摘要：活性炭吸附技術(shù)是在飲用水深度處理領(lǐng)域非常具有潛力的技術(shù)之一，本文論述了如何建立活性炭評價體系、搭建了活性炭評價體系的框架，并在此基礎(chǔ)上闡述上海自來水用煤質(zhì)活性炭技術(shù)通用規(guī)范的思路和特點。
一、前言
工業(yè)、農(nóng)業(yè)及社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對飲用水源造成了不同程度的污染。常規(guī)處理工藝：混凝+沉淀+過濾+消毒生產(chǎn)的飲用水已不能滿足人們對水質(zhì)安全性的要求；尤其是2005年6月1日開始執(zhí)行的國家建設(shè)部發(fā)布的城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即2005水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)CJT20G-2005《城市供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》。這對常規(guī)處理工藝形成了更大的挑戰(zhàn)，所以加強(qiáng)飲用水深度處理已成為供水界研究的熱點。
活性炭吸附技術(shù)是上世紀(jì)60年代從國外引進(jìn)的一項飲用水深度處理技術(shù)，目前在我國正得到廣泛開發(fā)應(yīng)用，如臭氧活性炭聯(lián)用技術(shù).、生物活性炭技術(shù)、活性炭與膜分離聯(lián)用技術(shù)等，在制取優(yōu)質(zhì)飲用水方面正在加快從研究成果向?qū)嶋H應(yīng)用轉(zhuǎn)化。我國是活性炭生產(chǎn)大國，活性炭品種豐富，不同原料、不同方法制得的活性炭具有不同的吸附特性，不同品種的活性炭對原水中不同分子量區(qū)間的有機(jī)物吸附性能不同，所以存在著飲用水處理中采用何種活性炭、如何評價活性炭優(yōu)劣、如何從技術(shù)角度統(tǒng)一飲用水處理的活性炭市場等問題。本文從一個科研管理工作者的角度對以上幾個問題進(jìn)行剖析。
二、建立活性炭評價體系
隨著活性炭吸附技術(shù)在飲用水領(lǐng)域應(yīng)用的不斷推廣、根據(jù)當(dāng)?shù)厮|(zhì)及經(jīng)濟(jì)狀況，選擇合適的水處理活性炭是飲用水處理工程技術(shù)中經(jīng)常碰到的問題。目前國內(nèi)針對飲用水活性炭還沒有建立統(tǒng)一的評價體系，僅僅依靠幾個傳統(tǒng)的活性炭性能指標(biāo)，如碘值、亞甲藍(lán)吸附值來選擇活性炭，而這正受到人們的質(zhì)疑。為正確客觀地評價活性炭的優(yōu)劣，科學(xué)方便地選擇飲用水處理用活性炭，在原有的經(jīng)驗基礎(chǔ)上，亟需建立一個完善的、科學(xué)的、便于使用的活性炭評價體系。以指導(dǎo)飲用水處理中活性炭的選擇。活性炭的評價體系應(yīng)體現(xiàn)處理原水水質(zhì)不同的特點，如北方地區(qū)的飲用原水和南方地區(qū)的飲用原水水質(zhì)具有明顯的區(qū)別，所以選擇活性炭時側(cè)重點不同，同時還需考慮處理工藝特點，如應(yīng)用于臭氧生物活性炭和應(yīng)用于膜分離技術(shù)聯(lián)用的活性炭評價參數(shù)又有區(qū)別，此外還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)評價等。
1 初步評價
根據(jù)活性炭處理對象和應(yīng)用于不同的工藝情況，確定是選用煤質(zhì)活性炭還是木質(zhì)活性炭，是選用顆粒活性炭還是粉狀活性炭，并收集活性炭基本資料，如碘值、亞甲藍(lán)、強(qiáng)度、孔隙率、漂浮率、灰分、粒度、水分、堆重等。此外還應(yīng)收集企業(yè)的經(jīng)營狀況，如年產(chǎn)量、年產(chǎn)值、企業(yè)規(guī)模、經(jīng)營管理水平、生產(chǎn)工藝、工程業(yè)績等。在價格適中的同時考慮貨源充足，來源方便，進(jìn)行初步評價。
2 確定活性炭吸附性能及物化性能指標(biāo)值
在活性炭評價體系中應(yīng)納入以下活性炭評價指標(biāo)：碘值（碘值越大、炭粒越多、強(qiáng)度越低。很多研究結(jié)果表明，碘值與出水水質(zhì)并沒有必然的聯(lián)系）、亞甲藍(lán)吸附值、丹寧酸吸附值、腐殖酸吸附值、強(qiáng)度、有效粒徑、均勻系數(shù)、灰分、水分、漂浮物、比表而積、孔容積、pH值、堆重以確定活性炭吸附性能和理化性能的優(yōu)劣。
3 活性炭吸附容量
活性炭吸附容量主要是以Freundrich方程作為評價依據(jù)。
x/m=kC1/n（1）
方程兩邊取對數(shù)：
log(x/m)=logk+(1/n)logC（2）
式中：x/m——單位重量活性炭對吸附質(zhì)達(dá)到平衡時的吸附容量，單位mg/g。
k——與溫度、吸附劑的比表面積等有關(guān)的常數(shù)。
1/n——與溫度有關(guān)的常數(shù)，＞1。
C——吸附達(dá)到平衡時的溶質(zhì)的濃度，單位g/L。
在Freundrich吸附等公式中，k值是表征活性炭吸附容量的一個參數(shù)，k值越大，吸附容量越大。1/n是吸附容量指數(shù)、反映隨著濃度的增加，活性炭吸附容量增加的速度。1/n越高則在高濃度時吸附容量越大，而在低濃度時吸附容量顯著降低。如果1/n越小則從低濃度到高濃度都比較容易吸附�；钚蕴坑糜诮o水處理，有機(jī)物濃度偏低，因此1/n不宜過大，且當(dāng)1/n＞2的活性炭，物質(zhì)則難于被吸附。
4 活性炭動態(tài)吸附容量
活性炭動態(tài)過濾試驗是選擇飲用水用活性炭的重要依據(jù)之一�；钚蕴縿討B(tài)過濾試驗充分結(jié)合了當(dāng)?shù)卦|(zhì)特征，進(jìn)行活性炭對有機(jī)物去除效果比較，是較為科學(xué)的一種方式。我們可以根據(jù)活性炭過濾吸附試驗計算出，單位質(zhì)量活性它的動態(tài)吸附容量、活性炭處理水量倍數(shù)、活性炭穿透時間、水頭損失、反沖頻率等。
5 綜合評價指標(biāo)
根據(jù)活性炭動態(tài)過濾試驗結(jié)果與不同活性炭性能指標(biāo)的相關(guān)性、對活性炭不同性能指標(biāo)與對應(yīng)的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行加權(quán)計算，并建立綜合評價指標(biāo)體系、深圳水務(wù)集團(tuán)進(jìn)行了很多這方面的研究工作。
6 經(jīng)濟(jì)評價分析
在活性炭評價體系中，還應(yīng)納入投資經(jīng)濟(jì)成本、運行費用、活性炭再生得率、活性炭企業(yè)的技術(shù)實力，經(jīng)營狀況管理水平等參數(shù)。
三、建立上海自來水用煤質(zhì)顆粒活性炭技術(shù)通用規(guī)范
我國是活性炭生產(chǎn)大國，產(chǎn)品80%以上出口遠(yuǎn)銷歐美。國內(nèi)飲用水處理活性炭市場盡管剛剛啟動、隨著飲用水活性炭深度處理技術(shù)，尤其是臭氧生物活性炭技術(shù)在國內(nèi)的不斷推廣，活性炭市場蘊含著巨大的商機(jī)。但在飲用水活性炭深度處理領(lǐng)域、活性炭的生產(chǎn)與活性炭的應(yīng)用卻相互隔離，水處理企業(yè)只是將生產(chǎn)出來的活性炭拿來使用，活性炭生產(chǎn)企業(yè)不知道自己生產(chǎn)的活性炭在飲用水處理中應(yīng)用效果如何，生產(chǎn)的活性炭沒有針對性，生產(chǎn)工藝參數(shù)無法優(yōu)化、這樣很可能導(dǎo)致生產(chǎn)的活性炭部分性能對于飲用水處理是多余的，而飲用水所需要的部分性能又不具備，造成巨大浪費、降低了活性炭應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益。針對這種不足“太湖流域飲用水安全保障技術(shù)項目”結(jié)合臭氧生物活性炭處理黃浦江原水示范工程研究，借鑒發(fā)達(dá)國家飲用水處理活性炭質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，考慮我國活性炭工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀及黃浦江水源具體情況，在對活性炭理化性能、吸附性能進(jìn)行實驗分析的基礎(chǔ)上建立“上海自來水用煤質(zhì)顆�；钚蕴考夹g(shù)通用規(guī)范”，使得活性炭生產(chǎn)企業(yè)有標(biāo)準(zhǔn)可依，推動活性炭吸附技術(shù)在飲用水處理中的廣泛應(yīng)用，提高活性炭應(yīng)用效率延長活性炭使用周期，節(jié)省投資，降低活性炭應(yīng)用成本，提高活性炭使用的經(jīng)濟(jì)效益。
1 建立上海自來水用煤質(zhì)顆�；钚蕴考夹g(shù)通用規(guī)范的實施思路
建立“上海自米水用煤質(zhì)顆�；钚蕴考夹g(shù)通用規(guī)范”將在自來水制造業(yè)和活性炭生產(chǎn)企業(yè)之間構(gòu)建一道組帶，將填補活性炭標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域的空白。該項目按照以下思路進(jìn)行實施：
⑴ 收集、研究國外發(fā)達(dá)國家飲用水處理活性炭質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。如美國、日本、歐盟等國家活性炭質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；
⑵ 收集、研究國內(nèi)煤質(zhì)活性炭相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。如《凈水用煤質(zhì)顆�；钚蕴俊罚℅B/T 7701.4-1997）《煤質(zhì)顆粒活性炭試驗方法》系列標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 7702.1-1997——7702.22-1997）等；
⑶ 調(diào)查、研究國內(nèi)外煤質(zhì)活性炭（包括粉末炭和顆粒炭）生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)管理水平，尤其是適合上海飲用水處理的煤質(zhì)活性炭資料、收集由活性炭生產(chǎn)企業(yè)提供的經(jīng)法定檢測單位檢測的活性炭物理化學(xué)、吸附性能參數(shù)以及生產(chǎn)包裝、儲存、運輸、存放、使用等方面的資料；
⑷ 實驗分析上海飲用水源（黃浦江）水質(zhì)特征，包括濁度、色度、嗅味、有機(jī)物重金屬離子及常規(guī)處理工藝情況等，尤其是黃浦江飲用水源中的分子量分布和優(yōu)先污染物，論證上海水源水質(zhì)特征與活性炭的一些性能相關(guān)性；
⑸ 實驗分析活性炭的孔徑分布、丹寧酸吸附值、腐殖酸吸附值等表征活性炭物理化學(xué)性能和吸附性能的指標(biāo)參數(shù)，與活性炭動態(tài)吸附實驗相結(jié)合，尋找上海水源水質(zhì)特征和活性炭吸附性能的相關(guān)性，進(jìn)一步限定和表征活性炭的物理吸附特性；
⑹ 結(jié)合活性炭工藝在飲用水處理中的用途和前面所分析的內(nèi)容，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的編寫規(guī)范和格式寫出上海自來水用煤質(zhì)顆�；钚蕴考夹g(shù)通用規(guī)范；
⑺ 根據(jù)靜態(tài)試驗和以黃浦江原水為處理對象的動態(tài)試驗的實際運行情況，總結(jié)煤質(zhì)活性炭各個指標(biāo)適宜的量化值，對上海自來水用煤質(zhì)顆�；钚蕴考夹g(shù)通用規(guī)范進(jìn)行修整，使得該活性炭技術(shù)通用規(guī)范更具有上海市地方標(biāo)準(zhǔn)的特征。
2 上海自來水用煤質(zhì)顆�；钚蕴考夹g(shù)通用規(guī)范的特點
“上海市自來水用煤質(zhì)顆�；钚蕴考夹g(shù)通用規(guī)范”在《凈化水用煤質(zhì)顆�；钚蕴俊罚℅B/T7701.4-1997）國家標(biāo)準(zhǔn)和大量實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對凈化水用煤質(zhì)顆粒活性炭國家標(biāo)準(zhǔn)作出了如下補充和完善：
⑴ 根據(jù)國內(nèi)外活性炭行業(yè)的發(fā)展水平及煤質(zhì)顆�；钚蕴吭谧詠硭械膽�(yīng)用現(xiàn)狀，并結(jié)合上海市飲用水源特征、對適用于上海市自來水深度處理用的煤質(zhì)顆�；钚蕴康奈锢砦郊夹g(shù)參數(shù)作出了更加合理的限定。
⑵ 增加了自來水深度處理中的煤質(zhì)顆�；钚蕴恐泻械闹亟饘僭厝玢U、鋅、鎘、砷的最大含量的規(guī)定。
⑶ 對自來水用煤質(zhì)顆粒活性炭的標(biāo)志、包裝、運輸、貯存及安全防護(hù)措施作出了更加具體的規(guī)定。
四 結(jié)束語
隨著國內(nèi)飲用水處理活性炭工藝技術(shù)的不斷開發(fā)和推廣。建立適合于飲用水處理活性炭的評價體系及適用于飲用水處理活性炭技術(shù)通用規(guī)范是理順活性炭的生產(chǎn)和應(yīng)用的當(dāng)務(wù)之急，以使得活性炭生產(chǎn)企業(yè)和應(yīng)用企業(yè)均有章可依，以使得活性炭的生產(chǎn)產(chǎn)品更有針對性，提高活性炭的市場效率，降低活性炭應(yīng)用成本。