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(píng)價(jià)體系、搭建了活性炭評(píng)價(jià)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(diǎn)。
一、前言
工業(yè)、農(nóng)業(yè)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)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(duì)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(duì)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(diǎn)。
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(xiàng)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(duì)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(píng)價(jià)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(gè)科研管理工作者的角度對(duì)以上幾個(gè)問題進(jìn)行剖析。
二、建立活性炭評(píng)價(jià)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(duì)飲用水活性炭還沒有建立統(tǒng)一的評(píng)價(jià)體系，僅僅依靠幾個(gè)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(píng)價(jià)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(yàn)基礎(chǔ)上，亟需建立一個(gè)完善的、科學(xué)的、便于使用的活性炭評(píng)價(jià)體系。以指導(dǎo)飲用水處理中活性炭的選擇。活性炭的評(píng)價(jià)體系應(yīng)體現(xiàn)處理原水水質(zhì)不同的特點(diǎn)，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(shí)側(cè)重點(diǎn)不同，同時(shí)還需考慮處理工藝特點(diǎn)，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(píng)價(jià)參數(shù)又有區(qū)別，此外還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)等。
1 初步評(píng)價(jià)
根據(jù)活性炭處理對(duì)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(jià)格適中的同時(shí)考慮貨源充足，來源方便，進(jìn)行初步評(píng)價(jià)。
2 確定活性炭吸附性能及物化性能指標(biāo)值
在活性炭評(píng)價(jià)體系中應(yīng)納入以下活性炭評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)依據(jù)。
x/m=kC1/n（1）
方程兩邊取對(duì)數(shù)：
log(x/m)=logk+(1/n)logC（2）
式中：x/m——單位重量活性炭對(duì)吸附質(zhì)達(dá)到平衡時(shí)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(shí)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(gè)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(shí)吸附容量越大，而在低濃度時(shí)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。活性炭用于給水處理，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(dòng)態(tài)吸附容量
活性炭動(dòng)態(tài)過濾試驗(yàn)是選擇飲用水用活性炭的重要依據(jù)之一�；钚蕴縿�(dòng)態(tài)過濾試驗(yàn)充分結(jié)合了當(dāng)?shù)卦|(zhì)特征，進(jìn)行活性炭對(duì)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(yàn)計(jì)算出，單位質(zhì)量活性它的動(dòng)態(tài)吸附容量、活性炭處理水量倍數(shù)、活性炭穿透時(shí)間、水頭損失、反沖頻率等。
5 綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)
根據(jù)活性炭動(dòng)態(tài)過濾試驗(yàn)結(jié)果與不同活性炭性能指標(biāo)的相關(guān)性、對(duì)活性炭不同性能指標(biāo)與對(duì)應(yīng)的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，并建立綜合評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)分析
在活性炭評(píng)價(jià)體系中，還應(yīng)納入投資經(jīng)濟(jì)成本、運(yùn)行費(fèi)用、活性炭再生得率、活性炭企業(yè)的技術(shù)實(shí)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�；钚蕴考夹g(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(dòng)、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(yùn)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(duì)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(duì)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(fèi)、降低了活性炭應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益。針對(duì)這種不足“太湖流域飲用水安全保障技術(shù)項(xiàng)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(duì)活性炭理化性能、吸附性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(shí)施思路
建立“上海自米水用煤質(zhì)顆粒活性炭技術(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(bǔ)活性炭標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域的空白。該項(xiàng)目按照以下思路進(jìn)行實(shí)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�；钚蕴吭囼�(yàn)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(chǔ)存、運(yùn)輸、存放、使用等方面的資料；
⑷ 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)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(yàn)和以黃浦江原水為處理對(duì)象的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的實(shí)際運(yùn)行情況，總結(jié)煤質(zhì)活性炭各個(gè)指標(biāo)適宜的量化值，對(duì)上海自來水用煤質(zhì)顆粒活性炭技術(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(diǎn)
“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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)凈化水用煤質(zhì)顆粒活性炭國家標(biāo)準(zhǔn)作出了如下補(bǔ)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(duì)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)顆粒活性炭中含有的重金屬元素如鉛、鋅、鎘、砷的最大含量的規(guī)定。
⑶ 對(duì)自來水用煤質(zhì)顆粒活性炭的標(biāo)志、包裝、運(yùn)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(píng)價(jià)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(duì)性，提高活性炭的市場效率，降低活性炭應(yīng)用成本。