接影響到購買成本，表觀密度越小，單位體積的質(zhì)量越低，成本越低，但是單位體積的去除有機(jī)物能力也必然降低，因此綜合考慮，參照國標(biāo)和AWWA標(biāo)準(zhǔn)，將該值定為≥400g/l。飄浮率能夠影響反沖洗過程中炭量的損失，因此也要進(jìn)行控制。國標(biāo)規(guī)定該值小于2％，因此采用國家標(biāo)準(zhǔn)，該值定為≤2.0％。

根據(jù)以上分析，活性炭主要性能指標(biāo)推薦值綜合起來見下表。

表8活性炭主要性能指標(biāo)推薦值

項(xiàng)目國家標(biāo)準(zhǔn)xx標(biāo)準(zhǔn)(AWWA)推薦值

吸附性能碘值(mg/g) ≥1050 ≥500 ≥900

亞甲蘭值(mg/g) ≥180 ≥180

糖蜜值≥150

單寧酸值≤50

xx值(wt%) ≥20

四氯化碳值(wt%) ≥60

化學(xué)性能 PH值6~10 8～10

機(jī)械性能xx摩擦系數(shù)(wt%) ≤90

強(qiáng)度(wt%) ≥85 ≥70 ≥90

有效粒徑(mm) 1～1.5

均勻系數(shù)≤2.1 ≤2.0

平均粒徑(mm) 1.5～2.0

經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)總灰分(wt%) ≤10 ≤10

xx物(wt%) ≤0.1

表觀密度(g/l) 380~500 >250 ≥400

漂浮率(wt%) ≤2 ≤2

5.結(jié)論

（1）根據(jù)各種活性炭性能評(píng)價(jià)方法的特點(diǎn)，可以建立完善的活性炭篩選方法，其主要過程為：

首先要根據(jù)活性炭生產(chǎn)的煤質(zhì)、地域和生產(chǎn)工藝等的不同，從國內(nèi)外的大型活性炭生產(chǎn)企業(yè)中選擇出備選炭種，然后從幾個(gè)方面著手，即活性炭性能指標(biāo)分析、電鏡微觀觀察、靜態(tài)吸附試驗(yàn)、吸附能力評(píng)價(jià)試驗(yàn)，以及活性炭動(dòng)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)等，從不同角度全面評(píng)價(jià)活性炭炭種的優(yōu)劣，篩選出一至兩

種活性炭種進(jìn)行工程應(yīng)用。

（2）利用活性炭篩選方法篩選出了適應(yīng)某市水質(zhì)特點(diǎn)的活性炭。在五種活性炭中，在相同的水質(zhì)和運(yùn)行條件下，破碎炭A出水效果最佳。但由于其物理性能，在長期運(yùn)行中可能會(huì)出現(xiàn)炭量損失和能量損失，造成營運(yùn)成本增加的現(xiàn)象?；钚蕴緾的出水效果與破碎炭相近，其物理性能指標(biāo)均能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)，并且經(jīng)原子力顯微鏡試驗(yàn)，其對(duì)微生物適應(yīng)性很好，因此認(rèn)為該炭種對(duì)于水源水

質(zhì)是最適合的。

（3）通過活性炭性能指標(biāo)和活性炭運(yùn)行效果的數(shù)學(xué)分析，確定了在飲用水處理中活性炭的主要性能指標(biāo)，包括首要控制指標(biāo)糖蜜值和單寧酸值、強(qiáng)度和摩擦系數(shù)，重要控制指標(biāo)碘值、丁烷值和四氯化碳值、有效粒徑、平均粒徑與均勻系數(shù)，控制指標(biāo)亞甲蘭值、

總灰分和水溶物、表觀密度和飄浮率，根據(jù)活性炭性能指標(biāo)檢測結(jié)果和實(shí)際運(yùn)行效果，對(duì)以上各項(xiàng)指標(biāo)確定了推薦值。

一、活性炭過濾原理 

   活性炭的吸附能力與水溫的高低、水質(zhì)的好壞等有一定關(guān)系。水溫越高，活性炭的吸附能力就越強(qiáng)；若水溫高達(dá)３０℃以上時(shí)，吸附能力達(dá)到極限，并有逐漸降低的可能。當(dāng)水質(zhì)呈酸性時(shí)，活性炭對(duì)陰離子物質(zhì)的吸附能力便相對(duì)減弱；當(dāng)水質(zhì)呈堿性時(shí)，活性炭對(duì)陽離子物質(zhì)的吸附能力減弱。所以，水質(zhì)的ＰＨ不穩(wěn)定，也會(huì)影響到活性炭的吸附能力?！　?nbsp;

    活性炭的吸附原理是：在其顆粒表面形成一層平衡的表面濃度，再把有機(jī)物質(zhì)雜質(zhì)吸附到活性炭顆粒內(nèi)，使用初期的吸附效果很高。但時(shí)間一長，活性炭的吸附能力會(huì)不同程度地減弱，吸附效果也隨之下降。如果水族箱中水質(zhì)混濁，水中有機(jī)物含量高，活性炭很快就會(huì)喪失過濾功能。所以，活性炭應(yīng)定期清洗或更換?！?/p>

    活性炭顆粒的大小對(duì)吸附能力也有影響。一般來說，活性炭顆粒越小，過濾面積就越大。所以，粉末狀的活性炭總面積最大，吸附效果最佳，但粉末狀的活性炭很容易隨水流入水族箱中，難以控制，很少采用。顆粒狀的活性炭因顆粒成形不易流動(dòng)，水中有機(jī)物等雜質(zhì)在活性炭過濾層中也不易阻塞，其吸附能力強(qiáng)，攜帶更換方便?！　?nbsp;

活性炭的吸附能力和與水接觸的時(shí)間成正比，接觸時(shí)間越長，過濾后的水質(zhì)越佳。注意：過濾的水應(yīng)緩慢地流出過濾層。新的活性炭在第一次使用前應(yīng)洗滌潔凈，否則有墨黑色水流出?；钚蕴吭谘b入過濾器前，應(yīng)在底部和頂部加鋪２～３厘米厚的海綿，作用是阻止藻類等大顆粒雜質(zhì)滲透進(jìn)去，活性炭使用２～３個(gè)月后，如果過濾效果下降就應(yīng)調(diào)換新的活性炭，海綿層也要定期更換。 

二、影響粒狀活性炭應(yīng)用的主要性質(zhì)  

     應(yīng)用粒狀活性炭，尤其大量應(yīng)用，最影響效果和成本的活性炭主要性質(zhì)是：吸附量；壓降或床層膨脹；抗磨性；大小、水分、灰分、pH值和可溶物。 　

     應(yīng)用較為大量的粒狀活性炭都裝在柱型設(shè)備中，就要講究壓降(壓頭損失)或床層膨脹，是設(shè)計(jì)炭柱的必要因素。壓降由微粒大小和大小分布所決定。床層膨脹由微粒大小、形狀和大小分布以及微粒密度所決定。 

     大量使用粒狀活性炭時(shí)，常加水以泵輸送和以運(yùn)輸帶脫水，因此要重視活性炭的損失量，講求活性炭的抗磨性。

三、評(píng)價(jià)活性炭的吸附能力 

      吸附分液相吸附和氣相吸附兩類，液相吸附能力常以吸附等溫線進(jìn)行評(píng)價(jià)，氣相吸附能力以溶劑蒸氣吸附量評(píng)價(jià)。

　　吸附等溫線表示一定溫度下吸附系統(tǒng)中被吸附物質(zhì)的分壓或濃度與吸附量之間的關(guān)系，即當(dāng)保持溫度不變，可測得平衡吸附量和分壓或濃度間的變化關(guān)系。以剩余濃度為橫軸，以活性炭單質(zhì)量的吸附量為縱軸可繪出關(guān)系曲線。

　　當(dāng)保持分壓或濃度不變，可測得平衡吸附量和溫度間的變化關(guān)系，繪出關(guān)系曲線，即吸附等壓線。由于在工業(yè)裝置中少量成分吸附大致在等溫狀態(tài)下進(jìn)行，所以吸附等溫線最為重要和常用。

　　溶劑蒸氣吸附量表示氣相吸附性能，可用顆?；钚蕴康乃穆然嘉铰实臏y定為例，在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，即規(guī)定的炭層高度、氣流比速、吸附溫度、測定管截面積、四氯化碳蒸氣濃度的條件下，持含有一定四氯化碳蒸氣濃度的混合空氣流不斷地通過活性炭，當(dāng)達(dá)到吸附飽和時(shí)，活性炭試樣所吸附的四氯化碳的質(zhì)量與試樣質(zhì)量之百分比作為四氯化碳的吸附率。

　　活性炭應(yīng)用中對(duì)于吸附能力，最好用實(shí)際擬用的活性炭、操作的條件、具體的處理物進(jìn)行評(píng)價(jià)測試。

　　活性炭的吸附量，即單位活性炭所吸附的吸附質(zhì)的量，工業(yè)上也有稱為活性炭的活性，活性有兩種表示方法：

　　靜活性-----即通常所指的吸附劑達(dá)到平衡的吸附量。

　　動(dòng)活性----是指流體混合物通過活性炭床層，其中吸附質(zhì)被吸附，經(jīng)一些時(shí)間的運(yùn)作，活性炭床層流出的流體中開始出現(xiàn)含有一定的吸附質(zhì)，說明活性炭床層失去吸附能力，此時(shí)活性炭上已吸附的吸附質(zhì)的量，就稱為活性炭的活性。是設(shè)計(jì)大量的、經(jīng)常的、重要的吸附系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)。

　　用液相等溫線法測定活性炭吸附能力的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用方法，可用于測定原始的和再活化的和粉狀活性炭的吸什能力。

四、活性炭比表面積和吸附能力的關(guān)系  

   一般來說活性炭的比表面積（BET）越大，吸附力也越大，但是有時(shí)候卻不一定。

　　BET是用氮?dú)饣蚨⊥榈奈椒椒y出活性炭總表面積的應(yīng)用參數(shù)。按理BET越大，吸附力就越大?？墒窃趯?shí)際應(yīng)用中這概念有局限性，因?yàn)榛钚蕴康目子写罂?、中孔和微孔的區(qū)別，有時(shí)僅有部分的孔適合于某類大小吸附物的進(jìn)入。

　　在液相應(yīng)用中，通常有機(jī)物的吸附值隨分子量（分子大小）的提高而提高。直到分子大到不能進(jìn)孔為止。最理想的活性炭是具有大量恰好稍大于吸附物分子的孔?？滋。轿镞M(jìn)不了；孔太大，使單位體積的表面積減少。

　　在氣相應(yīng)用中，小分子被吸附進(jìn)入微孔。這時(shí)總表面積的概念是合用的。至于活性炭對(duì)金屬絡(luò)合物的吸附，涉及化學(xué)鍵的形成，也不是BET越大越好。

五、活性炭在液相吸附中的應(yīng)用 

活性炭在液相中主要用于脫色精制，有時(shí)也用于捕集回收或分離。 

液體用活性炭進(jìn)行脫色精制時(shí)，除了脫色（即吸附除去在可見光波長內(nèi)具有吸光性的物質(zhì)）以外，同時(shí)還能夠除去在可見光波長以外具有吸光性的物質(zhì)，除去顏色的前軀物質(zhì)，除去有臭味的物質(zhì)或調(diào)整香味，除去臭味的前軀物質(zhì)，除去渾濁及可能導(dǎo)致渾濁的物質(zhì)，除去起泡性物質(zhì)，除去妨礙結(jié)晶的物質(zhì)，除去膠體物質(zhì)，除去對(duì)膠體有保護(hù)性的物質(zhì)，除去生理性有害物質(zhì)，以及除去促進(jìn)產(chǎn)品變質(zhì)的物質(zhì)等，具有多種綜合性的精制作用。 

液相擴(kuò)散速度比氣相小得多，為了在短時(shí)間內(nèi)獲得吸附效果，因此常常使用粒度很細(xì)小的粉末狀活性炭。但是，在處理量很大的場合，顆粒狀活性的用例不斷增加。因?yàn)槠洳僮鞣奖悖菀自偕?。?-6-4中列示了液相中使用活性炭的主要操作方式。

表3-6-4  液相中使用活性炭的主要操作方式。

六、活性炭在精制氣體中的應(yīng)用 

精制工業(yè)用原料氣體或工藝氣體 活性炭用于精制多種工業(yè)用原料氣體或工藝氣體，以除去它們中所含有的各種雜質(zhì)，提高純度和使用價(jià)值。表3-6-1中列示了用活性炭精制的一些氣體名稱以及要除去的雜質(zhì)成分。

表3-6-1  活性炭對(duì)原料氣體及工藝氣體的精制 

    由表3-6-1可見，用活性炭精制氣體是將小分子、低沸點(diǎn)氣體中的少量大分子、高沸點(diǎn)的氣體除去。

七、活性炭在液相吸附中的應(yīng)用 --水處理

    水處理 水處理是活性炭應(yīng)用廣，潛力最大的部門。飲用水的質(zhì)量直接關(guān)系人體健康；排水及廢水處理與否對(duì)地球水環(huán)境有重大影響。發(fā)達(dá)國家活性炭用量的50%以上與水處理有關(guān)；我對(duì)水質(zhì)重視程度也逐漸增加。

（1）處理上水（自來水）：上水用活性炭處理的目的是提高水質(zhì)，除去臭氣、臭味、腐殖質(zhì)、油類、農(nóng)藥、洗滌劑等對(duì)人體有害的物質(zhì)。

（2）處理生產(chǎn)用水：活性炭在處理各種生產(chǎn)用水中獲得廣泛應(yīng)用。如在釀造業(yè)、清涼飲料業(yè)及制冰業(yè)，使用活性炭除去地下水中的顏色、臭味、膠體物質(zhì)、洗滌劑、農(nóng)藥及其他有機(jī)物質(zhì)，或者除去自來水中的游離氯氣、臭味等；電力、化學(xué)等工業(yè)部門用活性炭處理鍋爐用水及鍋爐回流水的脫油；醫(yī)藥工業(yè)用活性炭除去水中的致熱源；電子工業(yè)使用活性炭制取超純水；海運(yùn)業(yè)使用活性炭制造飲用水；水族館中用活性炭除去自來水中的氯氣等。

此外，活性炭還用于保護(hù)離子交換樹脂，凈化工廠的循環(huán)用水等。

（3）處理生產(chǎn)廢水：各種生產(chǎn)過程中排出的廢水，含有不同的雜質(zhì)，但比較單純，易于進(jìn)行處理。因此，應(yīng)該處理以后再排放或者循環(huán)使用。

  （4）處理下水（污水）：下水是各種廢水匯集成的污水，成分極其復(fù)雜。進(jìn)行處理時(shí)，通常將凝聚沉淀法（物理法）、活性炭泥法（生物法）與活性炭吸附法配合使用，以提高處理效果，降低處理成本?；钚蕴刻幚硗ǔ：蜕锓ㄅ浜鲜褂?，或置于其后作為終級(jí)處理。經(jīng)過處理，可以除去顏色、農(nóng)藥、洗滌劑、臭味，以及BOD、COD、TOC等雜質(zhì)，作為工農(nóng)業(yè)用水而再次利用或排放。

八、活性炭對(duì)各種蒸氣之吸附能力 

九、活性炭對(duì)各種有機(jī)物質(zhì)之吸附容量 

十、不適合使用活性炭吸附處理的VOCs 

反應(yīng)性化合物 

有機(jī)酸、醛類、某些酮類、某些聚合物單體 

酚類 

二醇類、胺類 

高沸點(diǎn)物 

可塑劑、樹脂14以上之長鏈碳?xì)浠衔?/p>

十一、活性炭在液相吸附中的應(yīng)用 

其他液相精制 除了水處理以外，活性炭還在制糖、食品、釀造、醫(yī)藥、化工等許多部門的液相精制中具有廣泛的用途。表3-6-5中列舉了一些覺見的用例。

表3-6-5活性炭液相精制的用例

注：A：脫色；B：除去膠體物質(zhì)；C：提高結(jié)晶性；D：提高產(chǎn)品穩(wěn)定性；E：調(diào)整香料；F：脫臭；G：去除白土臭；H：提高純度和得率；I：除去起泡性物質(zhì)；J：再利用。

十二、氣相回收及捕集 

其他氣相成分的捕集或回收 活性炭除用于從空氣中回收有機(jī)溶劑以外，還廣泛地用于從其他氣相成分中捕集和回收各種有關(guān)物質(zhì)。表3-6-3中列舉了這方面的一些用例。 

表3-6-3  活性炭在其他氣相捕集或回收中的應(yīng)用 

下面以防止汽車中汽油揮發(fā)裝置為例，說明活性炭在捕集回收方面的具體應(yīng)用。該裝置的工作原理。汽車停止時(shí)，由于氣溫升高、太陽照射等原因，使油箱、化油器、氣缸等處汽油揮發(fā)。揮發(fā)出去的氣體通過裝置中的活性炭層（過濾器）吸附，防止擴(kuò)散到外界。當(dāng)汽車開支行駛時(shí)，通過吸氣管的負(fù)壓和排氣管的壓力，使壓力動(dòng)作閥動(dòng)作，讓濾氣器中一部分空氣經(jīng)過活性炭層以后再進(jìn)入吸氣管中。此時(shí)，活性炭層所吸附的汽油脫附，隨空氣進(jìn)入氣缸中燃燒；同時(shí)，活性炭獲得再生。這種裝置中只充填了幾百克顆粒狀活性炭，就不僅能防止汽油揮發(fā)到外界污染空氣，還能夠節(jié)約汽油，而且使用十分方便。

十三、分離氣體  

      利用活性炭對(duì)不同種類的氣體具有不一樣的吸附能力這一性質(zhì)，活性炭吸附法常用于分離氣體。
    用活性炭從天然氣中分離汽油組分時(shí)，初期，活性炭逐漸被包括甲烷等分子量小的烴類物質(zhì)在內(nèi)的組分所飽和，但是隨著吸附時(shí)間的延長，由于活性炭具有對(duì)分子量大的同族化合物吸附能力大的特性，所吸附的甲烷等低級(jí)烴類逐漸被分子量大的己烷、戊烷等置換出來。結(jié)果，活性炭中吸附保留的主要是汽油組分，而甲烷、乙 烷、丙烷之類分子量小的組分則穿過活性炭層，保存在氣相中，從而達(dá)到分離的目的。

    又如，利用壓力循環(huán)吸附法，可以使用活性炭將空氣中的氧氣和氮?dú)夥珠_；利用活性炭吸附法，能從煤氣中分離出苯，能從反應(yīng)產(chǎn)物中進(jìn)行同分異構(gòu)體的分離等等。

十四、活性炭應(yīng)用注意事項(xiàng) 

  　1、運(yùn)輸與裝卸： 活性炭在運(yùn)輸過程中，不得用鐵鉤拖拽，應(yīng)防止與堅(jiān)硬物質(zhì)混裝，不可強(qiáng)烈振動(dòng)、磨擦、踩、砸，嚴(yán)禁拋擲，應(yīng)輕裝輕卸，以減少炭粒破碎，影響使用。

    2、儲(chǔ)存：應(yīng)儲(chǔ)存于陰涼干燥處，防止內(nèi)外包裝袋破裂，防止受潮和吸附空氣中其它物質(zhì)，影響使用效果。嚴(yán)禁與有毒有害氣體或易揮發(fā)物質(zhì)混放，存放要遠(yuǎn)離污染源??

    3、嚴(yán)禁水浸： 活性炭屬于多孔性吸附類物質(zhì)，所以在運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用過程中，都要絕對(duì)防止水浸，因水浸后，水填充了活性孔隙，減少了活性炭比表面與氣體的直接接觸，嚴(yán)重影響使用效果。

    4、防止焦油類物質(zhì)： 在使用過程中，應(yīng)禁止焦油類粘稠物質(zhì)進(jìn)入活性炭床，以免堵塞活性炭孔隙或遮蓋了活性炭展開表面，使氣體不能與活性炭展開表面接觸，失去應(yīng)用效果，如氣體中含有此類物質(zhì)，應(yīng)在氣體進(jìn)入活性炭床前進(jìn)行清除（最好有除焦設(shè)備）以達(dá)到好的應(yīng)用效果。

    5、防火： 活性炭在儲(chǔ)存或運(yùn)輸時(shí)，防止與火源直接接觸，以防著火?；钚蕴吭偕鷷r(shí)避免進(jìn)氧并再生徹底，再生后必須用蒸氣冷卻降至800℃以下，否則溫度高，遇氧，活性 炭自燃。

    6、使用： 裝填時(shí)應(yīng)先篩去因搬運(yùn)產(chǎn)生的碎粒與粉塵。然后層層均勻鋪開，不得從進(jìn)料孔處直接倒入，以免使大小顆粒裝填不均，最終造成氣體偏流，影響使用效果。裝填結(jié)束，開車前應(yīng)先吹空，吹出活性炭表面粘附粉塵，避免開車后粉塵帶入后工段而影響正常生產(chǎn)。 

    7、安全需知： 濕的活性炭需要從空氣中除去氧，在安全密閉的容器內(nèi)氧的消耗會(huì)造成有毒的環(huán)境，假如工人進(jìn)到含有活性炭的容器內(nèi)適當(dāng)取樣或低含氧空間作業(yè)，應(yīng)遵守國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及作業(yè)規(guī)范。

十五、活性炭再生 

第一部分 化學(xué)品及企業(yè)標(biāo)識(shí)

化學(xué)品中文名稱：活性炭

英文名：Charcoa activated granular

第二部分 成分/組成信息

化學(xué)品名稱：活性炭

化學(xué)品分子式：C

組成成分：100%活性炭

CAS號(hào)：7440-44-0

第三部分 危險(xiǎn)性概述

危險(xiǎn)性類別：

侵入途徑：吸入、食入、經(jīng)皮吸收

健康危害：無資料

環(huán)境危害：

爆炸危險(xiǎn)：

第四部分  急救措施

皮膚接觸：用肥皂水洗掉即可，如有疼痛，及時(shí)就醫(yī)。

眼睛接觸：立即提起眼瞼，用大量流動(dòng)清水沖洗至少10分鐘。如有疼痛，就醫(yī)。

吸  入：  迅速轉(zhuǎn)移至空氣新鮮處，呼吸新鮮空氣；如有咳嗽或呼吸不適，及時(shí)就醫(yī)。

食  入：  讓受害者飲足量清水，如胃腸不適感加重，及時(shí)就醫(yī)。 

第五部分  消防措施

危險(xiǎn)特性：可燃，高濃度粉塵可引起爆炸。

有害燃燒產(chǎn)物：

滅火方法及滅火劑：十粉，泡沫，噴水，二氧化碳。

滅火注意事項(xiàng)：沒有配備花謝防護(hù)衣和供氧設(shè)備請(qǐng)不要呆在危險(xiǎn)區(qū)。 

第六部分  泄漏應(yīng)急處理

個(gè)人防護(hù)：避免產(chǎn)生和吸入其粉塵。當(dāng)粉塵濃度過高時(shí)，應(yīng)急處理人員須穿戴安全防護(hù)用具進(jìn)入現(xiàn)場。

環(huán)境保護(hù)措施：未經(jīng)處理不允許進(jìn)入排水系統(tǒng)。

清潔/吸收措施：采用安全的方法將泄漏物收集回收或運(yùn)至廢物處理場所處理，根據(jù)化學(xué)品性質(zhì)進(jìn)一步處置。 

第七部分  操作處置與儲(chǔ)存

操作注意事項(xiàng)：無特殊要求

儲(chǔ)存注意事項(xiàng)：干燥，密封。常溫儲(chǔ)存。 

第八部分  暴露控制/個(gè)體防護(hù)

工程控制：密閉操作，局部排風(fēng)。提供安全淋浴和洗眼設(shè)備。

呼吸系統(tǒng)防護(hù)：當(dāng)空氣中粉塵濃度過高時(shí)，建議佩戴過濾式防塵呼吸器。必要時(shí)，佩戴空氣呼吸器。

眼睛防護(hù)：呼吸系統(tǒng)防護(hù)中已作防護(hù)。

身體防護(hù)：穿方化學(xué)品工作服。

手防護(hù)：戴防化學(xué)品手套。

其他防護(hù)：工作畢，洗手。淋浴更衣。

第九部分 理化特性

外觀與形狀：黑色粒狀或粉狀、無味。

溶解性：水（20℃）不溶

顆粒尺寸：≤150m

PH值（50g/l  水溶液，20℃）： 6

升華點(diǎn)：3700℃

密度：散裝密度：250-350kg/m3

閃點(diǎn)：無資料

第十部分    穩(wěn)定性和反應(yīng)活性

穩(wěn)定性：穩(wěn)定

避免接觸條件：強(qiáng)加熱

禁忌物：強(qiáng)氧化劑

危險(xiǎn)分解產(chǎn)物：碳氧化合物

聚合危害：不發(fā)生

第十一部分 毒理學(xué)資料

活性炭無毒

急性毒性：無資料

其他資料：小心合理使用產(chǎn)品不會(huì)出現(xiàn)有害性。

第十二部分 生態(tài)學(xué)資料

生態(tài)效應(yīng)：無資料

其他生態(tài)數(shù)據(jù)：小心合理使用產(chǎn)品不會(huì)出現(xiàn)生態(tài)問題。

第十三部分    廢氣處置

廢氣方法：對(duì)化學(xué)品殘存物的處置沒有統(tǒng)一的國家法規(guī)，化學(xué)殘存物一般作特殊廢物。處置前應(yīng)參閱國家和地方有關(guān)法規(guī)。我們建議您聯(lián)系掌管的當(dāng)局或認(rèn)可的廢物處置公司，他們會(huì)建議您如何處置特殊廢物。

包裝物：處置前應(yīng)參閱國家和地方有關(guān)法規(guī)。用外埋污染物的方法來處理污染的包裝物。如過沒有特別規(guī)定，未受到污染的包裝物可作家庭廢物對(duì)待或再循環(huán)使用。

第十四部分 運(yùn)輸信息

危險(xiǎn)貨物編號(hào)：

包裝標(biāo)志：

包裝類別：

包裝方法：編織袋包裝或桶包裝，每包或桶為25公斤。