摘要：介紹了粒狀活性炭在飲用水處理中的應(yīng)用、所起的作用以及活性炭工藝對原水的處理效果，同時也對活性炭的再生進行了論述。實踐證明，活性炭工藝在飲用水的深度處理過程中起了重要的作用。
活性炭對水中有機污染物具有優(yōu)良的吸附作用，能有效除色，除味，去除水中微量有機氯及其產(chǎn)生的異嗅味。20世紀20年代初，國外就開始用粉狀活性炭去除水中的嗅和味，我國在20世紀60年代末期開始利用活性炭去除受污染水源水的嗅和味。北京市自來水公司在20世紀80年代初開始研究用粒狀活性炭處理地面水的色度和嗅味，首先在田村山水廠進行了炭吸附試驗，目前第九水廠、田村山水廠、城子水廠等的處理工藝中都采用了粒狀活性炭，提高了凈水效率，出廠水水質(zhì)優(yōu)良。
1 活性炭池的使用方式
① 用粒狀活性炭替換部分砂濾料，成為炭砂雙層濾料濾池。采用這種方式，凈化效果要優(yōu)于單層砂濾池，還可以減少反沖次數(shù)，降低反沖強度，但換炭比較困難，一般只作為應(yīng)急措施。瑞士某水廠有12個活性炭吸附池，其下層是0.5m的石英砂，上層為1.2m的活性炭，產(chǎn)水量為4000×104m3/a。
② 用粒狀活性炭替換全部砂層，即活性炭吸附兼過濾。法國的南希市水廠采用這種方式，炭層厚1.5m，主要用于去除水中的嗅味，處理能力為10×104m3/d。
③ 在砂濾池后建立獨立的活性炭吸附池，進水經(jīng)砂濾后，再經(jīng)炭吸附池。這種方式能有效利用活性炭的吸附性能,，特別是在原水含鐵、錳時效果更為明顯。目前美國、荷蘭有不少水廠采用這種方式。
2 第九水廠現(xiàn)有工藝對原水的處理效果
北京市第九水廠一期工藝流程見圖1。
水廠現(xiàn)有炭池72座，單池面積96m2，炭層1.5m，產(chǎn)水量為150×104m3/d。以密云水庫水為水源，其特點是水質(zhì)良好，含顆粒物較少，濁度通常在 5NIU以下，色度在5~15度，水溫在2~18℃，屬低溫、低濁、低色的水庫水，含少量有機物和藻類。由于采用氯消毒，幾乎所有水生天然有機物都可能在消毒過程中被氯化生成氯化烴類物質(zhì)，其中主要是三氯甲烷化合物。若水中有酚類存在時，還能產(chǎn)生氯酚，另外還會產(chǎn)生鹵乙酸（HAAs）、鹵乙氰等鹵代有機物，它們比原物質(zhì)具有更大的毒性。活性炭能有效地去除水中的這些有害物質(zhì)（見表1）。
表1 活性炭對三鹵甲烷、鹵乙酸的去除效果
| 使用時間/月 | 三鹵甲烷 | 鹵乙酸 | ||||
| 炭前/（μg·L-1） | 炭后/（μg·L-1） | 去除率/% | 炭前/（μg·L-1） | 炭后/（μg·L-1） | 去除率/% | |
| 2 | 18.4 | 11.5 | 37.5 | 9.8 | 2.5 | 74.5 |
| 10 | 38.7 | 32.6 | 15.8 | 23.6 | 8.3 | 64.8 |
| 24 | 39.3 | 35.6 | 9.4 | 24.3 | 10.9 | 55.1 |
| 29 | 41.2 | 36.3 | 11.9 | 18.9 | 11.1 | 41.3 |
可以看出，剛使用時，活性炭對三鹵甲烷的去除率為37.5%，對鹵乙酸的去除率為74.5%。隨著活性炭使用時間的延長，去除率有所下降。另外，也可以看出活性炭對鹵乙酸的去除效果比三鹵甲烷好。水廠各工藝對原水的處理效果見表2。
表2 第九水廠各工藝對原水的處理效果
| 檢測項目 | 密云水庫 | 進廠水 | 澄清池出水 | 煤砂濾池出水 | 活性炭濾池出水 |
| 濁度/NTU | 5.0 | 5.0 | 0.38 | 0.18 | 0.16 |
| 色度/度 | 15 | 60 | 10 | ＜5 | ＜5 |
| 嗅味 | 土腥味二級 | 土腥味二級 | 土腥味二級 | 土腥味一級 | 土腥味一級 |
| 氨氮（以N計）/(mg·L-1） | 0.28 | 0.06 | 0.02 | ＜0.02 | ＜0.02 |
| 亞硝酸氮（以N計）/（mg·L-1） | 0.017 | 0.010 | 0.003 | 0.003 | ＜0.001 |
| 高錳酸鉀指數(shù)（以O(shè)計）/（mg·L-1） | 2.01 | 2.01 | 1.29 | 1.24 | 0.92 |
| 藻類/（萬個°L-1） | 814.0 | 331.5 | 17.6 | 4.1 | 1.2 |
可以看出，由于原水水質(zhì)良好，活性炭對濁度、氨氮的去除效果不是很明顯，濁度在澄清池去除達90%以上，氨氮在煤濾池已達到標準。活性炭濾池對嗅味的去除十分有效，出水無嗅無味。炭濾池出水高錳酸鉀指數(shù)由進廠水的2.01mg/L下降至0.92mg/L，去除率為20%以上。經(jīng)活性炭處理后對藻類的去除率在70%以上。
3 活性炭的再生
3.1 活性炭的吸附作用
活性炭的吸附一般分兩個階段。使用初期，由于存在大量的吸附位點，水中所有可吸附性的有機物均可被活性炭吸附，吸附作用明顯；隨著運行時間的延長，活性炭上的吸附位點減少，對有機物的吸附作用減弱，生物降解和轉(zhuǎn)化作用增強。2003年活性炭碘值和亞甲藍值的變化見圖2、圖3可以看出，隨著使用時間的延長，活性炭技術(shù)指標不斷下降到一定程度將會影響處理效果，這從對TOC及CODMn的去除率可以看出(見圖4)。
從表1和圖4可以看出，隨著運行時間的延長，活性炭對三鹵甲烷、鹵乙酸、T0C及CODMn的去除效果逐漸下降。通過測定，活性炭的碘值、亞甲藍值已達不到要求，應(yīng)考慮活性炭的再生。
3.2 活性炭的再生
日本采用活性炭池的水廠，一般均設(shè)有再生爐。目前第九水廠主要利用碘值和亞甲藍值作為判斷炭吸附終點的指標，如果碘值≤600mg/g，亞甲藍值≤85mg/g對水的處理效果將有影響。該廠要求新炭的碘值≥850mg/g亞甲藍值≥130mg/g，要求再生炭碘值≥750mg/g，亞甲藍值≥100mg/g。
3.3 新炭、活性炭再生前后的碘值、亞甲藍值
表3是2003年5月對新炭、活性炭再生前后的碘值、亞甲藍值的檢測結(jié)果。
表3 活性炭再生前后的碘值、亞甲藍值
| 項目 | 碘值/（mg·g-1） | 亞甲藍值/（mg·g-1） |
| 新炭 | 970.1 | 146 |
| 再生前 | 552.7 | 84.6 |
| 再生后 | 761.2 | 120 |
試驗證明，經(jīng)過再生后，碘值、亞甲藍值可以提高，且與活性炭再生前相比，耗氧量降低0.70~1.00mg/L，嗅味去除1~2級，藻類去除率也有所提高。
4 結(jié)語
① 活性炭深度處理工藝使水中的有機物含量、生物毒性降低，并且易于管理，可以保證出廠水的質(zhì)量。
② 活性炭在使用過程中要定期進行監(jiān)測,及時更換，一般換炭周期為兩年。另外，通過對炭池出水的高錳酸鉀指數(shù)或TOC的檢測，若去除率降低也可考慮換炭。
③ 為提高飲用水的安全性，建議推廣使用活性炭濾池，其運行方便靈活，費用低廉，為出廠水滿足日益嚴格的水質(zhì)標準起到了積極的作用，且具有廣泛的社會效益。
④ 活性炭作為一種優(yōu)良的吸附劑，廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，它的作用還將得到更好的發(fā)揮。