活性炭知識入門
活性炭已經(jīng)有超過2500多種商業(yè)產(chǎn)品應(yīng)用。大部分的污水處理廠都會用活性炭濾料對排除廠區(qū)的污水和臭氣進(jìn)行處理。但是在“正規(guī)教育里，你不會找到關(guān)于它們的特征和屬性的介紹。一般你是在工作才接觸認(rèn)識它們的。
活性炭是一種惰性固體吸附材料，通常用于去除各種溶于水中的污染物和處理工業(yè)廢氣。它幾乎由任何含碳原料制成，包括椰子殼和煤炭原料，這些讀者大多可以通過谷歌搜到。
吸附（adsorption）是一種氣體或液體在另一種液體或固體底物表面的積聚過程。它與吸收作用（absorption）相反，后者的外界物質(zhì)會進(jìn)入底物的體內(nèi)。
活性炭是多孔、成本低、作為吸附劑，它即插即用，可以提供足夠大的表面積以除去污染物。與任何其他用于物理吸附的材料相比，活性炭單位有效比表面積更大。實際上，一茶匙的活性炭的表面積甚至超過一個美式橄欖球場的面積。
物理現(xiàn)象
由于這樣罕見特性，活性炭捕捉水溶性污染物的性能特別優(yōu)異，這包括各種帶有味道、氣味、顏色和毒性的物質(zhì)。它的去除原理是通過污染物和碳石墨片表面之間的表面相互作用而產(chǎn)生的吸附效應(yīng)。
污染物和碳表面之前的相互作用是通過范德華力(Van der Waal forces)和誘導(dǎo)性的偶極相互作用發(fā)生的?；钚蕴际瑢⒅行杂袡C(jī)分子誘發(fā)成為分子內(nèi)偶極子。誘導(dǎo)偶極子使分子彼此吸引并粘在一起，因此它們從溶液中析出，進(jìn)入碳納米尺寸的孔或吸附空間中。 這種有活性炭促成的作用被稱為提前凝聚（premature condensation）。
活性炭已經(jīng)有超過2500多種商業(yè)產(chǎn)品應(yīng)用。大部分的污水處理廠都會用活性炭濾料對排除廠區(qū)的污水和臭氣進(jìn)行處理。但是在“正規(guī)教育里，你不會找到關(guān)于它們的特征和屬性的介紹。一般你是在工作才接觸認(rèn)識它們的。小編推薦：水處理設(shè)備消毒方法有哪些？
活性炭是一種惰性固體吸附材料，通常用于去除各種溶于水中的污染物和處理工業(yè)廢氣。它幾乎由任何含碳原料制成，包括椰子殼和煤炭原料，這些讀者大多可以通過谷歌搜到。
吸附（adsorption）是一種氣體或液體在另一種液體或固體底物表面的積聚過程。它與吸收作用（absorption）相反，后者的外界物質(zhì)會進(jìn)入底物的體內(nèi)。
活性炭是多孔、成本低、作為吸附劑，它即插即用，可以提供足夠大的表面積以除去污染物。與任何其他用于物理吸附的材料相比，活性炭單位有效比表面積更大。實際上，一茶匙的活性炭的表面積甚至超過一個美式橄欖球場的面積。
物理現(xiàn)象
由于這樣罕見特性，活性炭捕捉水溶性污染物的性能特別優(yōu)異，這包括各種帶有味道、氣味、顏色和毒性的物質(zhì)。它的去除原理是通過污染物和碳石墨片表面之間的表面相互作用而產(chǎn)生的吸附效應(yīng)。
污染物和碳表面之前的相互作用是通過范德華力(Van der Waal forces)和誘導(dǎo)性的偶極相互作用發(fā)生的?；钚蕴际瑢⒅行杂袡C(jī)分子誘發(fā)成為分子內(nèi)偶極子。誘導(dǎo)偶極子使分子彼此吸引并粘在一起，因此它們從溶液中析出，進(jìn)入碳納米尺寸的孔或吸附空間中。 這種有活性炭促成的作用被稱為提前凝聚（premature condensation）。
活性炭制造商使用不同的原料和工藝參數(shù)來制備各種孔徑的濾料。合適的孔隙結(jié)構(gòu)選擇是影響活性炭性能的關(guān)鍵。
上圖顯示了由木材、椰子殼和煙煤等不同材料制成的活性炭的真實情況。t它們以不同的形式使用和出售，例如粉末狀、顆粒狀、小球狀、塊狀物和混合組成等。如上圖所示，它們的不同點在于由粗黑線表示的石墨片的尺寸大小，以及它們之間的距離。
粉末活性炭
微米級的粉末狀活性炭粒子由毫米級的顆粒活性炭研磨而成，和大顆粒相比，它具有更快的動力學(xué)性和更大的污染物去除能力。
粉狀活性炭可用于擴(kuò)散面積較大的污染事件，例如藻華現(xiàn)象和工業(yè)廢液或石油外溢等會污染市政水源的問題。另外也可以在澄清工藝單元投加這些粉末活性炭去除污染物。再之，它還可以保護(hù)那些固定式的活性顆粒碳床免受突然的進(jìn)水污染。
如果處理廠缺少基于顆粒活性炭的基礎(chǔ)設(shè)施，或者在特定時間內(nèi)濾池沒有足夠的顆?；钚蕴縼響?yīng)對一些偶然性的污染事件的話，使用粉末活性炭是一個比較經(jīng)濟(jì)的替代方案。一次性的粉末狀活性炭可以批量式處理污染，將污染降至特定的可接受的最大污染水平（maximum contamination levels - MCL），但不一定是零污染或者低至檢測閾值以下。
顆?；钚蕴?/div>
毫米級的顆粒活性炭可以將污染物水平降至分析檢測閾值濃度以下，而且與粉末活性炭相比，它僅需要的碳量只要后者的約四分之一。
然而，處理廠需要適當(dāng)?shù)氖┰O(shè)來補(bǔ)充新的濾料去，并且將用過的廢舊活性炭進(jìn)行熱再生。再生后的活性炭成本是新鮮或未使用的顆粒狀活性炭的一半左右。顆?；钚蕴康氖褂檬且粋€連續(xù)過程，它是一種基于熱再生的多用途產(chǎn)品。這種循環(huán)回用使這種活性炭被視作“綠色化工”。
對于可能性和頻率較高的工業(yè)污染，需要準(zhǔn)備更多的活性炭來應(yīng)對可能的緊急情況。粒狀或超大碳顆?；钚蕴坑糜诳刂瞥鞘形鬯械膿]發(fā)性污染氣體，例如硫化氫和其他氣體。顆粒活性炭也減少了過濾床的變量，讓廢氣流通過碳床就能實現(xiàn)凈化，這也減少了讓廢氣通過致密濾床的風(fēng)機(jī)等潛在能耗。
使用常規(guī)活性炭，流動性的硫化氫還可以氧化成不能移動的單質(zhì)硫，這些硫單質(zhì)會在碳表面積聚。目前已經(jīng)有人研究用生成的硫單質(zhì)作為活性炭濾床是否需要更換的指示劑。再之，活性炭可以用作催化劑，催化雙氧水，可有效去除廢硫酸中的有機(jī)雜質(zhì)，回收硫酸直接或者經(jīng)濃縮后可回用。
傳質(zhì)區(qū)間
活性炭濾床深度一般為3至10英尺，設(shè)有幾層活性炭，其中尺寸較小的顆粒位于濾床上方，最大的顆粒位于底部。
吸附過程中在活性炭層中有一段特殊的位置，活性炭對污染物的吸附集中發(fā)生在該段中，該段前端（相對于水流方向）的活性炭可以看作未吸附的炭，而后端的活性炭都可看作飽和的炭。該段活性炭則被稱為吸附帶 （Mass transfer zone-MTZ）。在吸附帶中，活性炭的飽和程度從0到100%。
當(dāng)吸附裝置開始過濾時，吸附帶處于活性炭層上部；當(dāng)表層吸附飽和后，吸附帶逐漸下移；當(dāng)吸附帶移至活性炭層下沿時，出水濃度急劇增大，出水濃度增大到預(yù)定值時，炭層穿透。由于吸附帶中炭不能被全部利用，所以吸附帶的長度將影響整個活性炭層的使用率。吸附速度越快、吸附帶的長度越短、活性炭層的利用率越高。
水平推流床吸附帶的遷移曲線，垂直床利用重力流動
對濾床進(jìn)行采樣時，應(yīng)該在上、中、下三個區(qū)間設(shè)計采樣點。這樣才能準(zhǔn)確地估算吸附帶的實時位置和整個濾床的剩余使用時間。
性能最大化
為了改善性能和降低成本，串聯(lián)式的多濾床是典型的配置方法。畢竟大家的最終目前都是用最低的成本交付最優(yōu)質(zhì)的飲用水。這種前后式串聯(lián)確保前段濾床都會完全使用，后段的模塊可以用作對出水的進(jìn)一步優(yōu)化，例如去除一些微量污染物等。整體上，這樣只需對前段的模塊做更換，延長后段模塊的使用壽命，在一定程度上減低維護(hù)成本。
廢舊活性炭處理
活性炭總會飽和，不可能一直用下去。無論是新的原始活性炭或再生回用的活性炭，它需要定期的更換。另外碳孔的分布是不均勻的，吸附能量有強(qiáng)弱之分，像上圖幾種不同材料做成的活性炭的碳石墨片那樣，間距越小的碳片可以提供更高的吸附勢能。再生活性炭的性能經(jīng)過幾次循環(huán)回用之后，吸附功效會逐漸減弱，最終還是需要使用新的未用過的活性炭來代替。
當(dāng)然，有些時候通過熱再生來擴(kuò)大孔徑分布是有好處的，例如對于那些較大分子和較高分子量的吸附對象。 然而，像三鹵甲烷這種有水溶性的、低分子量的微量污染物，可能不易被吸附；另一方面，這些再生活性炭產(chǎn)生的吸附帶更長。
因此，如果要對活性炭在污水廠的使用做進(jìn)一步的討論的話，我們需要探討相應(yīng)的測試方法，來幫助水廠運行人員為其具體的應(yīng)用情景選擇最佳的配置方案，并對活性炭的功效和生命周期做評估。
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