粉末活性炭在给水处理中的应用

粉末活性炭在给水处理中的使用已有70年左右的历史。

自从美国首次使用粉末活性炭去除氯酚产生的臭味以来，

该项吸附技术在水处理行业中的应用越来越广。

现在粉末活性炭在欧、美、日等发达国家给水处理中应用很普遍，美国在80年代初期每年用于水处理的粉末活性炭量达到近2.5万吨，且有逐年增加的趋势。我国60年代后期也开始注意被污染水源的除臭、除味问题，粉末活性炭在国内大城市如上海、哈尔滨、合肥、广州等的净水厂也逐渐得到了应用。 本文将结合我公司在粉末活性炭使用方面的心得体会，简单介绍一下粉末活性炭在净水厂中的应用问题。

1. 粉末活性炭简介

粉末活性炭（英文名称：Powdered Activated Carbon ，简称PAC ）外观为暗黑色，具有良好的吸附性能，化学稳定性好，可耐强酸强碱，能经受水浸、高温。比表面积高达1000~1500m2/g ，属于多孔性的疏水性吸附剂。

粉末活性炭对水中溶解的有机物如：三卤甲烷及前体物质、四氯化碳、苯类、酚类化学物有较强的吸附能力；对色度、异臭、异味、亚甲基蓝表面活性物质、除草剂、杀虫剂、农药、合成洗涤剂、合成染料、胺类化学物等也用较好的去除效果；对汞、铝、铁、镍、锌、钴等也有较强的吸附能力；但对氨氮的吸附去除率较低。

粉末活性炭的品种很多，主要是因为制造粉末活性炭的原材料很多，例如有：木材、椰壳、果壳、煤、焦碳、骨、石油残渣等。由于某些炭种在水中会析出有毒物质，故在水处理行业中主要使用的炭种有：木质、椰壳、煤质炭。由于不同的炭种活化工艺不同，造成活性炭的元素组成和表面非结晶部位及各种官能团的分布有所不同，这都直接影响到活性炭的吸附性能和不同有机物表面扩散速度。因此，粉末活性炭在给水处理中有一定的最优适用范围。对于不同的水质，不可能有统一的最佳炭种，只有在模拟静态选炭试验的基础上，同时考虑选用粉末活性炭的经济因素，才能选择合适炭种。例如我公司西村水厂、石门水厂抽取的原水分别来自珠江后航道和流溪河，水源水质较相似，经试验比较后，现使用的都是木质粉末活性炭。

粉末活性炭使用后单独分离、回收、再生较为困难，一般都随水厂的污泥一并处理。

2.1.投加方法

粉末活性炭的投加方法有干式投加和湿式投加两种，目前给水行业中常用的是湿式投加法，该方法粉末活性炭在给水处理中的

应用

是将粉末活性炭配置成悬乳液定量投加。悬乳液的重量百分比浓度采用5%左右为宜，浓度大了容易造成投加管道的堵塞和其他机械故障。

粉末活性碳投加的方法有两种，即干加法和湿加法。干加法投加采用射水器作为主要投加工具。湿加法则须要先将粉末活性碳配成一定浓度的碳浆，然后也用射水器投加。湿法投加用的碳浆可配成50％左右的浓度使用。长期使用粉末活性碳的水厂使用湿法投加较好，活性碳粉末不会随空气飞扬，操作环境较好。缺点就是要求设备稍多。如果每年使用的天数很少，且加注量变化又较大的话，可考虑干法投加。

为了发挥粉末活性碳的作用，要在投加后充分混合，同时要保证有三十分钟以上的接触时间。投加点的选择，也很重要。在选择投加点时要注意粉末活性碳不能和氯气在同一个位置投加，二者的投加点之间要有一定距离。和混凝剂也不能一起投加，因为混凝剂会降低活性碳的吸附能力。粉末活性碳的吸附能力还会随水温的变化而变化，因此在使用时要随时做些必要的实验，决定最合适的投加比例。

2.2.炭种、炭粉粒径的确定

目前国内评价活性炭大多采用碘值、亚甲蓝值等指标，但在工程实践上，我们不仅需要考虑粉末活性炭的总吸附比表面积（也就是碘值、亚甲蓝值等指标），还要判断粉末活性炭颗粒内部的孔径分布是否容易达到快速吸附，使用中粉末活性炭是否达到吸附平衡。一般认为活性炭的中等孔隙越发达越有利于吸附动力学平衡，根据经验，可以采用一些分子量较大的吸附质来衡量孔径分布。我公司曾采用刚果红（分子量697）试剂和富里酸（腐植酸）（分子量约1000）试剂作为吸附质进行试验（相比较碘分子量254，亚甲蓝分子量320），水中的天然有机污染物质主要是指腐植酸，其中分子量1000左右的称为富里酸。

在水厂投加粉末活性炭的生产过程中还涉及到炭粉粒径大小的问题，粒径大（目数小）的活性炭吸附的比表面积就小，吸附效果差一些；粒径小（目数大）的活性炭比表面积就大，吸附效果将好一些，但目数太大有可能穿透滤池，带来危害。

表1和表2是我公司采用目数分别为200目、250目、325目的木质和煤质粉末活性炭进行以刚果红、富里酸为吸附质的吸附试验数据，吸附时间统一为45分钟；水样在振荡器上进行混合，频率设定为180次/分钟；水样采用离心机分离，转速4000r/min，时间10分钟，最后分光光度方法测定浓度