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�；钚蕴浚℅AC）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，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。
充足的接觸時間是十分重要的，各種有機(jī)物所需的接觸時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小時才能達(dá)到平衡，分子重1000的黃福酸箭17小時，分子量5000的腐植酸需二天時間，吸附動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�；钚蕴�。
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)計接觸時間混合良好，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更好。對吸附容量研究表明，粉狀活性炭停留時間在100小時以內(nèi)時，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，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)物對人類和動物的健康是有害的。有時，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。