凈水機活性炭的分類介紹以及在凈水器中的作用

                                                           來源：香港益能國際 作者：謝建平           
           活性炭是由椰殼、果殼等為原料，經過炭化(燜燒爐)、活化(在斯列普活化爐中800℃高溫水蒸汽活化)、破碎、篩選、風選、水洗、烘干等工序制得。
        活性炭是凈水器中最主要、使用最多的吸附材料(其他吸附材料還有：中性大孔樹脂、大孔陰樹脂、分子篩、硅藻土等)。早在二十世紀三十年代，人們就用活性炭從焦化廠的廢水中吸附苯酚，因此，活性炭在水處理中的應用已有近八十年的歷史。有記載1862年英國采用活性炭凈化飲用水。我國現代最早的凈水器(上海仙童凈水科技有限公司，1986年)也是以活性炭為凈水材料的。可以說，從凈水器誕生以來，活性炭一直與凈水器“形影不離”，難分難解。

        一、活性炭的分類

        1、根據制活性炭原料的不同，活性炭可分為：

        (1)木質炭：又可分為木炭(由木屑為原料制成)、竹炭(由竹為原料制成)、果殼炭(由核桃殼或杏核為原料制成)、椰殼炭(由椰子殼為原料制成)，凈水器中常用的是椰殼炭或果殼炭。

       (2)煤質炭(由無煙煤制成，以寧夏產的質量較好)，

       (3)骨炭(由動物骨頭制成)。

       (4)載銀活性炭：一般以果殼活性炭為原料，以特殊工藝使之載銀，含銀量常為0.1～0.3%,它在水中會緩慢釋放出銀離子(Ag+)，而銀離子有殺菌作用，因此載銀活性炭除了普通活性炭的吸附功能外，還具有抑制細菌繁殖的功能。凈水器一定要用優質的載銀活性炭，否則開始時出水中銀離子會超標，而使用不長時間就不再有銀溶出了。
        2、根據活性炭形態的不同，家用凈水器中常用的活性炭可分為：

        (1)粉末活性炭(PAC)。粉末活性炭實際上是粒度更細小的顆粒活性炭。由于顆粒細小，比表面積大，它的吸附效果優于常用的顆粒活性炭。德國世保康及美國愛惠浦就是采用的粉末活性炭。

        (2)顆粒活性炭(GAC)。這是在凈水器中最常用的活性炭。顆粒越小，吸附效果越好，但水的阻力(進出口壓差)越大，也容易漏炭，因此凈水器制造廠應選擇粒度合適的顆粒。在大型水處理設備中，常選用10～24目(Φ2.0～0.8mm)，小型家用凈水器由于炭柱高度短、流速快、水與活性炭接觸時間短，建議選用16～32目(Φ1.3～0.6mm)。

       (3)活性炭纖維氈(ACF)，按原材料不同，它又有二種：一種是以粘膠基纖維長絲為原料，加工成布，經炭化、活化、高溫處理而成;另一種是以聚丙烯腈基纖維為原料，加工成氈，經預氧化、炭化、活化、高溫處理而成。平均孔徑前者為17～26A，后者為10～20A。
        活性炭纖維常制成厚1～5mm厚的氈，它的微孔比顆粒活性炭更多，比表面積更大(1000～1600m2/g)，吸附容量更大(高2～6倍)，吸附速度更快，而且具有良好的再生性能，脫附速度快，可重復使用。缺點是價格較貴，也易繁殖細菌。

       (4)燒結活性炭濾芯(CTO)，又稱炭棒濾芯、壓縮活性炭濾芯。是由顆粒活性炭加入粘結劑(如PE樹脂)加溫燒結擠壓成型，碳芯外層往往還包有白色聚丙烯(PP)無紡布。燒結活性炭濾芯兼有吸附和過濾(平均孔徑3～20µm)二種功能，但其過濾功能低于PP熔噴濾芯，吸附功能低于顆粒活性炭濾芯。

    二、活性炭在凈水器中的作用

    1、活性炭的凈水作用

        活性炭可去除水中嗅和味、色度、余氯、膠體、有機物(合成洗滌劑、農藥、除草劑、殺蟲劑、合成染料、三鹵甲烷、鹵乙酸、內分泌干擾物如鄰苯二甲酸酯PAES等)、重金屬(如汞、銀、鎘、鉻、鉛、鎳等等)、放射性物質等，是凈水器中使用最早、最廣泛實用的凈水材料。不僅一般活性炭凈水器，在家用反滲透純水機，以及多數超濾、陶瓷、KDF、UV等凈水器中，都會用到活性炭。

        活性炭和KDF都能去除水中余氯，但KDF和氯反應生成鋅離子(Zn2+)，可能會導致水中鋅超標，而用活性炭除氯則沒有這類擔心。

        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，比表面積越大，吸附效果越好。

    2、活性炭的負面影響

        (1)活性炭吸附了大量的有機物，這些有機物會成為細菌等微生物的營養，細菌會在活性炭的微孔中大量繁殖增生，并可能導致出水中菌落總數超標。

        (2)凈水器中的活性炭在微生物催化作用下，把水中氨氮轉化為亞硝酸鹽氮，常出現凈水器出水中的亞硝酸鹽比進水高出很多倍。亞硝酸鹽本身不是致癌物質，但它與水中胺類物質反應生成的亞硝胺是強致癌物質。

       (3)在活性炭吸附過濾的出水加溴樹脂(溴代聚苯乙烯海因)過濾或UV殺菌是解決水中微生物超標的好方法。香港益能國際有限公司在部份家用反滲透純水機的后置活性炭濾芯中加上一小段溴樹脂，出水即無菌，出口到歐洲諸國很受歡迎。

        3、活性炭吸附機理

        (1)物理吸附：范德瓦爾力。活性炭通過物理吸附可去除水中的有機物、膠體等。

      （2）化學吸附：化學反應及催化作用。活性炭通過物理吸附可去除水中的余氯、氯胺等等。

    C+Cl2+H2O—→CO+2H++2Cl-

    C+ClO-—→CO+Cl-

    C+2NHCl2+H2O—→CO+N2+4H++4Cl-

三、如何提高活性炭凈水器的凈水效果

        1、選擇質量好的活性炭。凈水用活性炭的標準目前有：

       (1)GB/T7701.4——1997《凈水用煤質顆粒活性炭》

       (2)GB/T13803.2——1999《凈水用木質活性炭》

       (3)DL/T582——2004《火力發電廠水處理用活性炭使用導則》

       (4)LY/T1331——1999《凈水用載銀活性炭》

        國家標準(1)、(2)和林業行業標準(4)測碘吸附值和亞甲基藍吸附值，主要反映活性炭中微孔的多少;電力行業標準(3)測活性炭對天然水中四種有代表性的有機物(腐殖酸、富里酸、木質素、單寧)的吸附容量和吸附速度，主要反映活性炭中過渡孔的多少。凈水器生產廠選擇凈水器用活性炭時，建議按(3)方法來選擇較好的活性炭。

       此外，水份(≤10%，越小越好)、強度(≥95%，越大越好)、粒度(≥95%，家用凈水器用顆粒活性炭建議選用16～32目即Φ1.3～0.6mm的粒徑)都是必須考核的指標。

        2、凈水器制造廠應該采購質量好的活性炭，并抽查和檢測每批進貨的活性炭，以防購進劣質產品。

        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去除率和總溶解性有機炭DOC去除率均應≥25%，前者在城鎮建設行業標準CJ3023和衛生部《生活飲用水水質處理器衛生安全與功能評價規范——一般水質處理器》(2001)中均有規定，后者在CJ3023中有規定。

        3、活性炭發揮凈水作用，不論物理吸附還是化學吸附，都需要一定的時間。因此，凈水器生產廠要改進活性炭過濾器或活性炭濾芯的設計，盡可能增加水和活性炭的接觸時間，接觸時間=炭柱長度/水在炭柱中的流速，增加炭柱長度和活性炭用量，降低水的流速，都能延長水和活性炭接觸時間，提高活性炭的凈水效果和出水水質。

       (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<2mgO2/L。在大型反滲透裝置的預處理中，余氯和有機物都應去除，則取流速為10m/h，如以活性炭濾層高1m計算，那么水和活性炭的接觸時間為0.1h，即6分鐘。

       (2)對家用活性炭凈水器來說，很難做到有這么長的接觸時間。

       在城鎮建設行業標準CJ3023-1993《活性炭凈水器》中，沒有給出接觸時間或水流速等具體數據，但其5.2.1規定，活性炭過濾器過濾柱的有效高度與直徑之比采用2～6為宜，實際上也是增加炭柱高度，延長水和活性炭接觸時間，防止水不與炭接觸而穿透。有些凈水器，采用多級活性炭濾芯，也是這個作用。總之，活性炭與水接觸時間越長，吸附效果越好。

        4、活性炭凈水器使用說明書，應告誡用戶，開啟凈水器后，要放掉一部份水，把凈水器濾筒、管道中的積水排放掉，然后再接取新鮮過濾水使用。否則，經長時間浸泡，活性炭中細菌會大量繁殖超標，亞硝酸鹽也可能增多，因此一定要把凈水器中的殘積水先放掉。

        5、活性炭凈水器使用說明書，應告誡用戶，活性炭要勤換，一般半年就要更換。特別是南方以地面水為水源的自來水，水中膠體物質多、有機物含量高，更要及時更換凈水器中的活性炭濾芯。活性炭吸附有機物飽和后，非但不能再起到吸附和凈水作用，反而會釋放出有害物質，使凈水器成為“污水器”。

       凈水器行業在發展，活性炭的技術也在發展，作為與凈水器結緣已久的“伴侶”，活性炭一直發揮著它應有的作用，當然，隨著技術的發展，我們也期待有更好的活性炭品種的出現，給我們的凈水器事業錦上添花。