污水處理中活性炭的性能介紹 更換周期及吸附量計算
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一、活性炭基本介紹
活性炭又稱活性炭黑。是黑色粉末狀或顆粒狀的無定形碳�；钚蕴恐鞒煞殖颂家酝膺�有氧、氫等元素�；钚蕴吭诮Y構上由于微晶碳是不規則排列，在交叉連接之間有細孔，在活化時會產生碳組織缺陷，因此它是一種多孔碳，堆積密度低，比表面積大。
二、活性炭凈水原理
活性炭是一種很細小的炭粒，有很大的表面積，而且炭粒中還有更細小的孔——毛細管。這種毛細管具有很強的吸附能力，由于炭粒的表面積很大，所以能與雜質充分接觸。這些雜質碰到毛細管被吸附，起凈化作用。
三、活性炭的要求
好的活性炭必須具有吸附容量大、使用壽命長、機械強度高、灰份低、易沖洗、出水水質好等特點，它不但能除去異臭、異味、提高色度，而且對水中的各種有毒有害物質如：氯、酚、汞、鉛、砷、氯化物、洗滌劑、農藥、化肥等污染物具有很高的去除率。
具體主要技術指標如下：
1、粒度(10—24目2.0—0.8mm )：≥95%
說明：通常來說，顆粒越小的活性炭，比外表積越大，也就是吸附效果越好，但是顆粒越小，損耗也會越大，粉塵也會越多。
2、碘吸附值：≥1000mg/g
說明：一般來說碘吸附值越高，活性炭的吸附能力越強。
3、比表面積：1000---1200m²/g
說明：若取1克活性炭，將里面所有的孔壁都展開成一個平面，這個面積將達到1000平方米(既比表面積為1000g/m2)!影響活性炭吸附性的主要因素就取決于內部孔隙結構的發達程度。(及比表面積越大，活性炭的吸附效果越好)。
4、亞甲蘭脫色力：≥10mL/g
說明：除色能力。
5、耐磨強度：≥95%
說明：即耐磨損或抗磨擦的性能;強度越高，活性炭性能越好。
6、干燥減量：≤10%
說明：干燥減量及指水分，此值越低，活性炭質量越好。
7、灼燒殘渣：≤3%
說明：灼燒殘渣及指灰分，此值越低，活性炭質量越好。
8、充填比重：0.48---0.55g/mL
說明：充填比重及指密度，一般密度越小，活性炭的吸附力越好。
9、PH值：6—8
活性炭使用壽命的簡單計算公式： 活性炭的質量假設為m(千克);
給水活性炭吸附量(7%)=0.07m(千克) =70m(克)
(給水活性炭吸附量根據活性炭的質量好壞有所不同) 水流量=L(噸每小時)
進水有機物含量為a(毫克每升)=a(克每噸) 進入活性炭有機物=a(克每噸)×L(噸每小時)=a*L(克每小時) 活性炭壽命=70m(克)/a*L(克每小時) =70m/a*L(小時)
由以上公式在知道了水流量，進水有機物含量，使用活性炭質量的情況下就可以大致推測出活性炭的使用壽命，反之亦可推測出其他參數值。
四、活性炭的分類
由于原料來源、制造方法、外觀形狀和應用場合不同，活性炭的種類很多，在這里按照活性炭材質及結構的不同并在凈水行業的運用進行以下分類。
4.1、煤質活性炭
4.1.1、煤質活性炭特點
煤質活性炭采用優質煤為原材料,經過炭化→冷卻→活化→洗滌等一系列工序研制而成。其外觀普遍為黑色圓柱狀活性炭，不定形煤質顆�；钚蕴�，又稱破碎炭。圓柱形活性炭又稱柱狀炭，一般由粉狀原料和粘結劑經混捏、擠壓成型再經炭化、活化等工序制成。也可以用粉狀活性炭加粘結劑擠壓成型。具有發達的孔隙結構，良好的吸附性能，機械強度高，易反復再生，造價低等特點。
4.1.2、煤質活性炭用途
煤質活性炭用于有毒氣體的凈化，廢氣處理，工業和生活用水的凈化處理，溶劑回收等方面。并且廣泛應用于工農業生產的各個方面，如石化行業的無堿脫臭(精制脫硫醇)、乙烯脫鹽水(精制填料)、催化劑載體(鈀、鉑、銠等)、水凈化及污水處理;電力行業的電廠水質處理及保護;化工行業的化工催化劑及載體、氣體凈化、溶劑回收及油脂等的脫色、精制;食品行業的飲料、酒類、味精母液及食品的精制、脫色;黃金行業的黃金提取、尾液回收;環保行業的污水處理、廢氣及有害氣體的治理、氣體凈化;以及相關行業的香煙濾嘴、木地板防潮、吸味、汽車汽油蒸發污染控制，各種浸漬劑液的制備等。
4.2、木質活性炭
4.2.1、木質活性炭特點
木質活性炭采用優質木屑、椰殼等為原料，經粉碎、混合、擠壓、成型、干燥、炭化、活化而制成。具有比表面積大，活性高，微孔發達，脫色力強，孔隙結構較大等特點，孔隙結構大，能有較吸附液體中的顏色等較大的各種物質、雜質。
4.2.2、木質活性炭用途
木質活性炭主要用于食品、酒類、油類、飲料、染料、化工、自來水凈化、污水處理、降COD、藥用活性炭等。能有效吸附水中的游離氯、酚、硫和其它有機污染特，特別是致突變物(THM)的前驅物質，達到凈化除雜去異味。產品更具脫色、提純、除雜、除臭、去異味、載體、凈化、回收等功能。
4.3、纖維活性炭
4.3.1、活性炭纖維特點
活性炭纖維(ACF)，亦稱纖維狀活性炭，是性能優于活性炭的高效活性吸附材料和環保工程材料。其超過50%的碳原子位于內外表面，構筑成獨特的吸附結構，被稱為表面性固體。 它是由纖維狀前驅體，經一定的程序炭化活化而成。較發達的比表面積和較窄的孔徑分布使得它具有較快的吸附脫附速度和較大的吸附容量，且由于它可方便地加工為氈、布、紙等不同的形狀，并具有耐酸堿耐腐蝕特性。
4.3.2、活性炭纖維用途
適用于處理含酚、醫藥、硫醇等難以生化分解的有機廢水。因其吸附量大，吸附速度快，脫附性能好，再生容易，可使裝置小型化，連續化。工程設計簡單而靈活，運行費用低，不產生二次污染。 可用于食品、飲料、醫藥、制糖、釀酒行業生產中的脫色除臭，飲用水之凈化、殺菌，自來水中去除余氯等用途。
五、活性炭的對比
表1 活性炭的對比
(1)木質活性炭一般比煤質活性炭吸附力更強，比表面積更大，吸附效果更好，而同碘值的活性炭也只有木質中的椰殼的效果最好。
(2)纖維活性炭比普通活性炭比表面積大、吸脫附速率快、吸附效率高。
六、活性炭的識別
因木質活性炭比煤質活性炭成本高許多，而且成品活性炭材質一般不容易被普通大眾所識別。市場上常有不法銷售商利用消費者無法識別材質的弱點，用煤質活性炭假冒椰殼活性炭銷售，不管是民用還是工業用領域，此現象都較為嚴重。以下是簡單區分它們的幾個方法
1、木質活性炭其主要特點是密度小、手感輕，拿在手里的重量明顯比煤質活性炭輕。相同重量的活性炭，木質活性炭體積一般大于煤質活性炭。
2、木質活性炭形狀一般為破碎顆粒狀、片狀，而成型活性炭，如柱狀、球狀活性炭，多為煤質炭。
3、因果殼活性炭密度小，手感輕，因此可以將活性炭放到水里，煤質炭一般沉底較快，而果殼活性炭浮在水中的時間更長，隨著活性炭吸附水分子達到飽和，加重自身重量才會逐步全部沉入水底，當活性炭全部沉底后，會看見每顆活性炭外面都包裹著一個小氣泡。
4、果殼活性炭為小分子孔隙結構，將活性炭放到水里，其吸附水分子時所排空氣會產生許多非常細小的水泡(肉眼剛好能看見)，密密麻麻的不停浮向水面。而煤質活性炭一般為大分子孔隙結構，所產生的氣泡相也對較大。
七、活性炭的選購
在無檢測設備的情況下如何簡單識別活性炭吸附值的高低呢?這里介紹幾種比較容易的方法供參考。
1、直接看廠家提供的指標�；钚蕴砍Ｓ梦街笜酥饕校旱馕街�、四氯化碳(CTC)吸附值、亞甲藍吸附值，碘吸附值用來表示活性炭對液體物質的吸附能力，四氯化碳吸附值用來表示活性炭對氣體物質的吸附能力，亞甲藍吸附值是用來表示活性炭脫色能力的。這三種指標越高，表明活性炭的吸附能力越強。因此在購買活性炭時可根據自己的使用情況結合廠家提供的這些指標來選購適合自己用途的活性炭。
2、看體積：上面已經介紹過了，要想提高活性炭的吸附性能，只有盡可能多地在活性炭上制造孔隙結構，孔隙越多，活性炭越酥松，相對密度也就會越輕，因此好的活性炭手感上會比較輕，在同等重量包裝的情況下，性能好的活性炭會比劣質活性炭體積大許多。
3、看氣泡。將一小把活性炭投入水中，由于水的滲透作用，水會逐漸浸入活性炭的孔隙結構中，迫使孔隙中的空氣排出，從而產生一連串的極為細小的氣泡，在水中拉出一條細小的氣泡線，同時會發出絲絲的氣泡聲。這種現象發生得越劇烈，持續時間越長，活性炭的吸附性就越好。
4、看脫色能力�；钚蕴课侥芰Φ牧硪粋�表現就是脫色能力，活性炭具有能將有色液體變成淺色或無色的神奇能力，這其實就是因為活性炭吸附了有色液體里的色素分子的原因造成的。正因為活性炭的這種特性，被廣泛應用于制糖工業領域中紅糖變白糖的生產過程中。
取兩只透明杯子，在一只杯子里放入純凈水，然后滴入一滴紅墨水(這里可以用任何一種便于觀察但不改變水的性質的色素都可以，例如藍墨水、打印機彩色墨水，但不能使用墨汁和碳素墨水)，攪拌均勻后將一半有色水倒入另一個杯子中留作對比樣。將活性炭放入有色水中，數量應達到水的一半或更多，這樣效果會比較明顯，靜置10—20分鐘后與對比水樣進行對照，在同等條件下，脫色效果越強說明活性炭吸附性越好。
選購活性炭還應該注意以下幾點：
(1)活性炭包裝最好是密封包裝的。因為在空氣中或多或少地彌漫著各種有機大分子物質，特別是象在剛裝修不久的商店或家里的儲藏柜里酚醛類物質濃度極大，這些物質都會被活性炭所吸附，日積月累，活性炭的吸附性能會因為吸附了這些物質而降低甚至無法使用。因此越是吸附值高的活性炭越應該采用密封包裝以防止活性炭性能被外界干擾。
(2)現在市場上出現的假冒活性炭有的是用活性炭的半成品“炭化料”來冒充，炭化料只有經過“活化”過程才能成為真正的活性炭，而活化過程正是活性炭制造工藝中最重要的制造孔隙結構的過程。缺少了這個過程的炭化料可以說幾乎沒有任何吸附性能。
炭化料由于沒有進行活化造孔的過程，所以表面要比活性炭光潔，且顏色發白，略有金屬光澤，手感上要比活性炭硬，且重量也重許多。還有相當一部分的假冒活性炭采用的是劣質原料攙硅藻土燒制，其碳含量極低，大部分為無活性的物質，這種碳顏色相對較白，手感非常重，顆粒長度較長，強度也很高，互相碰撞會發出類似陶瓷敲擊時的清脆聲音，用手掰開會發現斷面上有白色細小顆粒選購時一定要注意以免上當。
八、活性炭的注意事項
8.1使用活性炭需注意事項
(1)使用前要清洗去除粉塵，否則這些黑色的粉塵可能暫時會影響水質的清潔度。但建議不要直接用新鮮的自來水沖洗，因為活性炭的多孔隙一旦吸附大量自來水中的氯以及漂白粉，在隨后放置到過濾器中使用時會對水質造成破壞。
(2)靠平時簡單的清洗，是無法將活性炭的多孔隙中堵塞的雜物清潔干凈的。所以，務必定期更換活性炭，以免活性炭因“吸附飽和”而失去功效。且更換的時機最好不要等它失效以后再更換，如此方可確�；钚蕴磕懿粩嗟匕阉逑渌|中的有害物質去除。
(3)活性炭的處理水質的效率與其處理用量相關，通常為“用量多處理水質的效果也相對好”。
(4)定量的活性炭被使用后，在使用初期應該經常觀測水質的變化，并留意觀測結果，以作為多長時間活性炭失效而更換的時間判斷依據。
8.2活性炭的運輸和儲存需注意事項
(1)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)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)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，以免堵塞活性炭孔隙或遮蓋了活性炭展開表面，使液體不能與活性炭展開表面接觸，失去應用效果，如液體中含有此類物質，應在液體進入活性炭床前進行清除設以達到好的應用效果。
(4)活性炭在儲存或運輸時，防止與火源直接接觸，以防著火。
九、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
