活性(xing)炭(tan)是由椰殼(ke)、果殼(ke)等(deng)為原料,經過炭(tan)化(燜燒爐(lu))、活化(在斯(si)列普(pu)活化爐(lu)中800℃高溫水蒸(zheng)汽活化)、破碎、篩選、風選、水洗、烘干等(deng)工序制得。
活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)是凈水(shui)(shui)器(qi)中(zhong)(zhong)使(shi)用較(jiao)多(duo)的(de)吸(xi)附(fu)材料(其他吸(xi)附(fu)材料還有(you):中(zhong)(zhong)性(xing)大(da)孔(kong)樹(shu)脂(zhi)、大(da)孔(kong)陰(yin)樹(shu)脂(zhi)、分(fen)(fen)子篩、硅藻土等)。早在二十世紀三(san)十年(nian)代,人們就用活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)從焦化廠的(de)廢水(shui)(shui)中(zhong)(zhong)吸(xi)附(fu)苯酚,因此,活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)在水(shui)(shui)處理中(zhong)(zhong)的(de)應(ying)用已有(you)近八十年(nian)的(de)歷史。有(you)記(ji)載1862年(nian)英(ying)國(guo)采用活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)凈化飲用水(shui)(shui)。我國(guo)現代較(jiao)早的(de)凈水(shui)(shui)器(qi)(上海仙童(tong)凈水(shui)(shui)科技有(you)限公司,1986年(nian))也是以活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)為凈水(shui)(shui)材料的(de)。可以說,從凈水(shui)(shui)器(qi)誕生(sheng)以來,活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)一直與(yu)凈水(shui)(shui)器(qi)“形影不離”,難分(fen)(fen)難解。
一、活性(xing)炭(tan)的分類(lei)
1、根(gen)據制活性炭(tan)原(yuan)料的(de)不同,活性炭(tan)可分為(wei):
(1)木(mu)質炭:又可分為(wei)木(mu)炭(由木(mu)屑為(wei)原(yuan)料(liao)制成(cheng))、竹炭(由竹為(wei)原(yuan)料(liao)制成(cheng))、果殼(ke)(ke)炭(由核桃殼(ke)(ke)或杏(xing)核為(wei)原(yuan)料(liao)制成(cheng))、椰殼(ke)(ke)炭(由椰子殼(ke)(ke)為(wei)原(yuan)料(liao)制成(cheng)),凈(jing)水器中常用的(de)是椰殼(ke)(ke)活性炭或果殼(ke)(ke)活性炭。
(2)煤質炭(由無煙煤制(zhi)成,以寧夏產的質量較好)。
(3)骨炭(由動物骨頭制(zhi)成)。
(4)載(zai)(zai)銀(yin)(yin)(yin)(yin)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan):一般以(yi)果(guo)殼(ke)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)為原料(liao),以(yi)特(te)殊工藝使(shi)之載(zai)(zai)銀(yin)(yin)(yin)(yin),含銀(yin)(yin)(yin)(yin)量常(chang)為0.1~0.3%,它在(zai)(zai)水(shui)(shui)(shui)中會(hui)緩慢釋放出銀(yin)(yin)(yin)(yin)離(li)(li)子(Ag+),而銀(yin)(yin)(yin)(yin)離(li)(li)子有殺(sha)菌作用(yong)(yong)(yong),因此載(zai)(zai)銀(yin)(yin)(yin)(yin)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)除了(le)普通活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)吸附功(gong)能(neng)外(wai),還具(ju)有抑(yi)制細菌繁(fan)殖的(de)功(gong)能(neng)。凈(jing)水(shui)(shui)(shui)器一定要用(yong)(yong)(yong)優良的(de)載(zai)(zai)銀(yin)(yin)(yin)(yin)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan),否則開始時出水(shui)(shui)(shui)中銀(yin)(yin)(yin)(yin)離(li)(li)子會(hui)超標,而使(shi)用(yong)(yong)(yong)不(bu)(bu)長(chang)(chang)時間就不(bu)(bu)再有銀(yin)(yin)(yin)(yin)溶出了(le)。波(bo)濤小(xiao)編(bian)曾經就如(ru)何生(sheng)產載(zai)(zai)銀(yin)(yin)(yin)(yin)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)問(wen)過(guo)波(bo)濤活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)生(sheng)產廠(chang)廠(chang)長(chang)(chang),他說(shuo)把活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)洗凈(jing),浸泡(pao)在(zai)(zai)硝(xiao)酸銀(yin)(yin)(yin)(yin)溶液中,撈出后濾(lv)干(gan)(gan),再泡(pao)入鹽(yan)酸或鹽(yan)水(shui)(shui)(shui)中,撈出后濾(lv)干(gan)(gan)、洗凈(jing)、烘干(gan)(gan)。我聽完(wan)后就告訴他說(shuo),你這是(shi)載(zai)(zai)的(de)氯化(hua)銀(yin)(yin)(yin)(yin),氯化(hua)銀(yin)(yin)(yin)(yin)在(zai)(zai)水(shui)(shui)(shui)中溶解(jie)(jie)度較大,就會(hui)出現前述(shu)情況(kuang),開始時出水(shui)(shui)(shui)中銀(yin)(yin)(yin)(yin)離(li)(li)子超標,飲用(yong)(yong)(yong)此水(shui)(shui)(shui)對(dui)人體有害;使(shi)用(yong)(yong)(yong)不(bu)(bu)長(chang)(chang)時間,氯化(hua)銀(yin)(yin)(yin)(yin)全(quan)溶解(jie)(jie)完(wan)了(le),就不(bu)(bu)再有銀(yin)(yin)(yin)(yin)離(li)(li)子溶出了(le),也不(bu)(bu)再有抑(yi)菌作用(yong)(yong)(yong)了(le)。所以(yi)這樣(yang)的(de)載(zai)(zai)銀(yin)(yin)(yin)(yin)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)肯定不(bu)(bu)行,建議(yi)慎(shen)用(yong)(yong)(yong)。
2、根據活性炭(tan)(tan)形(xing)態(tai)的不(bu)同,家用(yong)凈水器中常用(yong)的活性炭(tan)(tan)可分為:
(1)粉末活性炭(PAC)
粉末(mo)活(huo)性炭(tan)(tan)實際上是(shi)粒(li)度(du)更細小的(de)(de)(de)顆(ke)粒(li)活(huo)性炭(tan)(tan)。由于顆(ke)粒(li)細小,比表(biao)面(mian)積大,它的(de)(de)(de)吸附效果(guo)優于常用的(de)(de)(de)顆(ke)粒(li)活(huo)性炭(tan)(tan)。德(de)國世(shi)保康(kang)及美國愛惠浦就是(shi)采用的(de)(de)(de)粉末(mo)活(huo)性炭(tan)(tan)。
(2)顆粒活性(xing)炭(GAC)
這(zhe)是在凈(jing)水(shui)(shui)器(qi)(qi)中(zhong)常用(yong)的(de)活性炭。顆粒(li)越小,吸附效果(guo)越好,但水(shui)(shui)的(de)阻力(進(jin)出(chu)口壓差)越大(da),也容易漏炭,因此凈(jing)水(shui)(shui)器(qi)(qi)制造廠應選(xuan)擇粒(li)度(du)合適的(de)顆粒(li)。在大(da)型水(shui)(shui)處理設備(bei)中(zhong),常選(xuan)用(yong)10~24目,小型家用(yong)凈(jing)水(shui)(shui)器(qi)(qi)由于炭柱高度(du)短(duan)、流速快、水(shui)(shui)與(yu)活性炭接觸時間(jian)短(duan),建議(yi)選(xuan)用(yong)16~32目)。
(3)活(huo)(huo)(huo)性炭纖(xian)維(wei)氈(ACF),按原材(cai)料(liao)不同,它又有(you)二種:一種是(shi)(shi)以粘膠基(ji)纖(xian)維(wei)長絲為原料(liao),加工成布,經炭化(hua)(hua)、活(huo)(huo)(huo)化(hua)(hua)、高溫處理(li)而成;另一種是(shi)(shi)以聚丙烯腈基(ji)纖(xian)維(wei)為原料(liao),加工成氈,經預氧化(hua)(hua)、炭化(hua)(hua)、活(huo)(huo)(huo)化(hua)(hua)、高溫處理(li)而成。平均孔徑前者為17~26A,后者為10~20A。
活(huo)性炭(tan)纖維常制(zhi)成厚1~5mm厚的氈,它的微孔比顆粒活(huo)性炭(tan)更(geng)多,比表面積更(geng)大(1000~1600m2/g),吸附容量更(geng)大(高2~6倍),吸附速度(du)更(geng)快(kuai),而(er)且具有(you)良好的再生性能,脫附速度(du)快(kuai),可重(zhong)復使(shi)用。缺(que)點是(shi)價格較貴(gui),也易(yi)繁殖細菌。
(4)燒(shao)結活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)濾(lv)(lv)芯(xin)(CTO),又稱炭(tan)(tan)棒濾(lv)(lv)芯(xin)、壓(ya)縮活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)濾(lv)(lv)芯(xin)。是由(you)顆(ke)粒(li)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)加入粘結劑(如PE樹脂)加溫燒(shao)結擠(ji)壓(ya)成型,碳芯(xin)外層往往還包有(you)白(bai)色聚丙(bing)烯(xi)(PP)無(wu)紡布。燒(shao)結活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)濾(lv)(lv)芯(xin)兼有(you)吸附(fu)和過濾(lv)(lv)(平均孔徑3~20μm)二種(zhong)功能(neng),但其過濾(lv)(lv)功能(neng)低(di)于(yu)PP熔噴(pen)濾(lv)(lv)芯(xin),吸附(fu)功能(neng)低(di)于(yu)顆(ke)粒(li)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)濾(lv)(lv)芯(xin)。
二(er)、活性炭在凈水器(qi)中的作用
1、活性炭的凈(jing)水作(zuo)用
活性(xing)炭可去除水中嗅和味(wei)、色度、余氯、膠體(ti)、有機物(合成洗滌劑(ji)(ji)、農藥、除草劑(ji)(ji)、殺蟲劑(ji)(ji)、合成染料(liao)、三鹵(lu)甲烷、鹵(lu)乙(yi)酸(suan)(suan)、內分泌干擾物如鄰苯二(er)甲酸(suan)(suan)酯PAES等(deng))、重金屬(shu)(如汞、銀(yin)、鎘、鉻、鉛(qian)、鎳等(deng)等(deng))、放射性(xing)物質等(deng),是凈(jing)水器中使用較早、較廣泛實用的凈(jing)水材料(liao)。不(bu)僅一般活性(xing)炭凈(jing)水器,在家用反滲透純水機,以(yi)及多數(shu)超濾、陶瓷(ci)、KDF、UV等(deng)凈(jing)水器中,都會用到(dao)活性(xing)炭。
活(huo)性炭和KDF都能去除(chu)水中余氯(lv),但KDF和氯(lv)反應生成鋅離子,可能會導致(zhi)水中鋅超標,而用活(huo)性炭除(chu)氯(lv)則沒有這類(lei)擔心。
活性炭在活化過程中形成大量的各種形狀的細微孔,構成了巨大的具有吸附作用的表面積,其比表面積為500~1200m2/g,比(bi)表面積越(yue)大,吸附效果越(yue)好(hao)。
2、活(huo)性炭(tan)的負(fu)面(mian)影(ying)響
(1)活性炭(tan)吸附了大量的(de)有機物(wu),這些有機物(wu)會成為細菌(jun)等微(wei)生物(wu)的(de)營養,細菌(jun)會在活性炭(tan)的(de)微(wei)孔中大量繁殖(zhi)增生,并(bing)可能(neng)導致(zhi)出水中菌(jun)落總數(shu)超標。
(2)凈水(shui)器(qi)中(zhong)的(de)活性(xing)炭在微生物催化作用下,把水(shui)中(zhong)氨(an)氮轉化為亞(ya)硝(xiao)(xiao)酸(suan)鹽(yan)氮,常出現凈水(shui)器(qi)出水(shui)中(zhong)的(de)亞(ya)硝(xiao)(xiao)酸(suan)鹽(yan)比進(jin)水(shui)高出很多倍。亞(ya)硝(xiao)(xiao)酸(suan)鹽(yan)本身不是致(zhi)(zhi)癌(ai)物質(zhi),但(dan)它與(yu)水(shui)中(zhong)胺類物質(zhi)反應生成的(de)亞(ya)硝(xiao)(xiao)胺是強致(zhi)(zhi)癌(ai)物質(zhi)。
(3)在活(huo)性炭吸附過濾(lv)的出(chu)(chu)水(shui)加(jia)溴樹脂(zhi)(溴代聚苯乙烯海因)過濾(lv)或UV殺菌是(shi)解決水(shui)中微生物(wu)超標的好方法。艾歐(ou)·史(shi)密斯(上海)水(shui)處理(li)產品(pin)有限公司在部份(fen)家用反(fan)滲透純水(shui)機的后置活(huo)性炭濾(lv)芯中加(jia)上一小段溴樹脂(zhi),出(chu)(chu)水(shui)即無菌,出(chu)(chu)口到歐(ou)洲諸國很受歡迎。
3、活性炭吸附機(ji)理
(1)物(wu)理吸(xi)(xi)附:范德瓦爾力。活性炭通過物(wu)理吸(xi)(xi)附可去除水中(zhong)的有機(ji)物(wu)、膠體等。
孔(kong)分類平均孔(kong)徑(nm)、孔(kong)容積(ji)(mg/L)、表面積(ji)/總表面積(ji)(%)吸附能力,大孔(kong)>1000.2~0.5<1提供通道;過渡孔(kong)4~1000.02~0.11~5吸附大分子有機物;微孔(kong)<40.15~0.9>95主要吸附區。
(2)化學吸附(fu):化學反(fan)應及催化作用。活性炭通過物理吸附(fu)可去除(chu)水中的(de)余(yu)氯、氯胺等(deng)等(deng)。
三、如(ru)何提高活性炭凈(jing)水器的凈(jing)水效果
1、選擇質(zhi)量好的活性炭(tan)。凈水用(yong)活性炭(tan)的標準目前有:
(1)GB/T7701.4——1997《凈(jing)水用煤質顆粒活性炭》
(2)GB/T13803.2——1999《凈水用木質(zhi)活性炭》
(3)DL/T582——2004《火(huo)力發電廠水處理用(yong)活性(xing)炭使用(yong)導(dao)則》
(4)LY/T1331——1999《凈水用載銀(yin)活性炭》
國家(jia)標(biao)準(zhun)(zhun)(1)、(2)和林業行(xing)業標(biao)準(zhun)(zhun)(4)測(ce)碘吸附(fu)(fu)值和亞甲基藍(lan)吸附(fu)(fu)值,主要反(fan)映活性(xing)(xing)炭(tan)中(zhong)微孔的多(duo)少;電力行(xing)業標(biao)準(zhun)(zhun)(3)測(ce)活性(xing)(xing)炭(tan)對天然水中(zhong)四(si)種有代表性(xing)(xing)的有機物(wu)(腐殖酸、富里酸、木質素(su)、單寧)的吸附(fu)(fu)容量和吸附(fu)(fu)速(su)度,主要反(fan)映活性(xing)(xing)炭(tan)中(zhong)過渡(du)孔的多(duo)少。凈水器生產廠選擇凈水器用(yong)活性(xing)(xing)炭(tan)時(shi),建議(yi)按(3)方(fang)法來選擇較好的活性(xing)(xing)炭(tan)。
此外,水份(≤10%,越小(xiao)越好(hao))、強度(du)(≥95%,越大越好(hao))、粒度(du)(≥95%,家用(yong)凈水器用(yong)顆粒活(huo)性炭建(jian)議(yi)選用(yong)16~32目即Φ1.3~0.6mm的(de)粒徑)都是需(xu)要(yao)考核的(de)指(zhi)標。
2、凈水(shui)器制造廠應該采(cai)購質量好的(de)活性炭,并(bing)抽查和檢測(ce)每批進貨的(de)活性炭,以(yi)防購進劣(lie)質產品。
現在市場上很多活性炭都摻有回用料,有的甚至于全部是回用料。活性炭生產廠購進用戶已使用過并報廢的活性炭,再回爐處理一下,有的甚至放露天場院在太陽下曬干后即充新品賣出或摻進新活性炭中,以降低成本和售價。上海疾控中心就曾檢測到活性炭濾芯CODMn去除率為零的怪事。另外,還有水洗,應該用純水,但成本高,很多活性炭廠沒有純水裝置,就用河水、井水甚至用臭水溝中的水去洗炭,這樣的活性炭都被污染了。所以千萬不要買太便宜的活性炭使用。活性炭凈水器在到達額定總凈水量時,其化學耗氧量CODMn去除(chu)率和(he)總溶解(jie)性有(you)機炭DOC去除(chu)率均應≥25%,前者在城(cheng)鎮建設行業標(biao)準CJ3023和(he)衛生部《生活飲(yin)用(yong)水(shui)水(shui)質處理器(qi)衛生安全與功能評價規(gui)范——一(yi)般水(shui)質處理器(qi)》(2001)中均有(you)規(gui)定(ding)(ding),后(hou)者在CJ3023中有(you)規(gui)定(ding)(ding)。
3、活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)發揮凈(jing)(jing)水(shui)(shui)(shui)作用,不論物理吸(xi)附(fu)還是化學吸(xi)附(fu),都需要一定的(de)(de)(de)時間(jian)。因此,凈(jing)(jing)水(shui)(shui)(shui)器(qi)生(sheng)產廠要改(gai)進活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)過濾(lv)器(qi)或(huo)活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)濾(lv)芯的(de)(de)(de)設計,盡可能(neng)增加水(shui)(shui)(shui)和(he)活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)接(jie)(jie)觸(chu)時間(jian),接(jie)(jie)觸(chu)時間(jian)=炭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)柱(zhu)(zhu)長(chang)(chang)度/水(shui)(shui)(shui)在(zai)炭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)柱(zhu)(zhu)中(zhong)的(de)(de)(de)流速(su),增加炭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)柱(zhu)(zhu)長(chang)(chang)度和(he)活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)用量,降低水(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)流速(su),都能(neng)延長(chang)(chang)水(shui)(shui)(shui)和(he)活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)接(jie)(jie)觸(chu)時間(jian),提(ti)高活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)凈(jing)(jing)水(shui)(shui)(shui)效果和(he)出水(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)質。
(1)對大型活性炭水質處理器來說,在機械行業標準JB/T2932-1999《水處理設備 技術條件》中規定,以去除游離氯為目的,水在活性炭過濾器中的流速應≤20m/h,出水水質為殘余氯<0.1mg/L;以去除有機物為目的,水在活性炭過濾器中的流速應≤10m/h,出水水質為CODMn。
(2)對(dui)家用活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)凈(jing)水(shui)器(qi)來說(shuo),很難做到有這么長(chang)的(de)接(jie)觸(chu)時間(jian)。在城鎮建設行業(ye)標準CJ3023-1993《活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)凈(jing)水(shui)器(qi)》中,沒有給出接(jie)觸(chu)時間(jian)或水(shui)流(liu)速等(deng)具體(ti)數(shu)據(ju),但其5.2.1規定(ding),活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)過濾器(qi)過濾柱的(de)有效高(gao)度(du)與直徑之(zhi)比(bi)采用2~6為宜,實際(ji)上也是(shi)增加(jia)炭(tan)柱高(gao)度(du),延長(chang)水(shui)和活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)接(jie)觸(chu)時間(jian),防(fang)止水(shui)不與炭(tan)接(jie)觸(chu)而穿透。有些(xie)凈(jing)水(shui)器(qi),采用多級活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)濾芯,也是(shi)這個作(zuo)用。總之(zhi),活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)與水(shui)接(jie)觸(chu)時間(jian)越長(chang),吸附效果越好(hao)。
4、活(huo)(huo)性炭凈(jing)水器(qi)使(shi)用說(shuo)明書,應告(gao)誡用戶,開啟凈(jing)水器(qi)后,要(yao)放(fang)掉(diao)(diao)一部份水,把凈(jing)水器(qi)濾(lv)筒(tong)、管道中的積水排放(fang)掉(diao)(diao),然后再接(jie)取新鮮過濾(lv)水使(shi)用。否(fou)則(ze),經長時間浸泡,活(huo)(huo)性炭中細(xi)菌會大量繁殖超標,亞硝酸鹽也(ye)可(ke)能增多(duo),因此一定要(yao)把凈(jing)水器(qi)中的殘積水先放(fang)掉(diao)(diao)。
5、活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)凈(jing)水(shui)(shui)器使(shi)用(yong)說(shuo)明(ming)書,應告誡(jie)用(yong)戶,活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)要勤換(huan)(huan),一(yi)般(ban)半年(nian)就要更(geng)(geng)換(huan)(huan)。特別是南(nan)方以地面(mian)水(shui)(shui)為水(shui)(shui)源(yuan)的自來(lai)水(shui)(shui),水(shui)(shui)中膠體(ti)物質多(duo)、有機物含量高(gao),更(geng)(geng)要及時更(geng)(geng)換(huan)(huan)凈(jing)水(shui)(shui)器中的活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)濾(lv)芯。活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)吸(xi)附(fu)有機物飽和(he)(he)后,非但(dan)不能再(zai)起到吸(xi)附(fu)和(he)(he)凈(jing)水(shui)(shui)作用(yong),反而會(hui)釋(shi)放出(chu)有害物質,使(shi)凈(jing)水(shui)(shui)器成為“污水(shui)(shui)器”。
凈水器(qi)行業在(zai)發(fa)展(zhan),活性(xing)炭(tan)的(de)(de)技術也(ye)(ye)在(zai)發(fa)展(zhan),作(zuo)為與凈水器(qi)結緣(yuan)已久的(de)(de)“伴侶”,活性(xing)炭(tan)一直發(fa)揮著它應有的(de)(de)作(zuo)用,當(dang)然,隨著技術的(de)(de)發(fa)展(zhan),我們也(ye)(ye)期待有更好的(de)(de)活性(xing)炭(tan)品種的(de)(de)出現,給(gei)我們的(de)(de)凈水器(qi)事(shi)業錦上添(tian)花(hua)。