生活饮用水净化用活性炭选用指南(讨论稿)

生活饮用水净化用活性炭选用指南（讨论稿）蒋仁甫蒋旭东戴日成王占生刘文君一、前言1．现状与问题目前有关净化水用活性炭有两个版本的标准，即：GB/T 7701·4—1997净化水用煤质颗粒活性炭和GB/T 13804 —92木质净水用活性炭。

它们都将净水用活性炭分为三类。

划分主要依据的是产品的碘值和亚甲基蓝脱色力两项指标，详见表1.表一.现有净水用活性炭标准分类及主要指标标准号 主要指标 优级品 一极品合格品 (二级品)碘值 mg/g ≥1050 900 800 GB/T7701·4-1997 亚甲基蓝脱色力 mg/g 180 150 120碘值 mg/g ≥1000 900 800亚甲基蓝脱色力 ml≥8.0 7.0 6.0 GB/T 13804mg/g (120) (105)(90) 关于净水用活性炭的粒度：7701·4—1997中只有一种,即:中Ф1.5mm的圆柱状炭，13804— 中规定为2.00～0.63mm(10-28目)的破碎状炭。

以上两标准的均未涉及到粉状活性炭的问题,而粉状活性炭作为水源突发性污染事件的应急措施正被广泛应用。

为了使措施发挥预期的效果，选用合适品种的活性炭颇为重要。

根据我国给水深度处理所采取的工艺：O3+活性炭,亦即生物活性炭(BAC)。

大量的试验室研究及生产实践证明：生物的作用大大延长了活性炭的使用寿命，从而降低了制水的成本。

作为生物载体，一定粒度级配的活性炭较之圆柱状活性炭其效果要好。

因为给水深度处理的活性炭装填量大，大部分水厂均采用煤基活性炭，很显然必须将近年来我国广大从事饮用水净化研究和生产实践的成果及时总结并予以推广：让活性炭的选择走出误区。

正如表一所示，目前主要按碘值、亚甲基蓝脱色力两项指标来判别活性炭的质量级别，不太符合饮用水净化用活性炭的实际情况。

从所周知，饮用水水源中污染物的含量和废水处理比起来，浓度要低得多，一般为几个ppm及至几个ppb。

这就要求饮用水净化用活性炭，在低浓度的范围内有较强的吸附能力，即要求Freundlich方程[x/m=kc1/n]中的“K”值要高。

但由于“K”值是随水源中污染物的种类变化的，很难作为一个通用验收指标，因此必须增加一个能反映低浓度下吸附能力的指标—“酚值”酚值的定义为：将水中的含酚量从100ppb降至10ppb时的粉状活性炭投加量（mg/L）。

日本供水协会（JWWA）-113 1974中曾明确其作为粉状活性炭的验收指标，。

其数值在该标准中未明确，但在许多文献中均规定其应≤25mg/L。

1991年，我国台北自来水公司建立了日投15T粉状活性炭的系统，其粉状活性炭的招标书中，亦明确：酚值应≤25mg/L。

2．目的与原则：给选用者提供一个比较科学的、全面且适用的选择方法和依据，以保证处理设施的正常运行，从而保障良好的水质，进而保障人民的健康。

制订选用指南所遵循的原则是：立足国内、尊重实践、 适当引进。

我们所指的立足国内，不仅活性炭的产品立足于国内生产，而且使用的数据也都采之于国内近年来的科研成果和生产实践，其目的是为了更好地符合中国的实际情况，而对于国内欠缺的项目，而国外又比成熟的东西则直接引进为我所用。

二、概述1．定义：活性炭是含碳材料经过炭化，活化处理后具有巨大比表面积和发达孔隙结构的碳吸附剂。

炭吸附剂的这一特点，使其具有除去水中的溶解性有机物（其中大部分是在水中产生味和嗅，及对人体有毒，有害的物质）的能力。

2．制造工艺：活性炭的制造通常分为两大类，即气体法和药品法。

生活饮用水净化用活性炭绝大部分都是采用气体法生产出来的。

3．原料：在我国制造活性炭所用的原料有：烟煤（如大同煤）、无烟煤（如太西煤）、椰子壳、果核皮及竹材。

这些材料通常在炭化后，在≥850℃的高温下与气体（主要是水蒸汽，但也含有CO2）产生反应（C+H2O→CO+H2和C+CO2→2CO），生成吸附所要求的发达的内部孔隙结构。

4．制造过程基本分为三大部份，即：炭化，活化，和后处理。

炭化过程实质是开环物质热聚合成稠环并形成孔隙雏形的过程。

活化过程则是高温下依靠气体的氧化能力，清除孔隙中游离炭使孔隙成形的过程。

后处理则是将活化料破碎成用户要求粒度的过程，这包括破碎、筛分和包装。

筛上物即为颗粒状活性炭，筛下物进一步粉碎即成粉状活性炭。

5．活性炭的粒度粒度在吸附过程中的作用：在床层吸附动力学中，有一个重要指标，即：[cm2/ cm3]。

很明显，粒径越小，其数值越大，外表面积越大，吸附质进入活性炭的通道越多，颗粒越小，吸附质在活性炭孔隙中扩散的距离越短。

然而粒度越小，反洗时的损耗也越大，再生的得率也越低。

综合考虑上述因素后，一般情况下，粒度介于美国标准筛8目～40目（2.36～0.425mm）之间，具体规格有：8×16目（2.36～1.18 mm）、8×20目(2.36～0.85mm)、8×30目(2.36～0.60mm)、10×30目(2.00～0.60mm) 、12×40目(1.70～0.425mm)、14×40目(1.40～0.425mm)、20×40目(0.85～0.425mm) 个别也有用20×50目(0.85～0.30mm)的,但常用的两种规格是8×30目和12×40目。

选用时必须根据自己的具体情况选择上述任何一种粒度范围，但其粒度的均匀系数不得大于2.1。

6．均匀系数正好让产品的60%通过的筛孔尺寸（d60）与同一产品正好通过10%的筛孔尺寸（d10）之比值。

7．有效粒径正好让产品的10%通过的筛孔尺寸（d10）。

例如：粒度分布有10%的产品粒径＜0.5mm,则此产品的有效粒径即为0.5mm,这是研究滤流过程用以计算雷诺(Reynolds)数的一个重要参数。

8．圆柱状活性炭具有相当均匀的圆柱形外观的一种颗粒活性炭。

有效粒径和均匀系数均不适用于圆柱状活性炭。

9．吸附污染物（溶质）分子通过化学力或物理力以及这两种力的共同作用在表面的富集过程。

10．耐磨性能（通常称为强度）生活饮用水净化用活性炭在运输、向吸附池装填以及反洗过程中，会受到各种外力的作用，从而引起颗粒因冲击而破碎，颗粒间磨擦而产生炭粉。

目前国标GB/T 7702·3—1997采用筛盘法来测定产品的耐磨性能。

11．堆积密度（表观密度、装填密度）我国和前苏联称之为公升重。

它是在规定的装填条件下，单位体积内所含活性炭的质量。

其测定方法为：GB/T 7702·4—1997三、活性炭的质量标准1.物理性状1-1形状:不规则的破碎状黑色固体1-2 粒径:8～40目(2.36～0.425 mm),通常使用的有8×30目(2.36～0.60mm)和12×40目(1.70～0.425 mm)两种规格。

不管何种规格，但其有效粒径（d10）应介于0.35～1.30 mm之间.1-3 均匀系数(即d60/d10)≯2.11-4 机械强度:亦称耐磨性能,当采用GB/T GB/T 7702·3—1997法测定时≥85%1-5 堆积密度:当采用GB/T 7702.4—1997法时为0.4～0.5g/cm31-6 水份当采用GB/T 7702.1—1997法时为5%1-7水溶性灰份水溶性灰份≯4%1-8 筛余物当在大号筛筛上的残留物≯15% ,通过小号筛的产品≯5%1-9 漂浮物≯3%(在常温水中)2.吸附性能2-1 碘值当采用GB/T 7702·7—1977法时≥950mg/g2-2 亚甲基蓝值当采用GB/T 7702·6—1977法时≥180mg/g2-3酚值≤25 mg/L2-4 ABS值≤50mg/L3．溶解性有害物质3-1砷≤2ppm3-2锌≤50ppm3-3铅≤10ppm3-4镉≤1ppm四.试验室研究试验室研究包括两部份,即等温线试验和柱子试验.1．等温线实验的目的是得出活性炭对当地水质的吸附等温线。

目前在水处理试验研究中所采用的吸附方程为Freundlich方程，即：x/m=kc1/n。

因吸附等温线通常都用双对数座标纸表示，因此也常用ℓg x/m=ℓgk+1/n ℓgc。

式中x/m为单位重量的活性炭（m）对水中污染物的吸附量（x），k为常数，c为平衡（残留）浓度，1/n 为等温线的斜率。

如果令C=1，则ℓgc=0，此时ℓg x/m=ℓgk，换言之，当C=1mg/L时，吸附量x/m=K。

因为给水水源中的污染物含量比较低，因此要求活性炭在低浓度区的吸附量要高，也就是要求“K”值要高。

图4-1所示是一个例子，活性炭1在高浓度下的吸附量和活性炭2相当乃至低于活性炭2，我们仍然选择活性炭1。

这是因净水出水中的浓度永远到不了C1处，而是在C=1或更低处，如果C=1，对活性炭2来说，吸附量x/m=0，这就是通常听到说，活性炭也不行的问题所在----所采用的活性炭不适合用于饮用水净化。

等温线实验所得出的吸附量为最大吸附量（或理论吸附量），颗粒炭是永远达不到的，这是因为等温线采用的粉状活性炭，而颗粒炭总是有部分孔隙是被封闭的。

关于粉状活性炭的细度，通常是以通过200目（75µ）为准的，但ASTM规定的碘值是以通过325目（44µ）为准的，共理由是：在这种粒度下，活性炭所具有的孔隙均已打开了。

图4-1等温线示意图2．吸附柱试验是为了求得活性炭床层的工作带（传质带）厚度。

吸附柱的直径D决定于所用活性炭的粒径d，D/d通常≥20，在这样条件下，测出的数据，即可直接用于生产装置。

图4-2Za即为工作带，Za越小，活性炭的性能越好。

Za值的大小和Freundlich方程中的K值有一定的关系，K值大Za值就小。

工作带长度的计算Za=2Z（1- T B UC o/γqZ）=U/β.γ×(T E-T B)= UΔT式中：γ为装填密度（g/cm3或kg/m3）q为对应于C o时的吸附量（ kg/k g—活性炭）q/C o为吸附系数（m3/kg—活性炭）U=U/β.γ为吸附带的移动速度（cm/s或m/min）U为空塔速度(m/min)β.γ相当于单位体积活性炭处理水体积的理论值（m3－水/m3－活性炭）T E为对应出水浓度达0.95C o时的时间(分)T B为对应出水浓度达0.05C o时的时间（分）ΔT=( T E-T B)Z为炭层高度（m）图表4-2穿透曲线工作带及L.U.B关系图五、产品卫生安全证书因为本产品系为饮用水专用，因此须取得省级疾控中心食品级的卫生许可证。

六、活性炭的验收1、采购者可根据下述资料决定对活性炭进行验收1-1、供应者的合格检验报告和符合本指南和采购者规格的质量合格证明。