1.概述
由于水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的提高和受污染水源的不斷增加，水廠一般用常規(guī)凈水工藝難以將水中微量有毒、有 害物質(zhì)處理到符合安全、衛(wèi)生要求的生活飲用水水質(zhì)。活性炭常與某些常規(guī)凈水工藝適當(dāng)結(jié)合，作為一種理想的深度凈水手段，受到水處理工作者的高度重視。
活性炭主要有粉狀活性炭（PAC）和顆粒活性炭（GAC）兩種。主要吸附分子量在100-10000之間的 化合物。吸附成因包括有機(jī)物的疏液性和有機(jī)物對活性炭的親合性。這種親合性主要是電吸附、范得華引力等物理吸附和活性炭表面非結(jié)品部位不同官能團(tuán)對水中物質(zhì)的化學(xué)吸附。
2.粉狀活性炭（PAC）的應(yīng)用
歐洲于1909年正式開始利用奧斯特雷杰科專利制造粉狀活性炭。1929年美國新米爾福水廠首次用粉狀活性炭去除酚產(chǎn)生的嗅味。此后，活性炭吸附成為給水界用于去除 色、嗅、味和其它有機(jī)物的有效方法。
選擇粉狀活性炭投加點(diǎn)時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
⑴應(yīng)保證粉狀活性炭與全部處理水有良好的混合和接觸。
⑵有吸附去除有機(jī)物所需的充足時(shí)間。
⑶要盡量減少水處理中化學(xué)藥品（如混凝劑等）對粉狀活性炭吸附作用的干擾。
⑷處理后的水質(zhì)不能降低。
充足的接觸時(shí)間是十分重要的，各種有機(jī)物所需的接觸時(shí)間與各自分子的性質(zhì)和濃度有關(guān)。在沒有混凝與吸附競爭和礬花絮體干擾的情況下，對小分子，如二甲基苯酚（分子量= 122，濃度 =90mg/L ,炭的劑量250mg/L）與325#（粒徑44μm）顆粒充分混合，15分鐘可達(dá)吸附平衡。當(dāng)分子量增加，進(jìn)入粉狀活性炭孔稼的擴(kuò)散速度減小。例如，染料堿性蕊香紅（分子量=422），大約需5小時(shí)才能達(dá)到平衡，分子重1000的黃福酸箭17小時(shí)，分子量5000的腐植酸需二天時(shí)間，吸附動(dòng)力和平衡容錄取決于所使用的粉狀活性炭類型。假如不能提供充足的吸附時(shí)間，則需要增加粉狀活性炭的劑量來達(dá)到所需的去除效果。且吸附量與吸附速度都明顯優(yōu)于顆粒活性炭。
粉狀活性炭可采用干式投加和濕式投加兩種方法。一般干式投加采用干式投加機(jī)，濕式投加采用計(jì)量泵。在常規(guī)處理廠，粉狀活性炭的一般投加點(diǎn)是：水廠進(jìn)水口，快速混合處，濾池進(jìn)口。另外還可投加在快速混合前的連續(xù)泥漿反應(yīng)器里。在不存在礬花絮體條件下，粉狀活性炭可與水劇烈混合，獲得快速吸附的動(dòng)力。然后通過快速混合與礬花絮體結(jié)合，一起通過沉淀和過濾去除。下面表1列出了各投加點(diǎn)的優(yōu)缺點(diǎn)。
表1 粉狀活性炭不同投加點(diǎn)的優(yōu)缺點(diǎn)
| 投加點(diǎn) | 優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) |
| 進(jìn)水口 | 接觸時(shí)間長、混合好。 | 可能吸附凝聚作用去除的某些物質(zhì)，因此增加了炭的用量。 |
| 快速混合 | 在快速混合和絮凝作用下混合良好，接觸時(shí)間合理。 | 因?yàn)槟蹌┑母蓴_，可能降低了吸附作用，對某些污染物達(dá)到平衡狀態(tài)的接觸時(shí)間可能太短，與能被凝聚去除的某些分子可能出現(xiàn)競爭。 |
| 濾池進(jìn)水 | 粉狀活性炭有效地使用。 | 粉狀活性炭漏失，可能進(jìn)入清水池或配水系統(tǒng)。 |
| 在快速混合前泥漿反應(yīng)器 | 可設(shè)計(jì)接觸時(shí)間混合良好，與絮凝劑無干擾，在絮凝和沉淀期間有增加接觸時(shí)間的可能。 | 需要建新的池子和混合器，與能被凝聚去除的某些份子可能出現(xiàn)競爭。 |
3.粉狀活性炭的特色工藝研究
由于考慮經(jīng)濟(jì)因素，粉狀活性炭的投量受到限制，一般都要求低于15-30mg/L，這樣對于一些有機(jī)物的吸附效果不明顯。同時(shí)粉狀活性炭的吸附容量往往不能充分發(fā)揮。針對這一問題，在粉狀活性炭特色工藝開發(fā)方面已有了一些有益嘗試，開辟了粉狀活性炭代替GAC的前景。其特點(diǎn)是高濃度的炭液接觸和粉狀活性炭在工藝中停留時(shí)間的延長。
將粉狀活性炭投加到泥漣接觸澄清池中，由于粉狀活性炭與水接觸時(shí)間的延長，可以大大改善粉狀活性炭的吸附性能。 將粉狀活性炭累積在澄清的懸浮泥渣層中，可使PAC濃度高達(dá)3200mg/L。而且在這種條件下，粉狀活性炭與水接觸條件會(huì)更好。對吸附容量研究表明，粉狀活性炭停留時(shí)間在100小時(shí)以內(nèi)時(shí)，對氯仿的吸附性能無明顯降低。
日本玉川凈水廠采用把沉淀池一部分改建成大約能停留一小時(shí)左右的PAC接觸池工藝，使效果和經(jīng)濟(jì)性都得到了改善。
Adham在超濾池投加粉狀活性炭，回流運(yùn)行，可使粉狀活性炭濃度達(dá)600mg/L，從而使TOC去除率從10%以下提高到45%。同時(shí)充分利用了吸附容量。
同濟(jì)大學(xué)范現(xiàn)初教授課題組研究的粉狀活性炭與硅藻土聯(lián)用技術(shù)，也是將粉狀活性炭累積在硅藻土濾膜中，處理自來水，可使UV消光值降低70%以上，CODMN和TOC亦去除40%以上，取得很好效果。
德國威斯巴登水廠于八十年代將微小的樹脂球?yàn)V料表面涂覆粉狀活性炭外殼，當(dāng)吸附飽和時(shí)，進(jìn)行反沖，將粉狀活性炭從支承介質(zhì)上沖洗下來。以聚苯乙烯濾球?yàn)檫^泌介質(zhì)和粉狀活性炭的附著填料，研制了一種粉狀活性炭吸附與混凝過速相結(jié)合的裝置，可去除有機(jī)物60%以上，對溶解有機(jī)物的去除率穩(wěn)定在20%以上，對4-苯酚也有20%的去除率，對THMFP能去除50%-60%。
4.粉狀活性炭的吸附效能
4.1 去除斂嗅、味物質(zhì)
關(guān)國廣泛應(yīng)用粉狀活性炭控制嗅、味，產(chǎn)生性味問題的化合物，從強(qiáng)吸附性的低分子化合物如2.4二氯苯酚（2.4-DCP）到弱吸附性的高分子化合物如腐植物質(zhì)類型的某些化合物等有很大的不同。這就造成了粉狀活性炭吸附效率的很大差異。
4.2 去除農(nóng)藥和除草劑
水源中不斷發(fā)現(xiàn)在農(nóng)藥和除草劑正引起不少水處理工作者的重視。
美國飲用水標(biāo)準(zhǔn)中包括六種殺蟲劑，異狄氏劑、高丙體六六六、甲氧基氯、毒殺芬、2，4-D和2,4.5-TP（2.4.5-涕丙酸）。自1989年5月提出的新標(biāo)準(zhǔn)不包括異狄氏劑，但包括十一種補(bǔ)充殺蟲劑。
對粉狀活性炭去除地表水體中農(nóng)藥類物質(zhì)研究表明。粉狀活性炭對草不綠、卡巴呋喃、西瑪嗪、莠去津、利谷隆等用絮凝基本無法去除的親水性有機(jī)物有很強(qiáng)的吸附，并提出粉狀活性炭使用的經(jīng)濟(jì)條件：去除率要求不是很高（低于80%）而投炭量小于30mg/L時(shí)宜采用。
4.3合成有機(jī)物SOCs
合成有機(jī)化合物是制造工業(yè)的廣泛產(chǎn)物，其中某些產(chǎn)物對人類和動(dòng)物的健康是有害的。有時(shí)，這些化合物由于偶然的溢出、泄漏、傾倒、或浸入地下含水層污染了天然水源。
在路易斯安那州，新奧爾良對密西西比河中四種合成有機(jī)化合物粉狀活性炭吸附的試驗(yàn)室研究表明，采用常規(guī)處理工藝，并投加50和500mg/L的粉狀活性炭劑量去除1.2- 二氯乙烷、苯、甲苯。在研究期間原水中化合物濃度不斷變化，但從未超過1μg/L。數(shù)據(jù)表明：除非采用粉狀活性炭，否則不能去除。
4.4去除三鹵甲烷前質(zhì)
自從三鹵甲烷的飲用水水質(zhì)指標(biāo)在一些國家制定后，活性炭對THMS的吸附性能受到相當(dāng)?shù)闹匾暋?
THMS對人體健康有潛在的危害性，ROOK認(rèn)為這些化合物的形成是天然有機(jī)物質(zhì)與氯之間反應(yīng)的結(jié)果。有時(shí)可用總有機(jī)炭（TOC）的去除率來代表THMFP的減少。但是，因?yàn)橛袡C(jī)物的特性不同，所有水的TOC和THMFP之間沒有一定的相關(guān)關(guān)系。
4.5去除三鹵甲烷(THMS)
為了控制細(xì)菌及藻類在水處理廠中生長繁殖，在飲用水處理前有時(shí)進(jìn)行預(yù)氯化。在這種情況下，形成THMS的反應(yīng)發(fā)生在投加粉狀活性炭之前。這時(shí)投加，水中將含有剩余的THMFP、THMS和某些余氯。但是，氯和活性炭表面之間的氧化還原反應(yīng)，將導(dǎo)致活性炭對酚醛一類化合物吸附能力的降低，也將導(dǎo)致余氯的破壞。對其它化合物的吸附能力也有類似的下降。因此，投加粉狀活性炭對處理后水中THMS依度的影響，并不一定是由于對THMFP或THMS的吸附，而余氯濃度的減少會(huì)使THMS形成量減少。
5.結(jié)語
粉狀活性炭的主要優(yōu)點(diǎn)有：吸附速度快，費(fèi)用較低，而且可根據(jù)水質(zhì)決定是否選用粉狀活性炭或根據(jù)污染竊類型隨時(shí)更換炭種。隨著世界性的給水水源水質(zhì)惡化，粉狀活性炭在給水處理中的應(yīng)用將越來越廣泛，在控制污染，提高供水水質(zhì)方面發(fā)揮重要作用。