國外利用粉末活性炭去除水中有機物、除色、除嗅味物質(zhì)己取得成功的經(jīng)驗與較好的去除效果。國內(nèi)利用粉末活性炭去除污染物正處于研究之中，目前實際的應(yīng)用仍然不多。微污染水源水紫外線預(yù)處理滅藻技術(shù)、粉末活性炭在凈水處理中的應(yīng)用、改進清水池設(shè)計以提高消毒效率及減少消毒副產(chǎn)物等課題進行了探討，對行業(yè)水質(zhì)技術(shù)的提高具有積極的推動作用。如上世紀20年代美國芝加哥，已成功利用粉末活性炭與錳砂過濾工藝相結(jié)合，防預(yù)了飲用水的氯酚污染；在東普魯士早已利用粉末活性炭消除季節(jié)性的原水藻類異味等。認為雖然顆�；钚蕴�能保證良好的工藝性，但吸附循環(huán)的較短時間仍是粉末活性炭的優(yōu)點。國內(nèi)利用粉末活性炭去除污染物正處于研究之中，目前實際的應(yīng)用仍然不多。

由佰科公司、中國水協(xié)科技委、中法水務(wù)投資有限公司和法國蘇伊士集團主辦的水質(zhì)技術(shù)發(fā)展研討會共收到論文20余篇，中外水業(yè)專家、學(xué)者就微污染水源水紫外線預(yù)處理滅藻技術(shù)、粉末活性炭在凈水處理中的應(yīng)用、改進清水池設(shè)計以提高消毒效率及減少消毒副產(chǎn)物等課題進行了探討，對行業(yè)水質(zhì)技術(shù)的提高具有積極的推動作用。

國外利用粉末活性炭去除水中有機物、除色、除嗅味物質(zhì)己取得成功的經(jīng)驗與較好的去除效果。如上世紀20年代美國芝加哥，已成功利用粉末活性炭與錳砂過濾工藝相結(jié)合，防預(yù)了飲用水的氯酚污染；在東普魯士早已利用粉末活性炭消除季節(jié)性的原水藻類異味等。認為雖然顆�；钚蕴�能保證良好的工藝性，但吸附循環(huán)的較短時間仍是粉末活性炭的優(yōu)點。國內(nèi)利用粉末活性炭去除污染物正處于研究之中，目前實際的應(yīng)用仍然不多。粉末活性炭的投加量與水的濁度、臭味物質(zhì)的濃度有關(guān)，投加量應(yīng)根據(jù)水質(zhì)的特點試驗確定。研究的關(guān)鍵是如何根據(jù)自身企業(yè)的實際情況，致突變污染物的組成，不同水源水廠不同工藝配置的特點，進行大量的室內(nèi)外試驗，尋找相適應(yīng)的投加工藝和投加碳的品種，以期建立相對經(jīng)濟、簡單易行的投加粉末活性炭工藝。

一、粉末活性炭的凈水效能研究：

粉末活性炭吸附水中溶質(zhì)分子是一個復(fù)雜的過程，是幾種力綜合作用的結(jié)果，包括離子吸引力、范德華力、化學(xué)雜和力。根據(jù)吸附的雙速率擴散理論認為，吸附是一個由迅速擴散和緩慢擴散兩階段構(gòu)成的雙速過程，迅速擴散在數(shù)小時內(nèi)即完成，發(fā)揮了60%-80%活性炭的吸附容量。迅速擴散是溶質(zhì)分子在碳粒內(nèi)沿徑向均勻分布的阻力小的大孔隙中擴散的過程。這些大孔隙產(chǎn)生徑向的擴散阻力。當分子從大孔進一步進入與大孔相通的微孔中擴散時，由于受到狹窄孔徑所產(chǎn)生的很大阻力，從而極為緩慢。微孔也是在碳粒內(nèi)均勻分布，但不構(gòu)成徑向的擴散阻力。影響粉末活性炭吸附的因素涉及溶質(zhì)分子極性、分子量大小、空間結(jié)構(gòu)，這一點取決于水源水質(zhì)的特征�；钚蕴繉Σ煌�的物質(zhì)分子具有選擇吸附性。

(一)投加工藝的選擇：

國外專家曾對粉末活性炭的應(yīng)用情況進行分析研究，認為粉末活性炭對人工合成化學(xué)物的吸附去除主要取決于該化合物的類型。在選擇投加點時，必須考慮混合程度和處理接觸時間，盡量減少水處理藥劑對吸附的干擾。根據(jù)國內(nèi)某水廠近年應(yīng)用粉末活性炭的經(jīng)驗認為，對于有生活污水、工業(yè)污水的排放，造成水體富營養(yǎng)化，導(dǎo)致水體藻類等微生物急劇繁殖等，屬于污染較嚴重、較為復(fù)雜的水源；枯水期時常散發(fā)成分復(fù)雜的異臭、異味，再加上取水河段為潮感河流，污水回蕩時間長，污染造成的危害較大。選取投加粉末活性炭工藝時，主要考慮：

(1)投加點要有充足的攪拌條件，使粉末活性炭能快速與處理水有良好的混合接觸。

(2)盡量延長粉末活性炭與水體接觸吸附時間，充分利用粉末活性炭的吸附能力，提高吸附率。

(3)盡量選取粒徑小的粉末活性炭，使同等重量的活性炭吸附面積相對大；選取中孔較發(fā)達的木質(zhì)活性炭，力求提高活性炭對有機物的吸附效能。

(4)盡量減小水處理過程中的化學(xué)藥品干擾，如氯、高錳酸鉀、混凝劑等。

(5)要根據(jù)投加量的多少、場地條件選取干式或濕式投加。

(6)根據(jù)水質(zhì)污染狀態(tài)確定投加量。投加量從5-30mg/L不等。某水廠投加粉末活性炭工藝如下：

(二)投加粉末活性炭明顯改善出水水質(zhì)：

(1)投加粉末活性炭對去除色度有明顯效果。色度的去除有報道可達70%，色度低表明去除有機物的效率高，除鐵、錳的效果好。但去除色度的效果并沒有和投加活性炭量成正比，其復(fù)雜的機理，還有待下一步研究。

(2)投加粉末活性炭對去除嗅味有明顯效果。南方某水體的富營養(yǎng)化水體不僅是藻類繁殖和殺滅過程產(chǎn)生的異臭，還面對復(fù)雜的工業(yè)排污污染，水體長期酚類物質(zhì)的異常濃度所引起的異臭。由于致臭物質(zhì)的動態(tài)性和不確定性，故臭味的定量分析成為十分艱難的課題，設(shè)想要經(jīng)過多年對特定水體的調(diào)查研究，設(shè)立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，設(shè)立相應(yīng)的分析方法，才能逐步解決。目前臭味的檢測一般是用人的感官去鑒定，人為的誤差較大。除臭是粉末活性炭去除污染物的一個重要的綜合評價指標，也是供水行業(yè)目前面臨的確保飲用水安全的極其重要、難度相當大的感官指標。

(3)投加活性炭有助于去除陰離子洗滌劑。國內(nèi)外化工行業(yè)早已有利用粉末活性炭，來凈化去除工業(yè)廢水中的洗滌劑的工藝。也是粉末活性炭去除較大分子合成有機物的一個評價指標。

(4)投加活性炭有助于對藻類的去除。投加了粉末活性炭阻隔了藻類的光吸收，同時在濁度較低的水源中有明顯的助凝作用，有助于在混凝沉淀中去除藻類。如應(yīng)用投加粉末活性炭、聚丙烯酰胺助凝、高錳酸鉀氧化的聯(lián)合協(xié)同作用，嚴格控制沉淀池出水濁度為1NTU以下，則藻類的去除率可高達95%-98%。

(5)投加粉末活性炭使化學(xué)耗氧量(CODmn和CODcr)、五日生化需氧(BOD5)量大大降低，這些與水體有機污染程度正相關(guān)的表征指標的下降，表明了水體有毒有害物質(zhì)的去除程度。

(6)投加粉末活性炭對酚類的去除有良好的效果。上世紀30年代，國外已有采用粉末活性炭吸附焦化廠廢水中苯酚的工藝。根據(jù)水廠的應(yīng)用經(jīng)驗，認為在原水揮發(fā)性酚在0.005mg/L以下，投加粉末活性炭20mg/L以下，可以有效地去除；若原水揮發(fā)性酚在0.005mg/L以上，0.01mg/L以下，可明顯減低出廠水揮發(fā)性酚含量；但原水揮發(fā)性酚大于0.01mg/L時，單靠投加粉末活性炭，難以得到良好的去除效果。粉末活性炭對酚類的去除效果，是綜合評價吸附能力的重要指標，對于酚類污染嚴重的水體尤為重要。

(7)投加活性炭粉時出水濁度的影響。投加活性炭后由于活性炭比重大，并具有良好吸附性能，吸附在絮狀物上，增加絮狀物的比重，使水中相當部分有機物得到去除，具有良好的助凝性能。對于某濁度低，絮狀物由于有機膠體過多而輕浮的水體，助凝效果較顯著。投加粉末活性炭后，沉淀池、濾池出水濁度大幅度下降，自來水水質(zhì)大幅度提高。沉淀池出水濁度下降近60%，出廠水出水濁度下降近70%。但粉末活性炭投量大時，會發(fā)生微小碳粒穿透濾池的現(xiàn)象，影響出水濁度，所以當投加量大時，要嚴格控制好濾速和濾池出水濁度。

(8)投加粉末活性炭對水體致突變性的影響：水體致突變性用Ames試驗檢驗，試驗菌種為TA98、TA100，用XAD樹脂吸附水樣中致突變有機物，洗脫物用平皿滲入法作三個濃度檢驗，用突變菌落數(shù)和對應(yīng)的受試物濃度作回歸曲線，以突變菌落數(shù)為自發(fā)回變菌落數(shù)兩倍時的對應(yīng)水樣體積作為該水樣的低致突變劑量。比較各水樣的低致突變劑量可知其所含致突變有機物的多少。

  某水廠水源常年致突變試驗呈陽性，常規(guī)處理加氯消毒后致突變性一般會增加；投加粉末活性炭后，首次出現(xiàn)出廠水致突變?yōu)殛幮�。這不得不歸功于粉末活性炭對有機污染物的有效去除，從而證明投加粉末活性炭，是常規(guī)工藝改善飲用水水質(zhì)的簡捷途徑。

投加粉末活性碳后，水體相當部分有機物得到去除，水體中膠狀物質(zhì)含量減少，表面粘度下降。粉末活性碳吸附在絮凝物上，有利于絮體的架橋，能改善絮體的結(jié)構(gòu)。所以對濁度較低、污染嚴重的水體，投加粉末活性炭除有良好的去除有機污染能力，同時還具有良好的助凝作用，使出水水質(zhì)得到大幅度提高。是一種投資相對小、收效快，尤其是對于規(guī)模較大的舊水廠，是處理污染水源的一種可靠的凈化工藝。

二、粉末活性炭的吸附性能評價研究：

另一方面，對于吸附劑粉末活性炭，其內(nèi)表面化學(xué)結(jié)構(gòu)、比表面積可以影響吸附能力。在實際生產(chǎn)應(yīng)用中還有吸附速率的問題，活性炭顆粒的孔隙大小、粒徑分布決定了溶質(zhì)分子向碳粒內(nèi)部擴散的速度。所以活性炭的吸附能力和吸附速率兩方面決定了活性炭的質(zhì)量。因此如何評價選擇活性炭的種類和質(zhì)量，如何根據(jù)水源水質(zhì)選擇合適的碳種和投加量，成為生產(chǎn)中亟待研究解決的重要課題。

國內(nèi)一般主要采用碘值、亞甲藍值來評價活性炭的吸附性能。但是生產(chǎn)實踐和經(jīng)驗都證明僅采用這兩個指標不能全面評價活性炭，與實際的吸附效果有所差距。因此采用這些指標判斷活性炭的效能只有部分理論意義，不能全面、準確地反應(yīng)實際吸附狀況。

(一)目前評價水處理粉末活性炭的指標存在的問題：

經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)：碘值、亞甲藍值只能夠表明活性炭顆粒中細小孔徑的比表面積大小，但是在實際生產(chǎn)中有吸附速率的問題，即凈水工藝中吸附時間是有限的，水處理中應(yīng)用的粉末活性炭遠未達到完全吸附平衡�；钚蕴款w粒內(nèi)部中等孔隙是有機物分子的進入通道，一般認為活性炭的中等孔隙越發(fā)達越有利于吸附動力學(xué)平衡，所以中孔是否發(fā)達決定了吸附速率。為了結(jié)合實際應(yīng)用，我們不僅考慮粉末活性炭的總吸附比表面積(也就是碘值、亞甲藍值等指標)，還要判斷粉末活性炭顆粒內(nèi)部的孔徑分布是否容易達到快速吸附，即明確轉(zhuǎn)化為如何評價活性炭的孔徑分布是否合理。

進一步研究發(fā)現(xiàn)，采用一些具有特定立體空間結(jié)構(gòu)的有色大分子可以表征活性炭的孔徑分布。同時這些物質(zhì)可以采用一定的分析方法精確定量。采用這一系列的分子量階梯排列的吸附質(zhì)來評價粉末活性炭的綜合性能，與水廠生產(chǎn)情況和實際水樣吸附效果相一致。

(二)通過研究分析尋找水體特定的污染表征物，制定相應(yīng)的評價方法。

隨著試驗深入，采用某水源廣泛存在的一種典型有機污染化學(xué)工業(yè)產(chǎn)品標樣來作為吸附質(zhì)進行試驗。這種酚類物質(zhì)分子量適中，中等極性，分子空間結(jié)構(gòu)較大，所以可以很好地代表水中的較復(fù)雜有機分子。

采用綜合評價方法來衡量活性炭的性能：采用碘值、亞甲藍吸附值評價粉末活性炭的微孔比表面積；采用一些具有特定結(jié)構(gòu)的大分子表征活性炭的中孔發(fā)達情況；采用一種酚類標樣作為復(fù)雜有機物質(zhì)的代表來確定活性炭的吸附能力，通過三方面綜合評判可以更加準確和客觀。

吸附特定大分子有機物，對于木質(zhì)碳而言，250目的吸附效果比200目提高10.1%，325目的比200目提高25.3%；對于煤質(zhì)而言，250目的吸附效果比200目提高66.2%，325目的比200目提高101.5%。對于木質(zhì)和煤質(zhì)活性炭吸附特定大分子有機物效果比較，木質(zhì)遠遠優(yōu)于煤質(zhì)。

吸附特定天然有機物，對于木質(zhì)粉狀活性炭而言，250目的吸附效果比200目提高49.2%，325目的比200目提高61.9%；對于煤質(zhì)而言，250目的吸附效果比200目提高48.0%，325目的比200目提高56.0%。以這兩種木質(zhì)和煤質(zhì)活性炭吸附特定天然有機物比較，木質(zhì)遠遠優(yōu)于煤質(zhì)，吸附數(shù)量超過1-2倍。

試驗結(jié)果表明：

木材、果核為原料生產(chǎn)的活性炭與無煙煤為原料生產(chǎn)的活性炭相比，中孔數(shù)量較多，從吸附性能角度看，一般木質(zhì)、果核類活性炭較適合于某重污染水源，去除以酚類為主的致臭污染物水處理應(yīng)用。煤質(zhì)活性炭由于比重較大，相對用于助凝劑去除有機物和價格上有優(yōu)勢，尤其是對于不是以酚類為主的污染源的吸附流程較短的水廠。通過研究認為粉末活性炭的吸附能力與粒徑相關(guān)，粒徑越小，比表面積越大，吸附越強；但粒徑過小，易于穿透濾層，引起用戶不滿。根據(jù)生產(chǎn)應(yīng)用經(jīng)驗認為，如在吸水口投加的水廠，為了充分利用粉末活性炭的吸附能力，宜采用目數(shù)大于250目的粉末活性炭；但同時必須嚴格控制沉淀池出水濁度為1NTU左右，嚴格控制好濾池濾速。投加量較大的和在混凝沉淀后投加的水廠，宜采用小于200目的粉末活性炭，以確保自來水水質(zhì)。

三、小結(jié)：

隨著凈水深度處理工藝的推廣和活性炭生物濾池的應(yīng)用，雖然顆�；钚蕴�表現(xiàn)出良好的工藝性，但粉末活性炭吸附循環(huán)時間較短，投加方式較為簡捷，費用較低，可根據(jù)水體污染情況隨時更換碳種，仍是其突出的優(yōu)點。對于固有工藝的水廠改善出水水質(zhì)，對于突發(fā)污染事故的迅速處理，是顆�；钚蕴�無法取代的功能。所以，隨著國內(nèi)水體環(huán)境的不斷惡化，水質(zhì)要求的不斷提升，在水處理行業(yè)應(yīng)用粉末活性炭的范圍將會不斷擴大。逐漸從迫不得已的應(yīng)急事故處理應(yīng)用，轉(zhuǎn)向為提高和改善水質(zhì)的應(yīng)用。粉末活性炭在水處理的應(yīng)用會越來越廣，將為防治污染，改善飲用水水質(zhì)，做出重要的貢獻。

如何根據(jù)不同的處理水體的污染特征物，選用相適應(yīng)的活性炭類型，選用恰當?shù)耐都庸に�，是水處理行業(yè)的研究重點和難點。國外對凈水處理活性炭要求較高，而國內(nèi)相對顯得跟不上。對于活性炭去除水體異臭的重要指標ABS值和酚值研究不多，再加上國內(nèi)水體污染物比國外的復(fù)雜得多，給處理對象的確定帶來巨大的困難。由于處理對象的復(fù)雜，使應(yīng)用水平提高受到制約。以上的研究經(jīng)驗和體會供同行商討。