摘要：由于活性炭表面能大，來(lái)源廣，價(jià)格便宜，是普遍用到的吸附材料，基于這些優(yōu)點(diǎn)，活性炭吸附工藝也成為目前去除水中有機(jī)物的首選工藝。本文講述了活性炭作為固體吸附劑的性質(zhì)，同時(shí)也介紹了活性炭在水污染處理中的應(yīng)用和展望。
1 前言
任何表面都有自發(fā)降低表面能的傾向，由于固體表面難于收縮，所以只能靠降低界面張力的辦法來(lái)降低界面張力的方法來(lái)降低表面能，這也就是固體表面能產(chǎn)生吸附作用的根本原因。由于活性炭具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，對(duì)水中溶解的有機(jī)物，如苯類化合物、酚類化合物、石油及石油產(chǎn)品等具有較強(qiáng)的吸附能力，而且對(duì)用生物法及其他方法難以去除的有機(jī)物，如色度、異臭、表面活性物質(zhì)、除草劑、合成染料、胺類化合物以及許多人工合成的有機(jī)化合物都有較好的去除效果，因此活性炭吸附技術(shù)在水處理中已得到廣泛應(yīng)用。
2 活性炭的特點(diǎn)
活性炭是一種多孔性含炭物質(zhì)，具有發(fā)達(dá)的微孔構(gòu)造合巨大的比表面積。它包括許多種具有吸附能力的碳基物質(zhì)，能夠?qū)⒃S多化學(xué)物質(zhì)吸附在其表面上。活性炭早期用于制糖業(yè)，后來(lái)廣泛用于去除污水中的有機(jī)物合某些無(wú)機(jī)物。
2.1 活性炭的一般性質(zhì)
活性炭外觀為暗黑色，具有良好吸附性能，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可耐強(qiáng)酸及強(qiáng)堿，能經(jīng)受水浸、高溫，密度比水小，是多孔的疏水性吸附劑。
2.2 活性炭的作用機(jī)理
活性炭產(chǎn)生吸附的主要原因是固體表面上的原子力場(chǎng)不飽和，有表面能，因而可以吸附某些分子以降低表面能。固體從溶液中吸附溶質(zhì)分子后，溶液的濃度將降低，而被吸附的分子將在固體表面上濃聚。活性炭在制造過(guò)程中，其揮發(fā)性有機(jī)物被去除，晶格間生成了空隙，形成許多不同形狀、不同大小的細(xì)孔。通常活性炭顆粒中的孔隙占顆粒總體積的70%~80%。這些孔隙形狀多樣，孔徑分布范圍很廣，細(xì)孔壁的總表面積即比表面積一般高達(dá)500~1700平方米/克。這就是為什么活性炭吸附能力強(qiáng)、吸附容量大的主要原因。
活性炭的吸附特性不僅與細(xì)孔構(gòu)造和分布情況有關(guān)，而且還與活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。活性炭本身是非極性的，其含量及電荷隨原料組成、活化條件不同而異，低溫活化（<500℃）的碳可以生成表面酸性氧化物，水解后可以放出H+。由于活性炭表面有微弱的極性使其他極性溶質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)活性炭表面的活性位置，導(dǎo)致非極性溶質(zhì)吸附量的降低，而對(duì)水中某些金屬離子交換吸附或絡(luò)合反應(yīng)，提高了活性炭對(duì)金屬離子的吸附效果。
總之，在吸附過(guò)程中，真正決定吸附能力的是微孔結(jié)構(gòu)。全部比表面幾乎都是微孔構(gòu)成的。粗孔和過(guò)波孔分別起著粗、細(xì)吸附通道作用，它們的存在和分布在相當(dāng)程度上影響了吸附和脫附速。此外，活性炭吸附性質(zhì)還受活性炭表面化學(xué)性質(zhì)影響。
3 活性炭在水處理中的應(yīng)用
活性炭吸附工藝是目前去除水中有機(jī)物的首選工藝，由于原料來(lái)源豐富，表面積大致對(duì)色、嗅、味及其他有機(jī)物有良好的去除率。活性炭在水處理過(guò)程中的應(yīng)用日益廣泛。其中粉末活性炭，對(duì)除去水中藻細(xì)胞分泌物產(chǎn)生的低分子量DOC尤為有效，并能有效地去除水中的微囊藻毒素，在經(jīng)典的慢砂濾池后加上一個(gè)活性炭濾池可除去引起水臭味的有機(jī)物。如：土臭味素及2-甲基異冰片（MIB），有效地降低出水的臭味。但活性炭對(duì)危害較大的鹵代烴的吸附效果不太好。而且活性炭吸附后的再生問(wèn)題一直難以得到滿意的解決。目前，正在開(kāi)發(fā)新型吸附材料如活性炭纖維、多孔合成樹(shù)脂等。
3.1 活性炭在飲用水處理中的應(yīng)用
以顆粒活性炭為濾料的快速生物濾池通常用作第二級(jí)過(guò)濾，通過(guò)生長(zhǎng)在顆粒活性炭表面細(xì)菌的活動(dòng)，除去水中的BOM。這一處理過(guò)程又稱二級(jí)生物活性炭過(guò)濾，有文獻(xiàn)報(bào)道了這一過(guò)程的有效性，為減少費(fèi)用及便于在水廠中推廣，人們提出了“第一級(jí)砂——生物活性炭雙層濾池”的構(gòu)想。應(yīng)用生物濾池去除水中BOM有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)減少了細(xì)菌在供水系統(tǒng)中生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，可有效控制細(xì)菌的繁殖；
(2)減少了與消毒劑反應(yīng)的有機(jī)物的量，進(jìn)而減少了飲水處理所需的消毒劑的用量及穩(wěn)定了出廠水剩余消毒劑的含量。
(3)通過(guò)去除一些消毒副產(chǎn)物的有機(jī)前體物，減少了水廠水中消毒副產(chǎn)物的含量；
(4)將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)終產(chǎn)物；
(5)老化脫落的生物膜殘?jiān)^化學(xué)沉淀污泥易處理；
(6)生物處理法費(fèi)用較活性炭吸附法低。
3.2 活性炭在廢水處理過(guò)程中的除臭作用
活性炭吸附柱可以去除許多惡臭物質(zhì)。如乙醛、吲哚等惡臭成分是通過(guò)物理吸附而去除的，H2S和硫醇等則是在活性炭表面進(jìn)行氧化反應(yīng)而進(jìn)一步吸附去除的。活性炭對(duì)硫化氫以及含硫化合物的去除比較理想，單對(duì)氨或含氮化合物的去除并不理想。活性炭在達(dá)到飽和之前，其對(duì)惡臭物質(zhì)的去除率是保持相對(duì)穩(wěn)定且其受氣體負(fù)荷變化的沖擊影響比較小，因此適應(yīng)性比較廣泛，但是吸附劑不便頻繁再生，因而對(duì)被吸附氣體的濃度要求不能太高。
3.3 活性炭在處理印染廢水中的脫色能力
利用活性炭吸附作用處理成分復(fù)雜的染料生產(chǎn)廢水，具有良好的效果：
(1)厭氧預(yù)處理的出水經(jīng)混凝沉淀后，COD去除率為83%左右，脫色率達(dá)到99.3%，為后續(xù)的吸附創(chuàng)造了良好的條件。
(2)活性炭具有良好的吸附性能，本工藝的較佳吸附條件：pH=4，粉末活性炭用量為20g/L，吸附過(guò)程中需要攪拌，吸附時(shí)間為40min，吸附后出水的CODCr為150mg/L以下，達(dá)到了國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。
(3)用堿法洗脫和Fenton試劑氧化這兩種再生方法均可較好地恢復(fù)活性炭的吸附性能。對(duì)再生后的活性炭進(jìn)行吸附，CODCr去除率仍可達(dá)77%以上，脫色率可達(dá)97%以上。
4 活性炭吸附與其它水處理技術(shù)組合工藝的應(yīng)用及發(fā)展
4.1 高錳酸鉀——活性炭組合工藝
我國(guó)的一些水廠，在微污染水源處理中采用高錳酸鉀——活性炭聯(lián)用組合工藝，對(duì)降解有機(jī)物，提高去除嗅、色能力，效果顯著。同時(shí)這種組合工藝，對(duì)濁度降低，礬耗的節(jié)約也較顯著。
4.2 生物活性炭法
生物活性炭法是在活性炭吸附技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種水處理技術(shù)。生物活性炭法是將活性炭作為生物膜載體，利用活性炭的吸附作用和生物膜的降解作用，去除水中的污染物的一種新方法。
4.3 粉末活性炭——活性污泥工藝（PACT）
該法即將粉末活性炭投加到活性污泥曝氣池中，形成生物活性炭，利用吸附、降解協(xié)同作用去除有機(jī)污染物。由于生物活性炭固有的機(jī)理，可以去除活性污泥法難以去除的有機(jī)物，提高活性污泥的去除效率。另一方面，活性污泥具有穩(wěn)定、良好的壓密性，從而克服了污泥膨脹。因其在經(jīng)濟(jì)和處理效率方面的優(yōu)勢(shì)，已廣泛地應(yīng)用于工業(yè)廢水處理中。
5 結(jié)論
基于活性炭來(lái)源廣泛、表面能大、吸附能力強(qiáng)、容易循環(huán)利用等眾多優(yōu)點(diǎn)，活性炭吸附技術(shù)在污水處理方面已得到很好的發(fā)展，并在眾多方面得到廣泛的應(yīng)用。隨著人們對(duì)它的進(jìn)一步深入的研究，活性炭將會(huì)在各方面有更廣闊的發(fā)展和應(yīng)用空間。