活性炭的分類介紹以及在凈水器中的作用
活性炭是由椰殼、果殼等為原料，經(jīng)過(guò)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。
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(shù)脂、大孔陰樹(shù)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(guó)采用活性炭?jī)艋嬘盟?。我?guó)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?？梢哉f(shuō)，從凈水器誕生以來(lái)，活性炭一直與凈水器“形影不離”，難分難解。
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)，凈水器中常用的是椰殼炭或果殼炭。
(2)煤質(zhì)炭(由無(wú)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(kāi)始時(shí)出水中銀離子會(huì)超標(biāo)，而使用不長(zhǎng)時(shí)間就不再有銀溶出了。筆者曾經(jīng)就如何生產(chǎn)載銀活性炭問(wèn)過(guò)某活性炭生產(chǎn)廠廠長(zhǎng)，他說(shuō)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。我聽(tīng)完后就告訴他說(shuō)，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(kāi)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(zhǎng)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。
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?；钚蕴俊５聡?guó)世?？导懊绹?guó)愛(ài)惠浦就是采用的粉末活性炭。
(2)顆?；钚蕴?GAC)。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)。
(3)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(zhǎng)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，它的微孔比顆粒活性炭更多，比表面積更大(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。
(4)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(shù)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(wú)紡布。燒結(jié)活性炭濾芯兼有吸附和過(guò)濾(平均孔徑3～20µm)二種功能，但其過(guò)濾功能低于PP熔噴濾芯，吸附功能低于顆?；钚蕴繛V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(chóng)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?jī)羲?，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(méi)有這類擔(dān)心。
活性炭在活化過(guò)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(yíng)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)。
(2)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(guò)濾的出水加溴樹(shù)脂(溴代聚苯乙烯海因)過(guò)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(shù)脂，出水即無(wú)菌，出口到歐洲諸國(guó)很受歡迎。
3、活性炭吸附機(jī)理
(1)物理吸附：范德瓦爾力。活性炭通過(guò)物理吸附可去除水中的有機(jī)物、膠體等。
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孔分類 |
平均孔徑（nm） |
孔容積(mg/L) |
表面積/總表面積(%) |
吸附能力 |
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大孔 |
＞100 |
0.2～0.5 |
＜1 |
提供通道 |
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過(guò)渡孔 |
4～100 |
0.02～0.1 |
1～5 |
吸附大分子有機(jī)物 |
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微孔 |
＜4 |
0.15～0.9 |
＞95 |
主要吸附區(qū) |
2)化學(xué)吸附：化學(xué)反應(yīng)及催化作用?；钚蕴客ㄟ^(guò)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?jī)羲鞯膬羲Ч?/strong>
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：
(1)GB/T7701.4——1997《凈水用煤質(zhì)顆粒活性炭》
(2)GB/T13803.2——1999《凈水用木質(zhì)活性炭》
(3)DL/T582——2004《火力發(fā)電廠水處理用活性炭使用導(dǎo)則》
(4)LY/T1331——1999《凈水用載銀活性炭》
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(1)、(2)和林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(4)測(cè)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(cè)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(guò)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(lái)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(gòu)質(zhì)量好的活性炭，并抽查和檢測(cè)每批進(jìn)貨的活性炭，以防購(gòu)進(jìn)劣質(zhì)產(chǎn)品。
現(xiàn)在市場(chǎng)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(gòu)進(jìn)用戶已使用過(guò)并報(bào)廢的活性炭，再回爐處理一下，有的甚至放露天場(chǎng)院在太陽(yáng)下曬干后即充新品賣(mài)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(cè)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(méi)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(wàn)不要買(mǎi)太便宜的活性炭使用。活性炭?jī)羲髟诘竭_(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(guò)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(zhǎng)度/水在炭柱中的流速，增加炭柱長(zhǎng)度和活性炭用量，降低水的流速，都能延長(zhǎng)水和活性炭接觸時(shí)間，提高活性炭的凈水效果和出水水質(zhì)。
(1)對(duì)大型活性炭水質(zhì)處理器來(lái)說(shuō)，在機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T2932-1999《水處理設(shè)備 技術(shù)條件》中規(guī)定，以去除游離氯為目的，水在活性炭過(guò)濾器中的流速應(yīng)≤20m/h，出水水質(zhì)為殘余氯<0.1mg/L;以去除有機(jī)物為目的，水在活性炭過(guò)濾器中的流速應(yīng)≤10m/h，出水水質(zhì)為CODMn<2mg O2/L。在大型反滲透裝置的預(yù)處理中，余氯和有機(jī)物都應(yīng)去除，則取流速為10 m/h，如以活性炭濾層高1m計(jì)算，那么水和活性炭的接觸時(shí)間為0.1h，即6分鐘。
(2)對(duì)家用活性炭?jī)羲鱽?lái)說(shuō)，很難做到有這么長(zhǎng)的接觸時(shí)間。在城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJ3023-1993《活性炭?jī)羲鳌分?，沒(méi)有給出接觸時(shí)間或水流速等具體數(shù)據(jù)，但其5.2.1規(guī)定，活性炭過(guò)濾器過(guò)濾柱的有效高度與直徑之比采用2～6為宜，實(shí)際上也是增加炭柱高度，延長(zhǎng)水和活性炭接觸時(shí)間，防止水不與炭接觸而穿透。有些凈水器，采用多級(jí)活性炭濾芯，也是這個(gè)作用。總之，活性炭與水接觸時(shí)間越長(zhǎng)，吸附效果越好。
4、活性炭?jī)羲魇褂谜f(shuō)明書(shū)，應(yīng)告誡用戶，開(kāi)啟凈水器后，要放掉一部份水，把凈水器濾筒、管道中的積水排放掉，然后再接取新鮮過(guò)濾水使用。否則，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間浸泡，活性炭中細(xì)菌會(huì)大量繁殖超標(biāo)，亞硝酸鹽也可能增多，因此一定要把凈水器中的殘積水先放掉。
5、活性炭?jī)羲魇褂谜f(shuō)明書(shū)，應(yīng)告誡用戶，活性炭要勤換，一般半年就要更換。特別是南方以地面水為水源的自來(lái)水，水中膠體物質(zhì)多、有機(jī)物含量高，更要及時(shí)更換凈水器中的活性炭濾芯?；钚蕴课接袡C(jī)物飽和后，非但不能再起到吸附和凈水作用，反而會(huì)釋放出有害物質(zhì)，使凈水器成為“污水器”。
凈水器行業(yè)在發(fā)展，活性炭的技術(shù)也在發(fā)展，作為與凈水器結(jié)緣已久的“伴侶”，活性炭一直發(fā)揮著它應(yīng)有的作用，當(dāng)然，隨著技術(shù)的發(fā)展，我們也期待有更好的活性炭品種的出現(xiàn)，給我們的凈水器事業(yè)錦上添花。
