提要：概括介紹了國內(nèi)外活性炭水處理的發(fā)展和應(yīng)用情況、活性炭深度處理的機(jī)理及處理效果。針對(duì)當(dāng)前水源有機(jī)污染現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，論述了采用活性炭進(jìn)行飲用水深度處理的必要性，給出了顆�；钚蕴课�附池設(shè)計(jì)的參數(shù)及要求。

1 活性炭在國內(nèi)外飲用水深度處理中的應(yīng)用

1.1 國外活性炭水處理發(fā)展概要

由于活性炭對(duì)水中微量有機(jī)污染物具有優(yōu)良的吸附特性，早在20世紀(jì)20年代末30年代初國外就開始用粉狀活性炭去除水中的臭和味，1930年第一個(gè)使用顆�；钚蕴课�附池除臭的水廠建于美國費(fèi)城。在60年代末70年代初，由于煤質(zhì)顆粒炭的大生產(chǎn)和再生設(shè)備的問世，發(fā)達(dá)國家開展了利用活性炭吸附去除水中微量有機(jī)物的研究工作，對(duì)飲用水進(jìn)行深度處理。顆�；钚蕴績艋�裝置在美國、歐洲、日本等國陸續(xù)建成投產(chǎn)。國以地面水為水源的水廠已有90%以上采用了活性炭吸附工藝。目前世界上有成百座用顆粒炭吸附的水廠正在運(yùn)行。

國外目前在給水處理中常用的是降流式活性炭吸附池，據(jù)報(bào)道較大單池面積達(dá)180m²，單層炭層厚度為0.7~2.5m，空床接觸時(shí)間6~20min，大多數(shù)采用壓縮空氣和水聯(lián)合沖洗。

活性炭的使用方式有三種：

① 用顆粒活性炭替換部分砂濾料，成為炭砂雙層濾料濾池。采用這種方式凈化效果比單層好，可以減少反沖洗次數(shù)，降低反沖洗強(qiáng)度。目前在瑞士、日本、美國等都有采用。由于僅用活性炭替換部分砂層，可以迅速投產(chǎn)使用。但是這種方式換炭較困難一般只作為應(yīng)急措施采用。

瑞士的蘇黎世某水廠，有12個(gè)活性炭吸附池，每個(gè)池子面積為44m²，其池內(nèi)下層有粒徑為0.7~1.0mm的石英砂0.5m厚。上層為匹茲堡F400炭層1.2m厚，全年產(chǎn)水量4000萬m³。廠內(nèi)設(shè)有再生爐。

②用顆粒炭替換全部砂層，即活性炭吸附兼過濾。目前法國、美國、瑞典等國的水廠采用這種方式的活性炭吸附池也很多。

法國南希市水廠，處理能力10萬m³/d，采用0.9~1.0mm的顆�；钚蕴看�替砂炭層厚1.5m，主要用于去除水中的臭和味。美國西弗吉尼亞洲尼特羅水廠，處理能力2.66萬m³/d，采用單池面積72.3m²的顆�；钚蕴课�附池2個(gè)，炭層厚1.5m，流速9~10m/h，在氯仿抽提物濃度較高時(shí)（約1000μg/L），去除率可達(dá)84%~89%。

③在砂濾之后建獨(dú)立的活性炭吸附池。先經(jīng)砂濾、再經(jīng)炭吸附池，可以延長活性炭對(duì)去除殺蟲劑、酚有機(jī)物產(chǎn)生的臭與味的使用周期，有效地利用活性炭的吸附性能。特別是在原水中含鐵和錳時(shí)效果更為明顯。目前美國荷蘭、日本有不少水廠采用這種形式。

當(dāng)水源受到生活水污染時(shí),，水中有機(jī)物及氨濃度增加采用折點(diǎn)加氯法可能使出水中形成顯著的氯氦味，用顆�；钚蕴靠梢杂行У厝コ�氯氨味。

法國的一些水廠在混凝沉淀之前進(jìn)行折點(diǎn)加氯。采用顆�；钚蕴课�附池，既可除臭、除味和有機(jī)物，又可利用活性炭表面的微生物除氨，可以減少在水處理過程中形成新的有機(jī)氯化物。

采用顆�；钚蕴课�附池處理水時(shí)，一定要考慮失效炭的再生。從美國許多活性炭凈化水廠的運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn)可知，顆�；钚蕴课�附床的一次使用壽命一般為2~3年，有的更長些。由于在水廠內(nèi)建造再生爐，基建費(fèi)用較高，利用率低，在經(jīng)濟(jì)上不合算，因此活性炭再生由制造廠出租給水廠使用。日本采用顆粒活性炭吸附池的水廠，一般均設(shè)有再生爐。

國外顆�；钚蕴康膽�(yīng)用情況見表1。

表1 國外顆粒活性炭應(yīng)用情況

1.2國內(nèi)活性炭水處理的應(yīng)用

我國在20世紀(jì)60年代末期，開始利用活性炭去除受污染水源中的臭和味。1967年沈陽自來水公司用活性炭吸附去除由于工業(yè)廢水污染引起的地下水的臭味，取得了較好的效果。白銀地區(qū)把活性炭用于給水處理，規(guī)模為3萬m³/d，由蘭州市政工程設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，于1975年9月建成投產(chǎn)。該工程以黃河為水源，位于蘭州下游100km處，水源處于白銀地區(qū)的礦山、冶金、化工企業(yè)廢水排放口下游500m處，水源污染嚴(yán)重，石油汞、酚、硝基化合物等方面都超過了國家規(guī)定的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，這套活性炭裝置投產(chǎn)后水質(zhì)大有改善。

為了去除水庫水源的色、臭、味，80年代初北京市市政工程設(shè)計(jì)院在北京市第一座帶有深度處理的地面水水廠——田村山水廠進(jìn)行了炭吸附試驗(yàn)，而后又在城子水廠進(jìn)行輸炭試驗(yàn)及試驗(yàn)參數(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)。以驗(yàn)證參數(shù)為依據(jù)先后在北京建成規(guī)模為17萬m³/d的田村水廠炭吸附池，規(guī)模為50萬m³/d的北京市第九水廠一期工程炭吸附池，規(guī)模為4.32萬m³/d的城子水廠升流式炭吸附池和規(guī)模為5萬m³/d的長辛店水廠炭吸附池，規(guī)模為100萬m³/d的九廠二期、三期工程炭吸附池。實(shí)踐證明炭吸附對(duì)去除微污染原水中有機(jī)物質(zhì)、有毒物質(zhì)是有效的，與其它處理方法相比，工藝比較簡單，易上馬，經(jīng)濟(jì)可靠。在常規(guī)處理不能滿足飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，需要通過對(duì)深度處理工藝方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定是否采用活性炭吸附工藝，并針對(duì)原水水質(zhì)做現(xiàn)場(chǎng)炭柱試驗(yàn)，確定所采用的設(shè)計(jì)參數(shù)。1996年10月，北京市政設(shè)計(jì)院編制了院定標(biāo)準(zhǔn)《活性炭水處理技術(shù)規(guī)定》，現(xiàn)正編制顆�；钚蕴课�附池水處理設(shè)計(jì)規(guī)范。

國內(nèi)活性炭使用的規(guī)模、性能見表2。

表2 國內(nèi)用于水處理的顆�；钚蕴康男阅芗耙�(guī)格

國內(nèi)失效炭再生方面，在白銀地區(qū)飲用水深度處理工程中采用直接電流加熱再生爐構(gòu)造簡單操作方便、體積小、熱效率高，對(duì)于大型水廠的炭再生，因再生設(shè)施的基本建設(shè)費(fèi)用高用水、燃料耗電的經(jīng)常費(fèi)用也高，1t炭在廠內(nèi)自己再生比到廠外再生費(fèi)用高，經(jīng)濟(jì)上不合算，目前多數(shù)到再生專業(yè)廠再生。國內(nèi)活性炭的應(yīng)用情況見表3。

表3 國內(nèi)顆粒活性炭應(yīng)用情況

2 活性炭深度水處理機(jī)理及處理效果

活性炭是水處理中常用的一種吸附劑。在制造活性炭的活化階段，炭粒晶格間生成的空隙形成了各種形狀和大小不同的細(xì)孔其中大孔孔隙半徑100~10000nm，中孔孔隙半徑為2~100nm，小孔孔隙半徑＜2nm，大、中、小孔孔壁的總面積就是活性炭的總表面積，活性炭的強(qiáng)吸附性能主要就發(fā)生在這些孔的表面上�；钚蕴康奈�附量除與表面積有關(guān)外，還與細(xì)孔的形狀、分布及表面的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。一般情況，用于水處理的活性炭應(yīng)具有適當(dāng)比例的孔以去除水中分子量（或分子直徑）較大的吸附質(zhì)。活性炭表面具有微弱的極性，不僅可以去除水中的非極性吸附質(zhì)還可以去除極性吸附質(zhì)，甚至某些微量的金屬離子及其化合物。

天然水源所受到的污染，嚴(yán)重時(shí)造成水源的富營養(yǎng)化藻類的大量繁殖，使水源帶有色、臭、味�；� 性炭吸附是除色、臭、味有效的方法之一。

此外，活性炭用于由鐵、錳及植物分解產(chǎn)物或由于有機(jī)污染而使水體帶有的顏色的去除也是十分有效的。此外，用活性炭去除水中微量有機(jī)氯及其產(chǎn)生的異臭味也是較為有效的方法之一。