摘要：大批量生產(chǎn)的煤質(zhì)顆�；钚蕴繌纳a(chǎn)工藝總體上分成四種，即原煤破碎活性炭，柱狀活性炭和柱狀破碎活性炭、壓塊破碎活性炭，而國(guó)內(nèi)在自來(lái)水深度處理中應(yīng)用的主要是原煤破碎活性炭、柱狀活性炭和柱狀破碎活性炭�！帮柡汀被钚蕴康脑偕蛸Y源化問(wèn)題還沒(méi)有引起足夠的重視。目前根據(jù)活性炭質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、靜態(tài)吸附、動(dòng)態(tài)吸附柱等進(jìn)行活性炭選擇均有一定的局限性，應(yīng)建立一套切實(shí)可行的活性炭選擇評(píng)價(jià)體系，為活性炭的生產(chǎn)與應(yīng)用提供指導(dǎo)。
活性炭根據(jù)生產(chǎn)原料可分為木質(zhì)活性炭、果殼活性炭和煤質(zhì)活性炭等，根據(jù)活化劑可分為物理法活性炭和化學(xué)法活性炭，根據(jù)形狀可分為粉狀活性炭和粒狀活性炭。木質(zhì)活性炭和果殼活性炭由于原料缺乏，生產(chǎn)受到限制；煤質(zhì)活性炭由于煤的品種多、資源豐富、來(lái)源及質(zhì)量穩(wěn)定，價(jià)格也便宜，發(fā)展迅速，約占我國(guó)活性炭生產(chǎn)總產(chǎn)量的70%，主要用于城市供水凈水、污水處理和氣體凈化等領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)目前用于自來(lái)水廠深度處理的臭氧生物活性炭工藝則基本上選用煤質(zhì)顆粒活性炭。
1 煤質(zhì)顥�；钚蕴可a(chǎn)
1.1 原料煤
根據(jù)原生植物的生成年代和成煤過(guò)程、煤的灰分含量碳含量和粘結(jié)性的不同，煤可分為：泥煤褐煤、煙煤無(wú)煙煤。
活性炭產(chǎn)品的性能主要取決于生產(chǎn)原料性質(zhì)和生產(chǎn)工藝。選擇生產(chǎn)煤質(zhì)活性炭的原料時(shí)，須考慮煤的灰分、揮發(fā)分、固定碳含量和粘結(jié)性等因素。一般可根據(jù)活性炭產(chǎn)品對(duì)吸附性能及孔結(jié)構(gòu)的要求選擇活性炭生產(chǎn)用原料煤，其中主要是灰分，生產(chǎn)優(yōu)良活性炭，煤的灰分應(yīng)在3%~5%，生產(chǎn)一般活性炭煤的灰分應(yīng)在4%~10%。
我國(guó)目前用于生產(chǎn)煤質(zhì)活性炭的原料煤主要是無(wú)煙煤、弱粘煤和一部分低階長(zhǎng)焰煤、褐煤。這幾種煤制備的活性炭在吸附性能上各具特色。無(wú)煙煤制備的活性炭低灰、微孔發(fā)達(dá)、吸附性能好，弱粘煤制備的活性炭具有成本低、工藝簡(jiǎn)單、孔隙范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)新開(kāi)發(fā)的用低階長(zhǎng)焰煤、褐煤制備的活性炭則具有孔容積大、中孔發(fā)達(dá)等特點(diǎn)，在吸附大分子化合物方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。我國(guó)活性炭生產(chǎn)中心基本在原料煤產(chǎn)地，具有代表性和特色是寧廈回族自治區(qū)和山西省大同市，目前已建成100多家活性炭廠，年生產(chǎn)能力近20萬(wàn)噸，約占國(guó)內(nèi)煤質(zhì)活性炭產(chǎn)量的90%，其中，約80%出口。
1.2 生產(chǎn)工藝
我國(guó)目前大批量生產(chǎn)的煤質(zhì)顆�；钚蕴繌纳a(chǎn)工藝總體上分成四種，即原煤破碎活性炭、壓塊破碎活性炭、柱狀活性炭和柱狀破碎活性炭等。
原煤破碎活性炭對(duì)生產(chǎn)用原料煤要求低灰分、熱穩(wěn)定性好和成孔性好，生產(chǎn)主要集中在山西大同、太原地區(qū)，以山西大同的弱粘煙煤為原料，煤質(zhì)穩(wěn)定，產(chǎn)量大，生產(chǎn)工藝如圖1。
柱狀活性炭生產(chǎn)工藝如圖2，其外形為圓柱狀，具有不同的直徑規(guī)格，在生產(chǎn)工藝上增加一臺(tái)液壓成型機(jī)，具有代表性的是以寧廈的太西無(wú)煙煤為原料，加工成具有規(guī)則形狀的顆�；钚蕴�。
柱狀破碎活性炭生產(chǎn)工藝如圖3，是在柱狀活性炭的基礎(chǔ)上再破碎，并按顆粒大小篩分而成的，這兩種活性炭生產(chǎn)主要集中在寧廈石嘴山和銀川地區(qū)。
壓塊破碎活性炭具有很好的吸附性能及孔隙的均勻性，在目前活性炭生產(chǎn)中其生產(chǎn)工藝較為先進(jìn)如圖4，是未來(lái)生產(chǎn)活性炭的發(fā)展方向。
我國(guó)在上世紀(jì)80年代從國(guó)外引進(jìn)了壓塊成型設(shè)備，但由于我國(guó)現(xiàn)有開(kāi)發(fā)的煤田中沒(méi)有適合壓塊活性炭生產(chǎn)用的原料煤，而目前較好解決壓塊活性炭原料的配煤技術(shù)又會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定和生產(chǎn)成本高等問(wèn)題，限制了我國(guó)的壓塊活性炭生產(chǎn)和應(yīng)用，而國(guó)外自來(lái)水凈化主要采用壓塊破碎活性炭。
活性炭生產(chǎn)過(guò)程中都需要經(jīng)過(guò)炭化、活化工藝。炭化主要是將活性炭中的揮發(fā)份和焦油通過(guò)高溫燃燒去除，使其形成二次孔隙結(jié)構(gòu)并賦予能經(jīng)受活化的強(qiáng)度，炭化結(jié)果好壞直接影響活性炭的質(zhì)量。
活化是利用氣體進(jìn)行炭的氧化反應(yīng)，使炭化物的表面受到侵蝕，其細(xì)孔結(jié)構(gòu)更加發(fā)達(dá)的過(guò)程，一般用高溫蒸汽活化。活化是制造活性炭的關(guān)鍵步驟，將決定活性炭的碘值、亞甲藍(lán)、孔徑分布、強(qiáng)度等參數(shù)。
2 煤質(zhì)顆�；钚蕴康膽�(yīng)用
2.1 指標(biāo)與性能
各國(guó)對(duì)活性炭都訂有質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)活性炭的碘吸附值、亞甲藍(lán)吸附值、粒度、機(jī)械強(qiáng)度、裝填密度以及pH值及所含重金屬等都有規(guī)定。
活性炭生產(chǎn)廠家根據(jù)客戶(hù)的需求在長(zhǎng)期生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過(guò)程中均形成了不同的碘吸附值、亞甲藍(lán)吸附值和粒徑等不同規(guī)格的產(chǎn)品，就不規(guī)則形顆�；钚蕴慷�，碘值有1050、1035、1000、950、900、850mg/g，粒徑有8×30、8×20、12×40目；就柱狀炭而言，碘值有大于1000mg/g、亞甲藍(lán)大于200mg/g，碘值950mg/g、亞甲藍(lán)180mg/g，碘值900mg/g、亞甲藍(lán)160mg/g，粒徑有1.5mm、3.0mm等，以上所列規(guī)格的活性炭在我國(guó)自來(lái)水廠中均有過(guò)使用，此外活性炭的漂浮率、灰分、堆重和強(qiáng)度等也是要考慮的重要因素。
原煤破碎活性炭柱狀活性炭、柱狀破碎活性炭和壓塊破碎活性炭，各有自己的特點(diǎn)。
原煤破碎活性炭，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，以中、大孔發(fā)達(dá)為主，便于掛生物膜，初次使用性能不錯(cuò)，但再生得率差，僅為70%左右；
柱狀活性炭表面致密，以微孔發(fā)達(dá)為主，多用于氣相吸附，強(qiáng)度高，在水處理方面性能略遜于原煤破碎炭，但再生得率高，可達(dá)90%；
柱狀破碎活性炭是將柱狀炭進(jìn)行破碎篩分而得到的。目前，國(guó)內(nèi)原煤破碎活性炭和柱狀破碎活性炭?jī)r(jià)格在5000~6000元/t，柱狀活性炭在4000~5000元/t；
壓塊破碎活性炭，采用配煤、磨粉、壓塊工藝，生產(chǎn)的活性炭具有吸附性能好，強(qiáng)度高，孔隙均勻等特點(diǎn)，但是價(jià)格相對(duì)比較昂貴，7000~8000元/t。
活性炭應(yīng)用于水深度處理工藝中并不是吸附碘值越高越好，而是需要對(duì)活性炭性能有一個(gè)綜合的評(píng)估。活性炭的碘值及強(qiáng)度主要由炭化料在活化爐中活化時(shí)間的長(zhǎng)短所決定，活化時(shí)間是決定活性炭生產(chǎn)成本的一個(gè)重要因素，活化時(shí)間長(zhǎng)，碘吸附值越高，但活性炭的強(qiáng)度則越低；活性炭的粒徑主要由破碎、篩分決定。
2.2 應(yīng)用實(shí)例
目前水廠采用活性炭處理水的實(shí)例尚不多。桐鄉(xiāng)市果園橋水廠對(duì)多種活性炭進(jìn)行了對(duì)比，工程實(shí)施中采用了兩種煤質(zhì)活性炭，生物活性炭濾池規(guī)模8萬(wàn)m3/d，共10格，其中7格濾池采用1.5mm柱狀炭，另外3格采用8×30目破碎炭，活性炭主要參數(shù)見(jiàn)表1。
表1 浙江桐鄉(xiāng)市果園橋水廠煤質(zhì)顆粒活性炭參數(shù)
| 規(guī)格 | 碘值（mg/g） | 亞甲基蘭值（mg/g） | 裝填密度（g/L） | 強(qiáng)度（%） | 水分（%） | 灰分（%） |
| 8×30目破碎炭 | 1066.6 | 256.1 | 494 | 96.5 | 0.78 | 9.65 |
| 1.5mm柱狀炭 | 1025.0 | 205.0 | 446 | 95.2 | 0.39 | 7.78 |
杭州南星橋水廠生物活性炭濾池規(guī)模10萬(wàn)m3/d，活性炭濾池濾層厚度2m，采用不定型煤質(zhì)破碎炭，碘值大于1000mg/g，亞甲藍(lán)值大于200mg/g，有效粒徑0.65~0.75mm；
上海周家渡水廠生物活性炭濾池規(guī)模1萬(wàn)m2/d，采用不定型煤質(zhì)破碎炭，碘值1087mg/g，亞甲藍(lán)值266mg/g，強(qiáng)度90.7%，裝填密度475g/L，有效粒徑0.50~0.70mm；
深圳梅林水廠生物活性炭濾池60m萬(wàn)3/d，EBCT采用12min，炭床厚度采用2.0m，濾速為10m/h。采用柱狀煤質(zhì)炭，粒徑為1.5mm，長(zhǎng)2~3mm，碘值大于900mg/g，亞甲藍(lán)值大于200mg/g；
深圳筆架山水廠生物活性炭濾池52萬(wàn)m3/d，采用柱狀煤質(zhì)炭，直徑為1.5mm，長(zhǎng)2~3mm，碘值大于900mg/g，亞甲藍(lán)值大于200mg/g。
可見(jiàn)各家所選活性炭的質(zhì)量不盡相同，很難判別何者為優(yōu)。為此建立凈水用顆�；钚蕴窟x擇評(píng)價(jià)體系十分必要。
2.3 凈水用顆粒活性炭選擇的評(píng)價(jià)體系
煤質(zhì)顆�；钚蕴縂B/T7707.4-1997，其中規(guī)定了碘值、亞甲基藍(lán)、比表面積等一系列指標(biāo)值，但即使活性炭這些指標(biāo)值達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，在凈水中并不一定就能達(dá)到好的效果；靜態(tài)吸附試驗(yàn)，通過(guò)測(cè)定幾個(gè)具有代表性的吸附指標(biāo)，來(lái)反映活性炭的吸附性能，但針對(duì)性較差，不能完全反映活性炭動(dòng)態(tài)實(shí)際運(yùn)行效果；活性炭動(dòng)態(tài)吸附試驗(yàn)，即活性炭濾柱動(dòng)態(tài)吸附試驗(yàn)，通過(guò)分析活性炭柱出水指標(biāo)，比較各種活性炭的吸附性能，具有較強(qiáng)的針對(duì)性，可針對(duì)不同的活性炭品種、吸附性能如碘值、亞甲基藍(lán)值、腐殖酸吸附量等，機(jī)械性能如強(qiáng)度、有效粒徑等，結(jié)構(gòu)性能如比表面積、總孔容以及不同孔徑的孔容積分布等與活性炭出水水質(zhì)相關(guān)性進(jìn)行系統(tǒng)研究，建立活性炭的選擇評(píng)價(jià)體系。
活性炭選擇評(píng)價(jià)首先應(yīng)明確所選活性炭的用途：作為吸附炭，還是作為生物炭但是無(wú)論何種用途都應(yīng)要求，碘值、亞甲藍(lán)值，機(jī)械強(qiáng)度都高的炭，然后再通過(guò)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)來(lái)評(píng)定。
無(wú)論是用作吸附用炭還是作為生物氧化用吸附炭都應(yīng)通過(guò)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)選定：動(dòng)態(tài)試驗(yàn)可用幾只直徑50~200mm的有機(jī)玻璃管，長(zhǎng)度可為1000~2000mm，裝人待選用的炭700mm~1400mm，按設(shè)計(jì)過(guò)濾速度過(guò)濾，定時(shí)測(cè)定出水的CODmn，以去除率為縱座標(biāo)，時(shí)間為橫座標(biāo)作圖，如圖1。開(kāi)始時(shí)去除率高，隨過(guò)濾時(shí)間增加，AB線下垂，直至差不多平行于橫座標(biāo)的直線CD，AB段基本，上為活性炭吸附曲線，CD段為生物氧化分解曲線；BC為過(guò)渡段。作AB及CD的延線交于P點(diǎn)，作P點(diǎn)及C點(diǎn)對(duì)橫座標(biāo)的垂線交橫座標(biāo)于P'點(diǎn)和C'點(diǎn)，則可獲得ta和hb值，對(duì)于每一個(gè)炭樣有一對(duì)ta與hb值，則應(yīng)選用ta與hb值都比較大的炭為宜，至于活性炭的再生得率一方面決定于原炭的機(jī)械強(qiáng)度，也與再生工藝有關(guān)。
以上選炭方法是波濤活性炭廠家提出的參考性意見(jiàn)，希望使用活性炭的同行共同建立一個(gè)完善的活性炭評(píng)價(jià)體系。
3 活性炭的再生
水處理產(chǎn)生的大量“飽和炭”，不經(jīng)處理直接廢棄，必將提高水處理的成本、造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染�；钚蕴吭偕殉蔀榛钚蕴可a(chǎn)和使用技術(shù)中的重要組成部分。近年來(lái)，世界上主要活性炭生產(chǎn)國(guó)如美國(guó)、日本和西歐等都已經(jīng)將著眼點(diǎn)轉(zhuǎn)向活炭性再生機(jī)理的研究和新的再生技術(shù)的開(kāi)發(fā)。活性炭再生是指用物理或化學(xué)方法在不破壞活性炭原有結(jié)構(gòu)的前提下，去除吸附于活性炭孔隙中的各種污染物，恢復(fù)其大部分吸附性能，達(dá)到重復(fù)使用目的。
活性炭再生工藝分為加熱再生法、生物再生法、藥劑再生法、電化學(xué)再生法、超臨界萃取再生法和微波輻射再生法等。在水處理中，活性炭吸附的多為熱分解型和難脫附型有機(jī)物，且吸附周期長(zhǎng)。高溫加熱再生法通常經(jīng)過(guò)850℃高溫加熱，使吸附在活性炭上的有機(jī)物經(jīng)碳化、活化后達(dá)到再生目的，吸附恢復(fù)率高、且再生效果穩(wěn)定。因此，對(duì)用于水處理的活性炭的再生，普遍采用高溫加熱再生法。
國(guó)內(nèi)目前臭氧生物活性炭深度處理工藝處于起步階段，大規(guī)模應(yīng)用的水廠并不多，活性炭生產(chǎn)企業(yè)和應(yīng)用企業(yè)均缺乏對(duì)活性炭再生的長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮。但隨著我國(guó)臭氧生物活性炭工藝在凈水廠應(yīng)用的日益廣泛，活性炭應(yīng)用和生產(chǎn)企業(yè)須考慮“飽和活性炭”的再生或資源化問(wèn)題，以降低水處理成本、保護(hù)資源，促進(jìn)活性炭生產(chǎn)與應(yīng)用走可持續(xù)發(fā)展的道路。凈水用活性炭生產(chǎn)、再生以及技術(shù)服務(wù)在我國(guó)將有廣闊的市場(chǎng)發(fā)展前景。