吸附廢氣的活性炭更換周期及吸附量計算。有毒有害廢氣污染物量大的建議用其他處理方法

環保廢氣柱狀活性炭正確的更換步驟及要點提示

第一步：將空氣凈化系統的壓力降為零，關閉空氣凈化系統的進氣端和出氣端閥門，手動打開除油器下端的，將系統的壓力降為零。關閉閥門時，務必將閥 門關嚴；并且卸壓時， 一定要將系統壓力降 為0MPa。如果卸壓不徹底，將會對下一步驟工作造 成影響。  

第二步：打開法蘭蓋和放料口  將系統壓力降為零后，用對應的扳手擰開上、下法蘭蓋螺母，卸下法蘭（有手孔的可先卸上法蘭和手孔），把法蘭蓋上的螺栓依次擰出(上法蘭螺栓不必擰出，目的防止裝活性炭時活性炭掉入螺栓孔，不方便將活性炭清理出來，螺栓擰不到底，造成漏氣)，將卸下來的法蘭蓋和螺栓螺母放置好。打開蓋得同時，注意準備好盛放活性炭的裝置。

第三步：取出內部活性炭：用工業吸塵器或其它工具將活性炭從容器中取出。將取出的活性炭放置好，避免對車間地面造成污染。取出活性炭時，觀察 活性炭顆粒是否有油 漬，如有，應盡快對濾芯和空壓機進行保養。 

第四步：清理除油器內部表面：用榔頭敲除油器，將粘在除油器內壁的活性炭震落下來，再用干凈的布塊將除油器內壁清理干凈，必要時用肥皂水清理，然后用壓縮空氣吹干。如有銹跡之類的，務必將其清理干凈。檢查上下通氣頭是否完好；若通氣頭鋼絲網破損或者有大量的鐵銹，應徹底除銹后再更換50目鋼絲網；因為除銹不充分會造成壓差過大。

第五步：除上法蘭蓋外，將其 余孔蓋裝回位置  安裝下法蘭蓋（有手孔安裝手孔法蘭蓋），擰緊對應的螺栓和螺帽，留出上端法蘭口。 一定要將法蘭連接的部位擰緊，以免造成漏氣。若石棉墊破損，則需更換，否則容易造成漏氣。若現場沒有備用石棉墊，而石棉墊有破損，可以纏生料帶。  

第六步：裝填新的活性炭：按照預計的裝填量將新的活性炭倒入除油器中，敲除油器的腿或者其它部位將活性炭振填結實。在裝填過程中可用風扇吹去活性炭中的粉塵，安裝上法蘭蓋板；為了避免活性炭由于 沒裝填結實而導致粉 化，因此必須將活性 炭裝好。  若石棉墊破損，則需更換，否則容易造成漏氣。若現場沒有備用石棉墊，而石棉墊有破損，可以纏生料帶。

第七步：蓋上法蘭蓋：把上法蘭蓋蓋上，擰緊對應的螺栓和螺帽。法蘭連接的部位必須擰緊，以免造成漏氣。檢查氣密性：打開空氣凈化系統的進氣閥門，對除油器充壓至0.8MPa左右，然后用手感或者肥皂水對連接部位查漏。對于漏氣的部位，要重新擰緊并試漏。   

第八步：吹掃活性炭粉塵：使用前可用大量的壓縮空氣吹掃除油器，防止除油器內和活性炭粉塵進入吸附塔。多余裝填料保存 多余活性炭將其密封保存。清理現場 清理作業場地，將廢棄的東西清理干凈。

活性炭更換周期和吸附量的計算

案例1

活性炭的吸附量以及使用時間活性炭對不同的有機氣體其吸附能力(用S表示)是不一樣的，有以下表(參考《工業通風》，孫一堅主編第四版)：

按一個排污企業150mg/m3，風量在50000m3/h，一天工作時長15小時算，活性炭的平衡保持量取30%，1t活性炭達到飽合的時間為：

T(d)=m*S/C*10-6(kg/mg)*F*t(15h/d)

m：活性炭的質量，kg;

S：平衡保持量，%;

C:VOCs總濃度，mg/m3;

F:風量，m3/h。

則T=1000*0.3/150*10-6*50000*15=2.67d

也就是1t的活性炭在上述條件下，2.67天就達到飽合了。

案例2

方法一：

蜂窩活性炭比重：0.45g/cm3

1克/立方厘米=1000千克/立方米

參數：單套設備排風量：25000m3/h，廢氣總濃度為119.5mg/m3，運行8h/d

所采用蜂窩活性炭吸附的平衡保持量取75%計。

一塊蜂窩活性炭質量：0.1×0.1×0.1×450kg/m3=0.45kg

單套設備需要蜂窩活性炭量為：0.8×1.31×1.33÷0.001=1400塊×0.45=630kg

根據活性炭更換周期計算公式：

T=m×S÷C×10-6×Q×t

式中：

T—周期，單位天

M—活性炭的質量，單位kg

S—平衡保持量，%

10-6—系數

Q—風量，單位m3/h

T—運行時間，單位h/d

T1=630×0.75÷119.5×10-6×25000×8=7.91天

所以單套設備蜂窩炭更換周期為約8天方法二：

蜂窩炭1g能吸附600mg的有機廢氣

一塊蜂窩活性炭質量：0.1×0.1×0.1×450kg/m3=0.45kg

單套設備蜂窩炭重量

0.8×1.31×1.33÷0.001=1400塊×0.45=630kg

設備蜂窩炭的吸附能力為：

630kg=630000g

630000g×600mg=378000000mg

總過濾量為25000m3/h×119.5mg/m3=2987500mg/h

吸附滿周期T2

378000000mg÷2987500mg/h=126.52h

每天工作8小時算

T2=126.52h÷8=15.81天

因為T2>T1所以本項目活性炭更換周期為8—15天、建議10天一換

活性炭本身不屬于危廢 ，活性炭吸附廢氣、廢水后的廢活性炭需要看是否在《國家危險廢物名錄》（2016年版）中的危險固廢。如不在名錄里：需根據《危險廢物鑒別標準 毒性物質含量鑒別》中相關規定進行鑒別。若吸附的廢氣、廢水不屬于有毒有害物質、危險性物質的，不一定是危險固廢（純水制備的廢活性炭等）。

建議：有毒有害廢氣污染物量大的，請有其他處理方法。

因為活性炭吸附有毒有害后，就成為危險固廢，危廢處理成本高，而且到一定規模還要監控，另外還要18年要征收危廢1000元每噸。最重要的，每次環保督察都是重點。

                                                        六大常見的有機廢氣（VOCs）及處理技術

一、常見有機廢氣分類

       VOCs(Volatile organic compounds)即揮發性有機化合物，是一類常見的大氣污染物，產生于油漆生產、化纖行業、金屬涂裝、化學涂料、制鞋制革、膠合板制造、輪胎制造等行業。有害的揮發性有機化合物主要包括丙酮、甲苯、苯酚、二甲基苯胺、甲醛、正己烷、乙酸乙酯、乙醇等。

       工業企業中揮發性有機廢氣(VOCs)按產生來源劃分，主要有以下幾種：

       1. 噴漆廢氣：主要成分為丙酮、丁醇、二甲苯、甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯等揮發性有機化合物，主要產生于油漆噴涂等表面處理企業，常見的處理方法有油簾吸收、水簾吸收，再配合二三級的活性炭吸附等。

       2. 塑料、塑膠廢氣：主要成分為塑料、塑膠等粒子受熱加工過程中揮發出來的聚合物單體，因塑料、塑膠組成成分較為復雜，廢氣中主要含乙烯、丙烯、苯乙烯、丙烯晴和丁二烯等烯烴類塑料聚合物單體，但濃度普遍較低、風量大。涉及企業主要有塑料造粒企業、化纖生產企業、注塑企業、橡膠生產企業等，處理方法主要有活性炭吸收、等離子凈化等。

       3. 定型廢氣：主要成分為其主要成分為醛、酮、烴、脂肪酸、醇、酯、內酯、雜環化合物、芳香族化合物。涉及的企業主要為染整企業、化纖生產企業，通常采用水噴淋處理工藝和靜電吸附式處理工藝。

       4. 化工有機廢氣：主要由化工企業排放產生，廢氣成分同化工企業設計生產的化工產品種類有較大關系，普遍會采用冷凝回收及催化燃燒技術等凈化收集處理方法。

       5. 印刷廢氣：主要成分為油墨中揮發出來的甲苯、非甲烷類總烴、乙酸乙酯、乙醇等。涉及的企業主要為含有油墨印刷工序的企業，主要如包裝品、印花等公司，一般采用活性炭吸附。

二、常見VOC 有機廢氣凈化處理方法匯總

       優先選擇成本低、能耗少、無二次污染的廢氣凈化處理方法，充分利用廢氣的余熱，實現資源的循環利用。一般情況下，石化企業由于其生產活動的特殊性，排氣濃度高，多采用冷凝、吸收、燃燒等方法進行廢氣的凈化處理。而印刷等行業的排氣濃度低，多采用吸附、催化燃燒等方法進行廢氣凈化處理，       下面就這幾種方法進行簡單概述：

       1.冷凝回收法

       冷凝法就是將工業生產的廢氣直接引入到冷凝器中，經過吸附、吸收、解析、分離等環節的作用和反應，回收有價值的有機物，回收廢氣的余熱，凈化廢氣，使廢氣達到排放標準。當有機廢氣濃度高、溫度低、風量小時，可采用冷凝法進行凈化處理，一般應用于制藥、石化企業。通常還會在冷凝回收裝置后面再加裝一級或多級的其他有機廢氣凈化裝置，以做到達標排放。

       2.吸收法

       工業生產中多采用物理吸收法，就是將廢氣引入吸收液中進行吸收凈化，吸收液飽和后進行加熱、解析、冷凝等處理，回收余熱。在濃度低、溫度低、風量大的情況下可踩踏吸收法，但需要配備加熱解析回收裝置，投資額大。涉及油漆涂裝作業企業常用的油簾、水簾吸收漆霧的方法，即常見的有機廢氣吸收法。

       3.直接燃燒法

       直接燃燒法就是利用燃氣等輔助性材料將廢氣點燃，促使其中的有害物質在高溫燃燒下轉變成無害物質，該方法投資小，操作簡單，適用于濃度高、風量小的廢氣，但其安全技術要求較高。

       4.催化燃燒法

       催化然后就是將廢氣加熱經催化燃燒后轉變成無害的二氧化碳和水。該方法適用于溫度高、濃度高的有機廢氣凈化處理中，其具有燃燒溫度低、節能、凈化率高、占地面積少等優點，但投資較大。

       5.吸附法

       吸附法又可分成三種：

        1. 直接吸附法，利用活性炭對有機廢氣進行吸附凈化處理，凈化率可達95%以上，該方法設備簡單、投資少，但需要經常更換活性炭，頻繁的裝卸、更換等程序增加運行費用。

        2. 吸附-回收法。利用纖維活性炭吸附有機廢氣，使其在趨近飽和狀態下過熱蒸汽反吹，實現脫附再生。

        3. 新型吸附-催化燃燒法。該方法綜合吸附法與催化燃燒方法的優點，具有運行穩定、投資少、運行成本少、維修簡單等優點。其利用新型吸附材料對        有機廢氣進行吸附處理，使其在接近飽和狀態下在熱空氣的作用下吸附、解析、脫附，接著再將廢氣引入催化燃燒床進行無焰燃燒處理，實現廢氣的徹底凈化處理。該方法適用于濃度低、風力大的廢氣凈化處理中，是當前國內應用最多的一種廢氣凈化處理辦法。

       4.低溫等離子凈化法

       低溫等離子體是繼固態、液態、氣態之后的物質第四態，當外加電壓達到氣體的放電電壓時，氣體被擊穿，產生包括電子、各種離子、原子和自由基在內的混合體。

       放電過程中雖然電子溫度很高，但重粒子溫度很低，整個體系呈現低溫狀態，所以稱為低溫等離子體。低溫等離子體降解污染物是利用這些高能電子、自由基等活性粒子使污染物分子在極短的時間內發生分解，并發生后續的各種反應以達到降解污染物的目的。

       揮發性有機污染物(VOCs)傳統的處理方法如吸收、吸附、冷凝和燃燒等，對于低濃度的VOCs很難實現，而光催化降解VOCs 又存在催化劑容易失活的問題，利用低溫等離子體處理VOCs可以不受上述條件的限制，具有潛在的優勢。

       但由于等離子體是一門包含放電物理學、放電化學、化學反應工程學及真空技術等基礎學科之上的交叉學科。因此，目前能成熟的掌握該技術的單位非常少，大部分宣傳采用低溫等離子技術處理廢氣的宣傳都不是真正意義上的低溫等離子廢氣處理技術。

總結

       不同的有機廢氣成分、濃度適用不同的有機廢氣處理方式，目前綜合技術成熟性、經濟性以及設備維護等多方面因素，應用最為廣泛的還是活性炭吸附法。但是活性炭吸附法存在適用期限到后廢活性炭洗脫回收成本大、存在污染轉移等缺點，因此新型吸附-催化燃燒法已在技改中或新建項目中被普遍應用。

       而低溫等離子凈化法因其后期維護成本低等優點正受到越來越多企業的青睞，但也存在設備投資成本高等問題。相信隨著技術和工業的發展，低溫等離子凈化技術會越來越成熟，設備投資也會隨之下降，屆時將會得到普遍應用。

碘值

碘值是指活性炭在0.02N12/KL水溶液中吸附的碘的量。碘值與直徑大于10A的孔隙表面積相關聯,碘值可以理解為總孔容的一個指示其器。

糖蜜值

糖蜜值是測量活性炭在沸騰糖蜜溶液的相對脫色能力的方法。糖蜜值被解讀為孔直徑大于28A的表面積。因為糖蜜是多組分的混合物，必須嚴格按照說明測試本參數。糖蜜值是用活性炭標樣和要測試的活性炭的樣品處理糖蜜液，通過計算過濾物的光學密度的比率而得。

堆積重

堆積重是測量特定量炭的質量的方法。通過逐漸把活性炭添加一個有刻度圓桶內至100cc，并測量其質量。該值被用于計算填充特定吸附裝置所需活性炭數量。簡單地說，堆積重是活性炭每單位體積的重量。

顆粒密度

顆粒密度是每單位體積顆粒炭的重量，不包括顆粒以及大于0.1mm裂隙間的空間。顆粒密度是用水銀置換來測定的。

四氯化碳

四氯化碳值是總孔容的指示器，是用飽和的零攝氏度的CCI4氣流通過25度的炭床來測量的。在規定的時間間隔內，測量被吸附的CCI4的重量直到樣品的重量變化可以忽略不計為止。

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亞甲藍值是指1.0克炭與1.0 mg／升濃度的亞甲藍溶液達到平衡狀態時吸收的亞甲藍的毫克數。

硬度

硬度是測量活性炭機械強度的指標。重量的改變，用百分比表示。更確切地講，硬度值是指顆粒活性炭在RO-TAP儀器中對鋼球衰變運動的阻力。在炭與鋼球接觸過以后，通過利用篩子上的炭的重量來計算硬度值。

磨損值

磨損值是測量活性炭的耐磨阻力的指標。該實驗測量MPD的變化，通過百分比來表示。顆粒活性炭的磨損值說明顆粒在處理過程中降低顆粒的阻力。它是通過在RO_TAP機器中將炭樣品和鋼球接觸，測定最終的顆粒平均直徑與原始顆粒的平均直徑的比率來計算的。丁烷值

丁烷值是飽和空氣與丁烷在特溫度和特定的壓力下通過炭床后，每單位重量的活性炭吸附的丁烷的量。

灰分

活性炭中包含無機物，通常是鋁和硅。灰分是研磨成粉狀的碳在954攝氏度時燃燒3個小時的剩余殘渣。從技術角度看，灰分是活性炭礦物氧化物的組分。通常定義為在一定量的樣品被氧化后的重量百分比。

水分

水分是測量碳所含水的多少。用Dean-Stark trap和冷凝器，在二甲苯溶液中煮沸活性炭來測量水分。為了測試水分，水被冷凝和截留在待測定臂狀容器內。活性炭的水含量也可以通過在150攝氏度下烘干3小時后活性炭重量上改變來測定。水分是活性炭中被吸附的水的重量的百分比。

對于不同用途的活性炭，時常用不同的物質和方法來檢驗它的吸附性能，如亞甲基藍吸附值、碘吸附值、焦糖吸附值、硫酸奎寧吸附值等。其中亞甲基藍吸附值是最常用的。亞甲基藍是一種深藍色染料，對它的吸附量反映了活性炭吸附小分子物質的能力；具有大量微孔的活性炭，此值較高。焦糖吸附值(或稱焦糖脫色率、或糖蜜吸附率)是反映活性炭對具有較高分子量的有色物質的吸附性能，性能良好的活性炭，此值達到100～110。

國內外制造的活性炭，都有一類稱為“糖用活性炭”的產品，它可用于糖廠，也可以用在其他類似的行業，如葡萄糖溶液及味精溶液的精制脫色等。它的主要特點是具有較多的中孔，因而適于處理含有較多大分子有機物的溶液。這種活性炭的焦糖吸附值比較高。

我國“糖液脫色用活性炭”的國家標準(GB/T13803.3－1999)規定，活性炭產品分為優級品、一級品和二級品三種。其水分都低于10％；焦糖脫色率分別高于

100、90和80，灰分分別低于3％、4％和5％(用磷酸法生產的活性炭可在7％～9％，不分等級)，酸溶物分別低于1％、

1.5％和2％，還有鐵含量和氯含量的規定。它們的pH值都在3～5之間。

活性炭的比表面積(BET)反映了每一克活性炭的總表面積的數值m2。它是用氮氣或丁烷吸附法測出的。此值越大，活性炭的微孔越多，能夠吸附更多的小分子物質。對于同一類的有機物，分子量較大者，被吸附較強；但這以它的分子能夠進入活性炭的吸附孔為前提。當需要吸附的物質的分子量較高、分子尺寸較大時，就要選用有較多中孔的活性炭。最理想的活性炭是具有大量恰好稍大于吸附物分子的孔道，如果孔道過大，總表面積就減少。分子量在300～1000之間的物質，相應的吸附孔徑在0.5～4 nm之間。

活性炭具有芳香環式的結構，善于吸附芳香族有機物(糖汁中的有色物大部分屬于這類)，并善于吸附含有三個碳原子以上的其他有機物。它對不帶電物質的吸附力較強，而對帶電物質(如陰離子)的吸附較弱。對后者的吸附與溶液pH值有關：

在酸性溶液中吸附較強，堿性溶液中較弱。因為弱酸性物質在低pH下帶電較少以至不帶電，較易被吸附；高pH下電荷較強，不利于吸附。為避免蔗糖轉化，糖液用活性炭處理一般在中性下進行。活性炭對無機離子的吸附作用很弱，但用磷酸作活化劑的活性炭，及經過適當羧基化處理的活性炭，也能吸附少量的金屬離子。

活性炭的吸附作用和溫度有關。對于多數的物理吸附作用，在低溫下能夠達到較大的吸附量，但吸附的速度較慢。在糖廠使用的多數情況下，活性炭和糖液接觸的時間不長，故要求吸附進行得較快，就常用較高的溫度，例如70～85℃。在這個溫度下，一般經過15～30分鐘(主要決定于糖液濃度)，活性炭的吸附作用就接近其最大值。

活性炭的脫色效果與它的品種和處理的具體條件有極大的關系。在生產應用前要先通過實驗室試驗，選擇適宜的活性炭品種和適當的使用方法與技術條件。

粉狀活性炭的粒子大小是不均勻的，有些很微細的粒子可能穿過濾布。因此要選用適當的過濾方法，必要時可以并用助濾劑如硅藻土，將它們和活性炭加入糖液中攪拌適當時間后過濾。

過濾機中形成的活性炭濾餅，可以調制成粉漿后加入深色的糖液中再用一次。

顆粒活性炭通常采用固定床吸附方式，即將顆粒活性炭裝入圓筒形吸附柱中，糖液從上而下連續通過，與大量活性炭接觸，在底部出口處達到很高的脫色率。這種方法利于充分發揮活性炭的效能。近年又開發了新的連續的移動床系統。活性炭的再生一般是在洗糖后放入再生爐中高溫加熱，將吸附的有機物分解，亦可以用堿處理再生。

飲用水處理中活性炭種類選擇的方法探討

飲用水處理中活性炭種類選擇的方法探討

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摘要：

本文通過分析常用的幾種活性炭評價方法特點，綜合各個方法的利弊，提出了選擇飲用水中活性炭的具體方案，根據該方案篩選出了適應某市水質條件的活性炭種類。并運用通過活性炭性能指標和活性炭運行效果的數學分析，確定了在飲用水處理中活性

炭的主要性能指標及其推薦值，供各水廠在選用活性炭時參考。

關鍵詞：

飲用水；活性炭；炭種選擇；評價方法

近年來，隨著飲用水水源污染的日益嚴重，為了克服常規工藝的不足，滿足不斷提高的飲用水水質標準的要求，在常規處理的基礎上，進一步推廣應用以活性炭技術為核心的飲用水深度處理工藝，越來越有必要。但是在飲用水處理中使用的活性炭，因為品種繁多,性能不一,用途各異，價格昂貴,而所處理水質各不相同，這就使得許多水廠在選用活性炭上存在盲目性，可能會因選型不適而出現活性炭使用周期縮短，更換頻繁，經濟費用巨大的現象[2]，所以用于飲用水處理的活性炭的選定,就顯得尤為重要。

在活性炭選擇中，重要的是如何對活性炭性能進行全面而準確的評價，從而選擇出適用水源水質的活性炭。目前各類表征活性炭性能的方式有很多，例如活性炭性能指標，活性炭表面的性狀分析，活性炭靜態吸附和動態吸附試驗（柱子試驗）等等。本文分析了常見的幾種活性炭性能評價方法的特點，提出了聯合應用幾種方法，從不同角度對活性炭性能進行全面評價的活性炭選擇方案。根據該選炭方案，針對某市的水源特點，確定了適合水源水質的活性炭種類。并根據試驗結果，運用數學分析手段，確定了影響活性

炭應用的主要性能指標及其推薦值，以供各水廠在選用活性炭時參考。

1.活性炭篩選方案確定

在水處理中，評價活性炭各種性能的方法有很多，常用評價方法的主要特征，見下表。

表1常用活性炭評價方法的主要特征

評價方法表征對象主要特點

性能指標活性炭各種特定性能活性炭性能指標種類較多，各單項指標檢測可實現規范化、標準化，但各單項指標由于針對性不同，因此依靠其選擇時經常與實際使用效果有很大出入

表面性狀分析化學分析表面化學特征根據活性炭表面各種官能團的組成和含量，推測活性炭對有機物的吸附特征，分析方法復雜，對官能團的精確分析十分困難

物理分析（電鏡）表面物理特征簡單易行，可直觀、定性或定量的分析活性炭表面特征，確定活性炭性能的優劣，實現快速、準

確選用活性炭的目的

靜態吸附試驗活性炭吸附能力簡單、速度快、試驗費用低廉、應用范圍廣，但是其針對性也較差，與實際運行效果常有較大差別吸附能力評價活性炭吸附能力該方法較為簡單，時間消耗短，針對性強，可實現動態試驗的指標化，且具有一定準確性動態吸附試驗全面評價活性炭凈水性能真實反映活性炭在實際應用的效果和使用壽命，實現了選擇即有效又經濟活性炭種類的目的，但是試驗所需時間長，工作量大，因此不能廣泛應用，只在較大型工程時應用該方法綜合評價指標全面評價活性炭各種性能能夠包含影響活性炭實際使用效果的多種因素，實現對活性炭全面而定量的評價，但影響

因素和條件多種多樣，實現十分困難

活性炭的各種性能評價方法只是從不同的方面對活性炭的性能進行了表征，都各具有局限性，因此可以綜合以上幾種方法，建立完善的活性炭篩選方法，其主要過程為：

首先要根據活性炭生產的煤質、地域和生產工藝等的不同，從國內外的大型活性炭生產企業中選擇出備選炭種，然后從幾個方面著手，即活性炭性能指標分析、電鏡微觀觀察、靜態吸附試驗、吸附能力評價試驗，以及活性

炭動態運行試驗等，從不同的角度全面評價活性炭炭種的優劣，從而篩選出一至兩種活性炭種進行工程應用。具體見下圖1。

生產分析控制

煤質

微觀表面性狀

地域服務

動態吸附量化

生產工藝相似實際運行

指導分析確定

圖1活性炭篩選方案

活性炭選擇的重點，是從不同角度對備選炭種的性能進行全面的評價，其中活性炭性能指標分析試驗，主要是從活性炭實際生產角度出發，選取影響粒狀活性炭效果和成本的主要性質，尤其是大量應用時的主要指標進行試驗對比，以指導活性炭實際生產中的分析和控制；電鏡微觀觀察試驗，主要是從微觀角度，分析研究活性炭作為吸附劑和微生物載體的固體表面性狀；吸附能力評價試驗，

主要是將活性炭的動態試驗過程進行相似化，實現對動態吸附過程的指標化，從而評價活性炭種的性能優劣；活性炭的動態運行試驗，是為了克服靜態實驗結果與實際工程的運行效果差別較大的弊端，而進行活性炭較長期的運行考察，從而判斷幾種活性炭種的實際運行效果優劣。這幾個方面的試驗，相互配合，能夠較為全面的評價出活性炭種各種性能的優劣，達到確定最適用活性炭種的

目的。

2.活性炭篩選試驗

根據以上試驗方案，針對某市的水源水質進行了活性炭的篩選。根據煤質活性炭生產工藝和地域差異，共選取了一種破碎炭和四種

柱狀炭進行試驗，依次編號為

A、B、

C、D、E。

( 1 )活性炭性能指標分析

在飲用水處理中，影響活性炭處理效果和運行成本的主要性能指標為：

吸附量（主要為碘值、亞甲藍值、丁烷值、四氯化碳值、糖蜜值、單寧酸值）、強度和摩擦系數，pH值、灰分、粒徑大小和粒度分布、水分和可溶物等。試驗中對這些性能指標分別進行了檢

測，結果見下表。表2活性炭指標測定值

項目指標單位 A B C D E

破碎柱狀柱狀

摩擦系數wt% 83.5   89.3   85.5   90.2   88.9

強度     wt% 95.4   99.5   97.9   99.7   98.4

表觀密度 g/l 510    520    500    520   540

飄浮率wt% 0.0     1.4      0.0    0.0    0.0

pH值--     8.6     9.2      8.9    9.1   8.9

總灰分wt% 9.1      7.2     11.8    8.7   10.5

水溶物wt%  0.05   0.09    0.08   0.03   0.06

碘值mg/g  1001   997     938    958    860

亞甲蘭值mg/g 262  259     227    256    207

丁烷值wt%   24.2   24.2    23.4   23.7   20.3

四氯化碳wt% 62.19   62.19   60.14  60.91  52.17

糖蜜值     158      153     152    148   145

單寧酸值-  34.3     30.0    33.2    46.5   61.3

粒度分布

>2.50 0.1 0.0 0.1 0.0

1.25~2.50 3.8 94.7 96.7 94.7 97.3

1.00~1.25 65.3 4.71 2.30 4.4 2.0

<1.00 30.83 0.50 0.94 0.9 0.7

有效粒徑mm 0.60 1.44 1.48 1.44 1.49

均勻系數- 1.88 1.12 1.15 1.15 1.15

平均粒徑mm 1.068 1.585 1.652 1.618 1.668

從表中可以看出，就炭的吸附性能來說，A炭的碘值、亞甲蘭值、丁烷值、四氯化碳值、糖蜜值都高于柱狀炭，達到或接近國家優級活性炭的標準，且單寧酸值也較低，反映出A炭的孔隙結構發達，微孔、中孔及大孔的比例合理；B炭的碘值、亞甲蘭值、丁烷值、四氯化碳值、糖蜜值是除破碎炭外最高的，單寧酸值也是最低的，反映出B炭活化過程控制較好，不僅具有發達的孔隙結構，炭強度也很好；C炭的碘值、亞甲蘭值、丁烷值、四氯化碳值雖然不是很高，但糖蜜值卻很高，單寧酸值也很低，反映出該炭的孔隙結構中，中孔和過渡孔所占比例高，微孔相對較少；D炭糖蜜值低，單寧酸值高，與

B、C炭差距明顯，顯示出D炭微孔所占比例高，中孔和過渡孔少，但微孔量少于B炭；E炭的碘值僅為860mg/g，只能滿足合格品的要求，且亞甲蘭值、丁烷值、四氯化碳值、糖蜜值都是最低的，單寧酸值也是較高的，反映出E炭的活化程度不高，孔隙結構不發達，吸附性能較差。

從表中還可以看出，破碎炭的強度要普遍低于柱狀炭。破碎炭A的強度和摩擦系數均低于柱狀炭。D炭和B炭強度和摩擦系數相近，均高于E炭和C炭，顯示其機械性能良好。E炭和C炭機械性能一般。其余各項指標，粒徑和粒度分布因為物理性狀的原因差別明顯，破碎炭A的粒徑明顯小于柱狀炭，均一系數大于柱狀炭，在應用中雖然效果好，但也帶來床層壓降大，床層膨脹小，造成炭量

損失和能量損失，影響了營運成本。除此外，其余的各項指標差別較小，均在國標允許的范圍之內。

( 2 )電鏡觀察試驗

掃描電鏡和原子力顯微鏡是常用的兩種活性炭表觀物理性狀研究方法，試驗中對五種活性炭進行了電鏡觀察試驗，所用電鏡型號為：

日本JEOL公司生產的JSM-5610LV型掃描電鏡和島津公司生產的SPM-9500J3原子力顯微鏡。

① 掃描電鏡

掃描電鏡全稱為掃描電子顯微鏡，利用掃描電鏡，可以直觀的分析出活性炭的成炭顆粒大小、顆粒結合程度、孔洞分布情況、粗糙

程度等物理特征。五種炭的掃描電鏡結果見下圖。

A炭 B炭 C炭

D炭 E炭

圖2五種活性炭掃描電鏡照片（×1000）

對比以上圖片，可以分析出五種不同活性炭的表觀物理特征，具體分析結果見下表。

表3五種活性炭的表觀特征

炭種表觀特征

A 成炭顆粒均在10um以下，炭粒細小均勻，其中以2-3um左右的炭粒占多數，炭粒間結合蓬松，炭表面粗糙，孔洞數量多，大孔、中孔、微孔分布廣泛

B 成炭顆粒較小，以5um左右炭粒居多，10um以上的炭粒亦可見，炭粒分布較均勻，炭粒間粘合緊密，表面粘合劑清晰可見，炭表面粗糙，孔洞數量較多，并且微孔、中孔、大孔的分布合理

C 成炭顆粒存在較多1um以下的炭粉，炭粒間粘合不緊密，表面粗糙，孔洞分布中1um以下的大孔和中孔數量多，微孔相對較低D 成炭顆粒絕大部分在10um以下，以5um左右炭粒為主，炭粒分布均勻。炭粒粘合非常緊密，表面粗糙度較低，大孔和中孔數量少E 成炭顆粒大小不均，10um以上的炭粒較多，并存在幾十um以上的大炭粒，炭粒間粘合不夠緊密，炭的孔洞數量少，吸附能力不強

② 原子力xx

與掃描電鏡不同的是，原子力顯微鏡可以定量的表征出活性炭表面高低起伏的性狀，從而能夠直接反應活性炭表面粗糙程度，特別是在活性炭經過長期運行形成生物活性炭時，該方法可以微觀的顯示出活性炭表面性狀對生物生長的適用性，因此對評價活性炭的

性質具有重要的作用。

下面是按照標準取樣方法，抽取的四種柱狀活性炭樣品進行的原子力顯微鏡分析。針對四種炭表面的不同特點，選取了7x7um的微觀區域進行了性狀分析。顯微鏡掃描照片是活性炭表面高度的三維立體圖，立體圖右邊是反映活性炭表面高度起伏變化的柱狀圖。

B炭 C炭

D炭 E炭

圖3四種炭原子力xx掃描照片

從圖中可以看出，B和C的表面存在有較多的凸起，尤其是C炭凸起的數量最多，凸起能夠增加炭表面的粗糙程度，使得兩炭的表面粗糙程度相對較高；D炭的表面雖然也有相類似的較高凸起，但該凸起長度達6um，且凸起物表面平滑，因此對炭表面粗糙度造成的影響較小，該炭的粗糙程度相對較低；與D炭相類似，E炭表面也是以高度大、體積大、表面光滑的凸起為主，因此炭表面粗糙

程度也低。

活性炭表面的粗糙度，特別是微觀凸起造成的粗糙度，對生物活性炭的形成過程有著重要影響。微生物在活性炭表面的生存和生物掛膜，主要的影響因素是：

活性炭的物理和化學吸附作用、微生物自身分泌黏液的粘附作用、活性炭作為固體濾料的攔截保護作用。

活性炭表面的粗糙度對以上三種作用都有重要影響，因此能影響到微生物的生長和生物膜的形成。根據以前生物活性炭技術的研究表明，應用于微污染水源水處理的生物活性炭，由于水中有機物很低，屬于貧營養環境，因此生長在生物活性炭表面的微生物是以長1-3um的桿菌為主，而且所形成生物膜也是破裂分散的，可以認為在活性炭表面所存在的1um以上凸起對微生物的生長是有益的。

凸起峰越多，則越有利于活性炭對水中有機物吸附，越有利于微生物的生長和微生物膜形成。

生物活性炭去除有機物的作用，在運行初期是以活性炭吸附作用為主，但隨著運行時間延長，微生物大量滋生并形成生物膜后，則微生物對有機物的生物吸附降解將起到主導作用。因此活性炭是否有利于微生物生長和生物膜的形成，在選擇活性炭種時重要的考

慮因素。從原子力顯微鏡的照片中看出，B和C存在較多的凸起峰，尤其以C炭最多，有利于微生物生長和生物膜的形成，因此可以預見在形成生物活性炭后，B和C會有較好的運行效果。

( 3 )活性炭吸附能力評價

活性炭吸附能力評價試驗，采用內徑25mm，總容積200ml的有機玻璃炭柱完成的，具體過程為：

炭樣體積100ml，經煮沸后填充，進水流量參照40～200L/min/m2，取100 L/min/m2,計算流量為50ml/min，每小時取樣檢測指標為UV254，取樣點為進水和各柱出水，繪制出活性炭隨時間變化吸附去除UV254的工作曲線。

利用活性炭吸附UV254的工作曲線，進行分段積分，得出積分和INTE，然后利用公式，計算出單位重量活性炭吸附有機物的能力，完成活性炭工作能力的評價。

其計算公式如下：

說明：

EVA―每克活性炭的工作能力（以UV254×水量計），單位為l(UV254)/g。

INTE－工作曲線的分段積分和。

W－所取活性炭的重量，單位g。

下表是根據這種方法，對五種不同活性炭進行檢測的結果。

表4五種活性炭EVA計算值

炭種 A B C D E

EVAl(UV254)/g）0.0733 0.0454 0.0455 0.0415 0.0397

排序1 4 3 5 6

由評價指標EVA值，可以看出五種活性炭的工作能力，以炭A最好，遠遠高于其他幾種炭；炭F雖然工作能力仍比柱狀炭好，但與炭A相比差距明顯，只及炭A的89％。四種柱狀炭中，B和C最好，兩者工作能力非常相似，幾近相等， D與

B、C相比差距明顯，因此工作能力不強； E炭工作能力最差，而且是差距很明顯。從結果可以看出， EVA值計算結果與前面的試驗結論是一致的，表明該值具有較高的準確性。

( 4 )活性炭動態運行試驗

活性炭的動態運行試驗是在五個平行的有機玻璃凈水柱完成的，柱內徑100mm，高3000mm。柱內裝填承托層150mm,石英砂200mm，活性炭1500mm各柱運行條件均相同，空床濾速4.5m/h，過水流量0.6l/min，接觸時間20min。運行時上部進水、下部出水，重力自流。活性炭柱共運行6個月，其試驗結果見下表：

表5五種活性炭凈水效果統計表

A B C D E

濁度降低值（NTU）最大值0.162 0.146 0.161 0.152 0.152

平均值0.084 0.069 0.066 0.058 0.059

最小值0.015－0.004－0.024－0.016－0.020

UV254去除率（％）最大值95.7 86.4 100 65.2 72.7

平均值59.4 48.1 56.6 39.7 40.2

最小值17.5 16.3 17.5 15.0 16.3

CODMn去除率（％）最大值74.2 64.7 71.2 56.6 64.2

平均值43.0 36.3 41.6 32.2 33.8

最小值18.7 15.3 17.3 11.9 13.0

從表中可以看出，破碎炭A在控制濁度方面表現出明顯的效果，在整個運行過程中對濁度降低值較大；柱狀炭B和C對濁度的控制效果也較好，比D炭和E炭的效果明顯。從去除有機物方面來看，破碎炭A效果仍然最好，柱狀炭中C 炭的效果最好，與破碎炭A差別不大，這說明C炭對水源水質適應性較好，炭表面的微生物數量和活性較好；其次為B炭，D炭和E炭與上面三個炭差距明顯。

這個結果與其他試驗結果也是相一致的。不論什么炭質，活性炭對有機物都有較好的去除效果，對UV254的平均去除率在40％以上，對CODMn的平均去除率也在30％以上，并且一直都能將CODMn控制2.0mg/l以下，這顯示出活性炭對有機物吸附去除的高效性。

( 5 )最優活性炭種的確定

根據以上試驗結果可以看出，破碎炭A與柱狀炭相比，在降低濁度、去除有機物方面都表現出了顯著的效果，這與破碎炭的結構特性有著直接的關系，但是此類破碎炭在生產上成本較高，水廠的購買成本相應的也增高，而且由于其物理性能決定的，在水廠的實際運行中，也帶來了床層壓降增大，床層膨脹減小，造成炭量損失和能量損失，對生產運行成本產生了重要影響，使得營運成本顯著增加，因此在相同運行效果的情況下，成本較高是制約其進一步應用的主要因素。與破碎炭A相比，柱狀炭B和C，特別是C炭，其實際運行效果很好，與破碎炭A的效果差別不大，充分顯示了其對水源水質的適應性，其物理性能指標均能滿足國家標準，并且經原子力顯微鏡試驗，其對微生物適應性很好，同時，柱狀炭的生產和經營成本與破碎炭A相比又能大幅下降，因此針對水源水質，C炭是推薦應用的炭種。

4.活性炭主要性能指標的確定

( 1 )活性炭性能指標與動態運行效果相關分析

對活性炭性能指標與活性炭動態運行效果，以相關系數表征兩者之間存在的聯系。下表列舉了不同性能指標，和代表活性炭運行效

果的濁度、UV

254、CODMn的相關系數計算結果。

表6活性炭性能指標與活性炭運行效果相關性計算結果

修正摩擦系數強度 pH值總灰分水溶物碘值亞甲蘭值

濁度降低-0.78095 -0.78516 -0.60115 -0.24919 0.201294 0.69197 0.547415UV254去除-0.90522 -0.74563 -0.58635 0.183611 0.398817 0.551863 0.301715CODMn去除-0.94309 -0.79101 -0.66295 0.322964 0.377961 0.42255 0.16634

續上表

四氯化碳丁烷值糖蜜值單寧酸值有效粒徑均勻系數平均粒徑

濁度降低0.554264 0.554648 0.945102 -0.65041 -0.8693 0.84727 -0.89189UV254去除0.545012 0.545107 0.890054 -0.76551 -0.62396 0.624792 -0.63306CODMn去除0.424794 0.424856 0.820696 -0.66772 -0.60459 0.6189 -0.60287從上表可以看出，對活性炭炭運行效果影響最大的性能指標為糖蜜值、修正摩擦系數、強度，其次有影響的指標為單寧酸值、平均粒徑、有效粒徑、均勻系數、pH值、碘值、四氯化碳值和丁烷值。在這些指標中，活性炭的物理機械性能是由其煤質和生產工藝所決定的，因此實際生產中只能對粒徑和粒度分布進行控制，滿足用戶需要，而摩擦系數、強度和pH值是與煤質相關聯的，不便進行生產調控；而活性炭的孔隙結構是由生產中活化條件控制的，可以根據需要進行調整，因此對實際生產最有指導意義的活性炭指標為糖蜜值和單寧酸值，這兩個指標反映的是活性炭孔隙結構中大孔和中孔的數量，是活性炭對水中天然大分子有機物適宜的量度。

由于在活性炭指標之間也存在著相互影響，使得相關分析會存在著偏差，有時候會使主要因子的影響顯現不出來。下面進行活性炭

運行效果與性能指標的協相關分析，用來解決這個問題。

( 2 )活性炭性能指標與動態運行效果協相關分析

協相關分析的主要過程是，通過逐項剔除各個性能指標影響后，計算的活性炭性能指標和運行效果的協相關系數，然后將計算結果，與初始的相關系數進行對比，計算其改變量，從而考查各個性能指標對運行效果的影響程度。下表是協相關分析的最終結果。表7活性炭性能指標與活性炭運行效果協相關計算結果

活性炭性能指標綜合位次濁度降低UV254去除 CODMn去除

改變量位次改變量位次

修正摩擦系數3 3.728819 9 9.008773 3 10.82644 1

強度2 4.677893 6 9.420259 2 9.957633 2

pH值8 2.518004 10 5.684937 5 6.51121 5

總灰分4 1.747506 13 1.816151 14 2.581235 14

水溶物2 1.566224 14 3.432379 11 3.022835 12

碘值7 6.513867 3 5.408567 8 4.869481 8

亞甲蘭值13 2.045423 12 2.284665 13 2.641608 13

四氯化碳值11 3.770127 8 3.066107 12 3.128214 11

丁烷值9 4.878036 5 4.154306 10 3.974821 10

糖蜜值1 7.390415 1 10.97783 1 9.923826 3

單寧酸值10 2.214169 11 5.281263 9 4.643596 9

有效粒徑6 4.951605 4 5.5594 6 5.440827 6

均勻系數4 3.962668 7 6.537102 4 6.692856 4

平均粒徑5 6.609574 2 5.494236 7 5.083132 7

從計算結果來看，在控制活性炭出水濁度降低方面，糖蜜值、平均粒徑、碘值、有效粒徑和丁烷值是主要的影響因素，與前一階段的結論不同的是，碘值和丁烷值的影響得到了體現；在去除以UV254和CODMn為代表的有機物方面，主要的影響因素為糖蜜值、pH值、均勻系數、修正摩擦系數和強度，與前一階段相比，pH值、有效粒徑的影響得到了強化。

( 3 )主要性能指標推薦值

根據試驗結果綜合考慮，可將活性炭的性能指標分為三類：

首要控制指標（即針對水源水質特點的主要影響因素）、重要控制指標

（即對實際運行效果起重要作用的因素）和控制指標（即對實際運行效果影響較小的因素，只要能滿足國家標準即可）。

① 首要控制指標

糖蜜值和單寧酸值：

從試驗結果來看，糖蜜值和單寧酸值對活性炭的實際運行效果有著顯著的影響，因此選擇活性炭種時應該嚴格控制。糖蜜值是以大分子量的焦糖作為吸附質，活性炭作為吸附劑來測定的，它主要表征了活性炭對大分子有機物，特別是水源中的高分子量有機物的去除能力。由于焦糖分子量較大，因此難以進入活性炭的微孔結構中，只是被活性炭的大孔、中孔等吸附，因

此可以反映出活性炭孔隙結構中大孔、中孔的比例。單寧酸（分子量為322）值表示吸附有機分子能力的指標，它是在濃度一定的單寧酸溶液中，加入活性炭的量使單寧酸溶液濃度低于某個確定值所需要活性炭的量，因此，此值越低表示活性炭吸附性能越好。

如果只是從分子大小上看，單寧酸值應該與亞甲蘭值的大小相似，反映活性炭吸附能力也應該相似，但實際情況并非如此，單寧酸的性質與天然有機物（NOM）中的代表物質腐殖酸十分相近，活性炭對單寧酸的吸附特性與腐殖酸相類似，因此可以代表水中由腐爛植物所產生的有機物，表征活性炭對天然有機物的吸附能力。飲用水水源的地表水，其天然有機物的含量占有絕大部分比例，因此活性炭的大孔和中孔結構是影響活性炭處理效果的主要因素。而糖蜜值和單寧酸值，兩指標相互配合，能夠很好的判斷出活性炭孔隙結構中大孔、中孔的比例，較好的反映出活性炭對天然大分子有機物的去除能力。但目前國家標準為對兩值未作明確規定，從性能指標測定結果來看，運行好的三種炭糖蜜值都在150以上，單寧酸值在50以下，因此綜合試驗結果，建議糖蜜值標準定為為≥150，單寧酸值≤50。

強度和摩擦系數：

在飲用水的深度處理中，對炭后出水濁度控制很嚴格，即要求在砂濾池出水濁度的基礎上不再升高。因為在粒狀活性炭實際應用中，要考慮其在運輸、反沖洗和再生時活性炭的破損情況，主要有三種力可使活性炭機械破裂而形成粉塵，造成出水濁度升高，即沖擊力、積壓力和磨損力，強度和摩擦系數便分別代表了沖擊積壓力和摩損力，反映出活性炭的耐破損能力，因此強度和摩擦系數作為選擇活性炭的首要控制指標，要盡量選取高強度和摩擦系數的活性炭。如果強度低，則炭的結構疏松，在反沖洗時，炭粒易脫落，由于微生物能附著在炭粒表面，會造成出水的生物安全性問題。活性炭的強度和摩擦系數也直接影響到活性炭的使用壽命，國標對兩值作出明確規定，但從幾種炭實際測定結果來看，將該強度定位值定為≥90％，摩擦系數≤90％是比較合適

的。

② 重要控制指標

碘值：

從試驗結果來看，它與活性炭運行效果有關，但是相關性不太明顯。碘值與活性炭對小分子物質的吸附能力密切相關。現行

的活性炭檢測標準GB方法以及一些權威機構（如AWWA）的方法中，均將活性炭樣品粉碎至能通過200目篩，這樣能將活性炭孔隙盡可能暴露出來，從而達到最大的碘吸附值。它可以用于估算活性炭的比表面積，和相對表征活性炭的孔隙結構。在實際應用中，

對于以碘（分子量為254）為代表的分子量大約250左右、非極性和分子對稱的物質來說，碘值可以表征活性炭對這部分物質的吸附能力。碘值作為常用的活性炭質量控制標準指標也是必須進行控制的。綜合考慮將碘值設定為≥900mg/g。

xx值和四氯化碳值：

這兩值在活性炭對有機物去除效果也存在著相關性。丁烷值與四氯化碳值存在著很好的相關性，美國ASTM標準中顯示：

四氯化碳活性＝2.57×丁烷活性，R2=0.934（均按照ASTM－D5228-92）。兩值可表征出活性炭樣品的微孔容積，是活性炭孔隙結構的量度值，常表征活性炭的活化程度。兩值對表征活性炭對小分子量、非極性有機物去處能力，具有重要意義。在國家

標準中，沒有規定這兩值的大小。根據ASTM標準方法的檢測結果，可將丁烷值標準定為≥20％，四氯化碳值定為≥60％。

有效粒徑、平均粒徑與均勻系數：

這三項指標是活性炭物理性質的重要表征，從試驗結果來看，與實際的運行效果均具有較好的相

關性，特別是對濁度的控制作用明顯。由于國家標準中未對此值作規定，綜合試驗結果，推薦有效粒徑在1～1.5mm，平均粒徑在1.5~2.0mm，

在AWWA標準中，對均勻系數規定為≤2.1，考慮到實際的影響，將均勻系數設定為≤2.0。

pH值：

從試驗結果來看，pH值也與實際運行效果存在相關性。pH值是活性炭表面化學性質的重要表征。在活性炭活化過程中，活性炭的基本結構產生缺陷和不飽和價，使氧和其它雜原子吸著在這些缺陷上，因而使活性炭產生了各種各樣的吸附特性。對活性炭性質產生重要影響的化學基團主要是含氧官能團（羧基、酸酐、脂基、羰基等）和含氮官能團（氨基、酰亞胺等）。這些官能團的存在使得活性炭表現出兩性性質，甚至會帶電。如果這些帶電基團在活性炭表面分布均勻，那么在表面曲率不同的部位，電荷密度是不同的，微生物生長可能會選擇它能夠忍受的電場強度處“居住”。活性炭的表面化學性質對其吸附性能起到重要作用，表面酸性被認為是控制吸附的重要因素，增加表面酸性，或者說增加極性的氧分子或含氧官能團的數量可增加活性炭的表面極性，從而有

利于其對水分子的吸附。對水分子的吸附有可能因占據活性炭孔而降低了活性炭對疏水性化合物的吸附。NOM為中性條件下帶負電荷的有機物，如果活性炭的表面帶有中性條件下可水解的強堿性基團的量大于羧基等強酸性基團的量，也就是說pH大于7時，在中性的水體中活性炭表面就會帶有正電荷，這將有利于它對NOM的吸附。一般來說，較高的pH有利于活性炭對NOM的吸附，但不是越高越好，pH過高預示著活性炭表面存在較多的強堿性基團，從而導致活性炭表面親水性增加，不利于對疏水性有機物的吸附。國標

中規定活性炭pH在6～10，考慮pH值的重要作用，該值定在8～10是比較合適的。

③ 控制指標

xx值：

亞甲蘭值與實際的運行效果沒有多大關系。亞甲蘭值在表示活性炭液相吸附性能時，主要反映活性炭的脫色能力，一般

此值越高，表示活性炭吸附性能越好。相對應的，對以亞甲蘭分子（分子量為374）為代表的分子量大約370左右、極性和線性結構的顯色物質來說，亞甲蘭值可以表征活性炭對此類物質的吸附能力。亞甲蘭值與碘值相類似，也反映了活性炭的孔隙結構，特別

是微孔的數量。國家標準對該值進行了規定，因此亞甲蘭值標準仍采用國家標準，定為≥180mg/g。

總灰分和xx物：

這兩值是活性炭中雜質成分的表征，雖然試驗結果顯示與出水效果沒有相關性，但是考慮到生產成本，也要進行

控制。參考國家標準和實際的檢測結果，將總灰分定為≤10％，水溶物定為≤0.1％。

表觀密度和飄浮率：

表觀密度直接影響到購買成本，表觀密度越小，單位體積的質量越低，成本越低，但是單位體積的去除有機物能力也必然降低，因此綜合考慮，參照國標和AWWA標準，將該值定為≥400g/l。飄浮率能夠影響反沖洗過程中炭量的損失，因此也要進行控制。國標規定該值小于2％，因此采用國家標準，該值定為≤2.0％。

根據以上分析，活性炭主要性能指標推薦值綜合起來見下表。

表8活性炭主要性能指標推薦值

項目國家標準xx標準(AWWA)推薦值

吸附性能碘值(mg/g) ≥1050 ≥500 ≥900

亞甲蘭值(mg/g) ≥180 ≥180

糖蜜值≥150

單寧酸值≤50

xx值(wt%) ≥20

四氯化碳值(wt%) ≥60

化學性能 PH值6~10 8～10

機械性能xx摩擦系數(wt%) ≤90

強度(wt%) ≥85 ≥70 ≥90

有效粒徑(mm) 1～1.5

均勻系數≤2.1 ≤2.0

平均粒徑(mm) 1.5～2.0

經濟性指標總灰分(wt%) ≤10 ≤10

xx物(wt%) ≤0.1

表觀密度(g/l) 380~500 >250 ≥400

漂浮率(wt%) ≤2 ≤2

5.結論

（1）根據各種活性炭性能評價方法的特點，可以建立完善的活性炭篩選方法，其主要過程為：

首先要根據活性炭生產的煤質、地域和生產工藝等的不同，從國內外的大型活性炭生產企業中選擇出備選炭種，然后從幾個方面著手，即活性炭性能指標分析、電鏡微觀觀察、靜態吸附試驗、吸附能力評價試驗，以及活性炭動態運行試驗等，從不同角度全面評價活性炭炭種的優劣，篩選出一至兩

種活性炭種進行工程應用。

（2）利用活性炭篩選方法篩選出了適應某市水質特點的活性炭。在五種活性炭中，在相同的水質和運行條件下，破碎炭A出水效果最佳。但由于其物理性能，在長期運行中可能會出現炭量損失和能量損失，造成營運成本增加的現象。活性炭C的出水效果與破碎炭相近，其物理性能指標均能滿足國家標準，并且經原子力顯微鏡試驗，其對微生物適應性很好，因此認為該炭種對于水源水

質是最適合的。

（3）通過活性炭性能指標和活性炭運行效果的數學分析，確定了在飲用水處理中活性炭的主要性能指標，包括首要控制指標糖蜜值和單寧酸值、強度和摩擦系數，重要控制指標碘值、丁烷值和四氯化碳值、有效粒徑、平均粒徑與均勻系數，控制指標亞甲蘭值、

總灰分和水溶物、表觀密度和飄浮率，根據活性炭性能指標檢測結果和實際運行效果，對以上各項指標確定了推薦值。

一、活性炭過濾原理 

   活性炭的吸附能力與水溫的高低、水質的好壞等有一定關系。水溫越高，活性炭的吸附能力就越強；若水溫高達３０℃以上時，吸附能力達到極限，并有逐漸降低的可能。當水質呈酸性時，活性炭對陰離子物質的吸附能力便相對減弱；當水質呈堿性時，活性炭對陽離子物質的吸附能力減弱。所以，水質的ＰＨ不穩定，也會影響到活性炭的吸附能力。　　 

    活性炭的吸附原理是：在其顆粒表面形成一層平衡的表面濃度，再把有機物質雜質吸附到活性炭顆粒內，使用初期的吸附效果很高。但時間一長，活性炭的吸附能力會不同程度地減弱，吸附效果也隨之下降。如果水族箱中水質混濁，水中有機物含量高，活性炭很快就會喪失過濾功能。所以，活性炭應定期清洗或更換。　

    活性炭顆粒的大小對吸附能力也有影響。一般來說，活性炭顆粒越小，過濾面積就越大。所以，粉末狀的活性炭總面積最大，吸附效果最佳，但粉末狀的活性炭很容易隨水流入水族箱中，難以控制，很少采用。顆粒狀的活性炭因顆粒成形不易流動，水中有機物等雜質在活性炭過濾層中也不易阻塞，其吸附能力強，攜帶更換方便。　　 

活性炭的吸附能力和與水接觸的時間成正比，接觸時間越長，過濾后的水質越佳。注意：過濾的水應緩慢地流出過濾層。新的活性炭在第一次使用前應洗滌潔凈，否則有墨黑色水流出。活性炭在裝入過濾器前，應在底部和頂部加鋪２～３厘米厚的海綿，作用是阻止藻類等大顆粒雜質滲透進去，活性炭使用２～３個月后，如果過濾效果下降就應調換新的活性炭，海綿層也要定期更換。 

二、影響粒狀活性炭應用的主要性質  

     應用粒狀活性炭，尤其大量應用，最影響效果和成本的活性炭主要性質是：吸附量；壓降或床層膨脹；抗磨性；大小、水分、灰分、pH值和可溶物。 　

     應用較為大量的粒狀活性炭都裝在柱型設備中，就要講究壓降(壓頭損失)或床層膨脹，是設計炭柱的必要因素。壓降由微粒大小和大小分布所決定。床層膨脹由微粒大小、形狀和大小分布以及微粒密度所決定。 

     大量使用粒狀活性炭時，常加水以泵輸送和以運輸帶脫水，因此要重視活性炭的損失量，講求活性炭的抗磨性。

三、評價活性炭的吸附能力 

      吸附分液相吸附和氣相吸附兩類，液相吸附能力常以吸附等溫線進行評價，氣相吸附能力以溶劑蒸氣吸附量評價。

　　吸附等溫線表示一定溫度下吸附系統中被吸附物質的分壓或濃度與吸附量之間的關系，即當保持溫度不變，可測得平衡吸附量和分壓或濃度間的變化關系。以剩余濃度為橫軸，以活性炭單質量的吸附量為縱軸可繪出關系曲線。

　　當保持分壓或濃度不變，可測得平衡吸附量和溫度間的變化關系，繪出關系曲線，即吸附等壓線。由于在工業裝置中少量成分吸附大致在等溫狀態下進行，所以吸附等溫線最為重要和常用。

　　溶劑蒸氣吸附量表示氣相吸附性能，可用顆粒活性炭的四氯化碳吸附率的測定為例，在規定的試驗條件下，即規定的炭層高度、氣流比速、吸附溫度、測定管截面積、四氯化碳蒸氣濃度的條件下，持含有一定四氯化碳蒸氣濃度的混合空氣流不斷地通過活性炭，當達到吸附飽和時，活性炭試樣所吸附的四氯化碳的質量與試樣質量之百分比作為四氯化碳的吸附率。

　　活性炭應用中對于吸附能力，最好用實際擬用的活性炭、操作的條件、具體的處理物進行評價測試。

　　活性炭的吸附量，即單位活性炭所吸附的吸附質的量，工業上也有稱為活性炭的活性，活性有兩種表示方法：

　　靜活性-----即通常所指的吸附劑達到平衡的吸附量。

　　動活性----是指流體混合物通過活性炭床層，其中吸附質被吸附，經一些時間的運作，活性炭床層流出的流體中開始出現含有一定的吸附質，說明活性炭床層失去吸附能力，此時活性炭上已吸附的吸附質的量，就稱為活性炭的活性。是設計大量的、經常的、重要的吸附系統所需的數據。

　　用液相等溫線法測定活性炭吸附能力的標準實用方法，可用于測定原始的和再活化的和粉狀活性炭的吸什能力。

四、活性炭比表面積和吸附能力的關系  

   一般來說活性炭的比表面積（BET）越大，吸附力也越大，但是有時候卻不一定。

　　BET是用氮氣或丁烷的吸附方法測出活性炭總表面積的應用參數。按理BET越大，吸附力就越大。可是在實際應用中這概念有局限性，因為活性炭的孔有大孔、中孔和微孔的區別，有時僅有部分的孔適合于某類大小吸附物的進入。

　　在液相應用中，通常有機物的吸附值隨分子量（分子大小）的提高而提高。直到分子大到不能進孔為止。最理想的活性炭是具有大量恰好稍大于吸附物分子的孔。孔太小，吸附物進不了；孔太大，使單位體積的表面積減少。

　　在氣相應用中，小分子被吸附進入微孔。這時總表面積的概念是合用的。至于活性炭對金屬絡合物的吸附，涉及化學鍵的形成，也不是BET越大越好。

五、活性炭在液相吸附中的應用 

活性炭在液相中主要用于脫色精制，有時也用于捕集回收或分離。 

液體用活性炭進行脫色精制時，除了脫色（即吸附除去在可見光波長內具有吸光性的物質）以外，同時還能夠除去在可見光波長以外具有吸光性的物質，除去顏色的前軀物質，除去有臭味的物質或調整香味，除去臭味的前軀物質，除去渾濁及可能導致渾濁的物質，除去起泡性物質，除去妨礙結晶的物質，除去膠體物質，除去對膠體有保護性的物質，除去生理性有害物質，以及除去促進產品變質的物質等，具有多種綜合性的精制作用。 

液相擴散速度比氣相小得多，為了在短時間內獲得吸附效果，因此常常使用粒度很細小的粉末狀活性炭。但是，在處理量很大的場合，顆粒狀活性的用例不斷增加。因為其操作方便，容易再生。表3-6-4中列示了液相中使用活性炭的主要操作方式。

表3-6-4  液相中使用活性炭的主要操作方式。

六、活性炭在精制氣體中的應用 

精制工業用原料氣體或工藝氣體 活性炭用于精制多種工業用原料氣體或工藝氣體，以除去它們中所含有的各種雜質，提高純度和使用價值。表3-6-1中列示了用活性炭精制的一些氣體名稱以及要除去的雜質成分。

表3-6-1  活性炭對原料氣體及工藝氣體的精制 

    由表3-6-1可見，用活性炭精制氣體是將小分子、低沸點氣體中的少量大分子、高沸點的氣體除去。

七、活性炭在液相吸附中的應用 --水處理

    水處理 水處理是活性炭應用廣，潛力最大的部門。飲用水的質量直接關系人體健康；排水及廢水處理與否對地球水環境有重大影響。發達國家活性炭用量的50%以上與水處理有關；我對水質重視程度也逐漸增加。

（1）處理上水（自來水）：上水用活性炭處理的目的是提高水質，除去臭氣、臭味、腐殖質、油類、農藥、洗滌劑等對人體有害的物質。

（2）處理生產用水：活性炭在處理各種生產用水中獲得廣泛應用。如在釀造業、清涼飲料業及制冰業，使用活性炭除去地下水中的顏色、臭味、膠體物質、洗滌劑、農藥及其他有機物質，或者除去自來水中的游離氯氣、臭味等；電力、化學等工業部門用活性炭處理鍋爐用水及鍋爐回流水的脫油；醫藥工業用活性炭除去水中的致熱源；電子工業使用活性炭制取超純水；海運業使用活性炭制造飲用水；水族館中用活性炭除去自來水中的氯氣等。

此外，活性炭還用于保護離子交換樹脂，凈化工廠的循環用水等。

（3）處理生產廢水：各種生產過程中排出的廢水，含有不同的雜質，但比較單純，易于進行處理。因此，應該處理以后再排放或者循環使用。

  （4）處理下水（污水）：下水是各種廢水匯集成的污水，成分極其復雜。進行處理時，通常將凝聚沉淀法（物理法）、活性炭泥法（生物法）與活性炭吸附法配合使用，以提高處理效果，降低處理成本。活性炭處理通常和生物法配合使用，或置于其后作為終級處理。經過處理，可以除去顏色、農藥、洗滌劑、臭味，以及BOD、COD、TOC等雜質，作為工農業用水而再次利用或排放。

八、活性炭對各種蒸氣之吸附能力 

九、活性炭對各種有機物質之吸附容量 

十、不適合使用活性炭吸附處理的VOCs 

反應性化合物 

有機酸、醛類、某些酮類、某些聚合物單體 

酚類 

二醇類、胺類 

高沸點物 

可塑劑、樹脂14以上之長鏈碳氫化合物

十一、活性炭在液相吸附中的應用 

其他液相精制 除了水處理以外，活性炭還在制糖、食品、釀造、醫藥、化工等許多部門的液相精制中具有廣泛的用途。表3-6-5中列舉了一些覺見的用例。

表3-6-5活性炭液相精制的用例

注：A：脫色；B：除去膠體物質；C：提高結晶性；D：提高產品穩定性；E：調整香料；F：脫臭；G：去除白土臭；H：提高純度和得率；I：除去起泡性物質；J：再利用。

十二、氣相回收及捕集 

其他氣相成分的捕集或回收 活性炭除用于從空氣中回收有機溶劑以外，還廣泛地用于從其他氣相成分中捕集和回收各種有關物質。表3-6-3中列舉了這方面的一些用例。 

表3-6-3  活性炭在其他氣相捕集或回收中的應用 

下面以防止汽車中汽油揮發裝置為例，說明活性炭在捕集回收方面的具體應用。該裝置的工作原理。汽車停止時，由于氣溫升高、太陽照射等原因，使油箱、化油器、氣缸等處汽油揮發。揮發出去的氣體通過裝置中的活性炭層（過濾器）吸附，防止擴散到外界。當汽車開支行駛時，通過吸氣管的負壓和排氣管的壓力，使壓力動作閥動作，讓濾氣器中一部分空氣經過活性炭層以后再進入吸氣管中。此時，活性炭層所吸附的汽油脫附，隨空氣進入氣缸中燃燒；同時，活性炭獲得再生。這種裝置中只充填了幾百克顆粒狀活性炭，就不僅能防止汽油揮發到外界污染空氣，還能夠節約汽油，而且使用十分方便。

十三、分離氣體  

      利用活性炭對不同種類的氣體具有不一樣的吸附能力這一性質，活性炭吸附法常用于分離氣體。
    用活性炭從天然氣中分離汽油組分時，初期，活性炭逐漸被包括甲烷等分子量小的烴類物質在內的組分所飽和，但是隨著吸附時間的延長，由于活性炭具有對分子量大的同族化合物吸附能力大的特性，所吸附的甲烷等低級烴類逐漸被分子量大的己烷、戊烷等置換出來。結果，活性炭中吸附保留的主要是汽油組分，而甲烷、乙 烷、丙烷之類分子量小的組分則穿過活性炭層，保存在氣相中，從而達到分離的目的。

    又如，利用壓力循環吸附法，可以使用活性炭將空氣中的氧氣和氮氣分開；利用活性炭吸附法，能從煤氣中分離出苯，能從反應產物中進行同分異構體的分離等等。

十四、活性炭應用注意事項 

  　1、運輸與裝卸： 活性炭在運輸過程中，不得用鐵鉤拖拽，應防止與堅硬物質混裝，不可強烈振動、磨擦、踩、砸，嚴禁拋擲，應輕裝輕卸，以減少炭粒破碎，影響使用。

    2、儲存：應儲存于陰涼干燥處，防止內外包裝袋破裂，防止受潮和吸附空氣中其它物質，影響使用效果。嚴禁與有毒有害氣體或易揮發物質混放，存放要遠離污染源??

    3、嚴禁水浸： 活性炭屬于多孔性吸附類物質，所以在運輸、儲存和使用過程中，都要絕對防止水浸，因水浸后，水填充了活性孔隙，減少了活性炭比表面與氣體的直接接觸，嚴重影響使用效果。

    4、防止焦油類物質： 在使用過程中，應禁止焦油類粘稠物質進入活性炭床，以免堵塞活性炭孔隙或遮蓋了活性炭展開表面，使氣體不能與活性炭展開表面接觸，失去應用效果，如氣體中含有此類物質，應在氣體進入活性炭床前進行清除（最好有除焦設備）以達到好的應用效果。

    5、防火： 活性炭在儲存或運輸時，防止與火源直接接觸，以防著火。活性炭再生時避免進氧并再生徹底，再生后必須用蒸氣冷卻降至800℃以下，否則溫度高，遇氧，活性 炭自燃。

    6、使用： 裝填時應先篩去因搬運產生的碎粒與粉塵。然后層層均勻鋪開，不得從進料孔處直接倒入，以免使大小顆粒裝填不均，最終造成氣體偏流，影響使用效果。裝填結束，開車前應先吹空，吹出活性炭表面粘附粉塵，避免開車后粉塵帶入后工段而影響正常生產。 

    7、安全需知： 濕的活性炭需要從空氣中除去氧，在安全密閉的容器內氧的消耗會造成有毒的環境，假如工人進到含有活性炭的容器內適當取樣或低含氧空間作業，應遵守國家相關標準及作業規范。

十五、活性炭再生 

第一部分 化學品及企業標識

化學品中文名稱：活性炭

英文名：Charcoa activated granular

第二部分 成分/組成信息

化學品名稱：活性炭

化學品分子式：C

組成成分：100%活性炭

CAS號：7440-44-0

第三部分 危險性概述

危險性類別：

侵入途徑：吸入、食入、經皮吸收

健康危害：無資料

環境危害：

爆炸危險：

第四部分  急救措施

皮膚接觸：用肥皂水洗掉即可，如有疼痛，及時就醫。

眼睛接觸：立即提起眼瞼，用大量流動清水沖洗至少10分鐘。如有疼痛，就醫。

吸  入：  迅速轉移至空氣新鮮處，呼吸新鮮空氣；如有咳嗽或呼吸不適，及時就醫。

食  入：  讓受害者飲足量清水，如胃腸不適感加重，及時就醫。 

第五部分  消防措施

危險特性：可燃，高濃度粉塵可引起爆炸。

有害燃燒產物：

滅火方法及滅火劑：十粉，泡沫，噴水，二氧化碳。

滅火注意事項：沒有配備花謝防護衣和供氧設備請不要呆在危險區。 

第六部分  泄漏應急處理

個人防護：避免產生和吸入其粉塵。當粉塵濃度過高時，應急處理人員須穿戴安全防護用具進入現場。

環境保護措施：未經處理不允許進入排水系統。

清潔/吸收措施：采用安全的方法將泄漏物收集回收或運至廢物處理場所處理，根據化學品性質進一步處置。 

第七部分  操作處置與儲存

操作注意事項：無特殊要求

儲存注意事項：干燥，密封。常溫儲存。 

第八部分  暴露控制/個體防護

工程控制：密閉操作，局部排風。提供安全淋浴和洗眼設備。

呼吸系統防護：當空氣中粉塵濃度過高時，建議佩戴過濾式防塵呼吸器。必要時，佩戴空氣呼吸器。

眼睛防護：呼吸系統防護中已作防護。

身體防護：穿方化學品工作服。

手防護：戴防化學品手套。

其他防護：工作畢，洗手。淋浴更衣。

第九部分 理化特性

外觀與形狀：黑色粒狀或粉狀、無味。

溶解性：水（20℃）不溶

顆粒尺寸：≤150m

PH值（50g/l  水溶液，20℃）： 6

升華點：3700℃

密度：散裝密度：250-350kg/m3

閃點：無資料

第十部分    穩定性和反應活性

穩定性：穩定

避免接觸條件：強加熱

禁忌物：強氧化劑

危險分解產物：碳氧化合物

聚合危害：不發生

第十一部分 毒理學資料

活性炭無毒

急性毒性：無資料

其他資料：小心合理使用產品不會出現有害性。

第十二部分 生態學資料

生態效應：無資料

其他生態數據：小心合理使用產品不會出現生態問題。

第十三部分    廢氣處置

廢氣方法：對化學品殘存物的處置沒有統一的國家法規，化學殘存物一般作特殊廢物。處置前應參閱國家和地方有關法規。我們建議您聯系掌管的當局或認可的廢物處置公司，他們會建議您如何處置特殊廢物。

包裝物：處置前應參閱國家和地方有關法規。用外埋污染物的方法來處理污染的包裝物。如過沒有特別規定，未受到污染的包裝物可作家庭廢物對待或再循環使用。

第十四部分 運輸信息

危險貨物編號：

包裝標志：

包裝類別：

包裝方法：編織袋包裝或桶包裝，每包或桶為25公斤。