第一节 活性炭吸附技术应用概况及发展趋势
一、活性炭吸附技术的发展沿革
1．活性炭吸附技术应用于水处理的概况
第一次世界大战期间，出现了装有活性炭的防毒面具，随后，活性炭技术得到发展并应用到空气净化和液相中污染物的吸附以及其他许多领域。20世纪30年代初期，已有液相吸附的炭滤器问世(如具湖、密执安、敦提等城市)，但是直到50年代末期也还没有得到广泛的应用。60年代以来，活性炭技术方面的研究和应用颇为广泛，活性炭吸附法在溶液回收、脱色脱臭、大气污染控制以及工业废水处理，城市下水处理等方面的应用在不断增加。20世纪80年代活性炭的主要用途，一是水处理、二是空气净化、三是回收烃类，总的来说是属于环境保护方面的。事实就是这样，随着有机污染物种类的增多，水体被污染的程度和范围愈来愈大，不得不严格控制其排放；同时，工业用水的增多和水资源的不足，都迫切需要将废水回收利用。因此，近年来人们已认识到活性炭吸附法作为高级净化(三级处理)应用于废水处理和吸附操作的实用价值。 就水处理而言，吸附法与其他处理方法相比，最大的特点是可以用来去除水中微生物、难于降解或用一般的氧化法不能分解的溶解性有机物。可用做吸附剂的材料很多，如活性炭、漂尘、活性白土、硅藻土、焦炭、木屑、煤、煤渣等。实践证明，活性炭是用于水和废水处理较为理想的一种吸附剂，研究活性炭用于水和废水处理已有数十年的历史。近20年来，由于活性炭的再生问题得到了较为满意的解决，同时，活性炭的制造成本也有了降低，活性炭吸附技术在国内外才逐渐推广使用，目前使用最多的是三级废水处理和给水除嗅。20世纪60年代初，欧美各国开始大量使用活性炭吸附法处理城市饮用水和工业废水，到目前已成为城市污水和工业废水深度处理以及污染水源净化的有效手段。我国20世纪60年代已将活性炭用于二硫化碳废水处理，自70年代初以来，粒状活性炭处理工业废水，不论在技术上，还是在应用范围和处理规模上都发展很快，在炼油废水、炸药废水、印染废水、化工废水、电镀废水等处理卜都已在生产上形成较大规模的应用，并取得了满意的效果。
2．活性炭在水和废水处理中的应用
活性炭有不同的形态(粒状、粉状、布、毡、成型体等)，目前在水处理上仍以粒状和粉状两种为主。粉状炭／n于间歇吸附，即按一定的比例，把粉状炭加到被处理的水中，混合均匀，藉沉淀或过滤将炭、水分离，这种方法也称为静态吸附。粒状炭用于连续吸附，被处理的水通过炭吸附床，使水得到净化，这种方法在形式上与固定床完全一样，也称为动态吸附。
能被活性炭吸附的物质很多，包括有机的或无机的，离子型的或非离子型的，此外，活性炭的表面还能起催化作用，所以可用于许多不同的场合。
活性炭对水中溶解性的有机物有很强的吸附能力，对去除水中绝大部分有机污染物质都
第77页 有效果，如酚和苯类化合物、石油及其产品(杀虫剂、杀菌剂、洗涤剂、合成染料、胺类化合物)以及其他许多的人工合成的有机物。水中有些有机污染物质难于用牛化或氧化法去除，但易被活性炭吸附。由于活性炭吸附处理的成本比其他一般处理方法要高，所以平水中有机物的浓度较高时，应采用其他较为经济的方法先将有机物的含量降低到一定程度再行处理。在废水处理中，通常是将活性炭吸附工艺放在生化处理的后面，称为活性炭三级废水处理，进一步减少废水中有机物的含量，去除那些微生物不易分解的污染物，使经过活性炭处理后的水能达到排放标准的要求，或使处理后的水能回到生产工艺中重复使用，达到生产用水封闭循环的目的。活忭炭吸附有机物的能力是十分大的，在三级废水处理中，每克活性炭吸附的(：OD可达到本身质量的百分之几十。在废水处理厂中增加了三级废水处理能使BOD的去除效果达到95％。活性炭以物理吸附的形式去除水中的有机物，吸附前后被吸附的性质并未变化，如果能采用适当的解吸方法，还能回收水中有价值的物质。
如果把粉状炭投入曝气设备中，炭粉与微生物形成了一种凝聚体，可使处理效果超过一般的二级尘物处理法，出水水质接近于三级处理。此外，还能使活性炭污泥变得缜密和结实，降低出水浑浊度，提高二级处理的水力负荷。粉状炭可以间断地加入，对于现有的二级处理厂可在不增加三级处理投资的情况下，提高处理效果。
活忭炭可用来去除水中浓度极低的污染物，故可用来去除自来水中的嗅味和微量有害物质。粒状活性炭(GAC)足去除水中有机物、嗅，特别是合成有机物(SOC)的有效手段，美国环保署(USEPA)饮用水标准的64项有机污染物指标中，有51项将GAC列为最可行的技术(BAT)。因此，进一步的研究应着眼于如何更有效地利用GAC。
有机物分子与炭表面间的化学作用有可能相当显著，甚至超过物理作用，这种相互作用是三个因子的函数：目标分子的分子结构、活性炭的表面化学性质、溶液化学性质。其中，下面几条值得注意。
①活性炭对相对分子质量在500以内的有机物去除率不高，这主要是因为这些小分子多是亲水性强的物质，如低分子的醇类、酮类、醛类、羧酸类、糖类以及低分子的脂肪类等都是难以被活性炭吸附的物质。同时，由于“空间位阻”，活性炭难以吸附高分子量的物质，如胶体、大分子腐殖质等。
②活忭炭对相对分子质量在500～1000范围内的有机物有较高的去除率，它们一般都是憎水性强的物质，如芳香溶剂类的苯、甲苯，硝基苯，氯化芳烃类的氯苯、氟萘、多氯联苯等，酚类，氯粉．多核芳香烃，胺类，农药，除草剂，合成洗涤剂，合成染料等。有些惮水性强、分子量较大的物质也可以被活性炭吸附，如石油及石油制品、分子量不太大的腐殖质等。
③活性炭对·FHMs(三卤甲烷)、HAAs(羟基酰胺)等“三致”物质有较好的去除能力，并月。具有较强的吸附选扦性和长效吸附性，因为活性炭对TOC吸附近饱和时仍能显著地去除水中Ames试验呈阳性的物质。
④活性炭的吸附性能随着运行时间延长而下降，所以活性炭吸附在水处理中可以作为传统处理过程的补充，放在其他处理单元之后，这样，既可以延长活性炭的运行周期，又利于发挥它对二致类活性物质的长期和有效的去除能力。在预氯化处理工艺中，应以HAAs的去除作为活性炭再生周期的主要依据，因为HAAs的致癌能力是THMs的22倍，且活忭炭对HAAs的去除率更高。
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