摘要：概述活性炭物理化學性質以及作為吸附劑的機理，介紹活性炭吸附劑的種類，及各種類型的活性炭在水處理中的應用。
隨著現代工業及其它產業的迅猛發展，人們面臨更嚴重的污染，特別是水體污染已經引起了當今世界各國的普遍關注。同時，人們生活水平的不斷提高及環保意識的不斷增強，使得人們對水質的要求愈來愈嚴格。活性炭作為一種優良的吸附劑，由于它具有優良的吸附性能以及設備簡單，操作方便，可再生等特點而被廣泛的應用于水的凈化處理。
一、活性炭的性能及特點
活性炭是一種由含炭材料制成的外觀呈黑色、內部孔隙結構發達、比表面積大、吸附能力強的一類微晶質碳素材料。活性炭材料中有大量肉眼看不見的微孔。活性炭主成分除了碳元素以外，還有氧、氮、氫等元素及灰份。常見的活性炭有顆粒狀、粉狀兩種，隨著纖維工業的發展，誕生了一種新型的活性吸附材料和環保工程材料—活性炭纖維。它是繼顆粒狀、粉狀活性炭之后的第三代產品。
活性炭吸附的作用產生于物理吸附和化學吸附。物理吸附主要發生在活性炭豐富的微孔中，用于去除水和空氣中雜質，這些雜質的分子直徑需要小于活性炭的孔徑。另一方面活性炭在其表面含有官能團，與被吸附的物質發生化學反應，從而與被吸附物質常發生在活性炭的表面，此過程為化學吸附。活性炭的吸附是上述兩種吸附綜合作用的結果。評價活性炭的吸附性能指標主要有亞甲藍值、碘值和焦糖吸附值等，吸附容量越大，吸附效果越好。活性炭的吸附能力以吸附量q表示：
式中：
q—活性炭吸附量，即單體重量的吸附劑所吸附的物質量，g/g；
V—污水體積，L；
C0、C—分別為吸附前原水及吸附平衡時污水中的物質濃度，g/L；
X—被吸附物質量，g；
M—活性炭投加量，g；
在溫度一定的條件下，活性炭吸附量隨被吸附物質平衡濃度的提高而提高，兩者之間的變化曲線稱為吸附等溫線，通常用費蘭德利希經驗式加以表達：
q=K·C1/n
式中：q—活性炭吸附量，g/g；
C—被吸附物質平衡濃度，g/L
k、n—與活性炭種類、溫度、被吸附物質性質有關的常數。
活性炭去除水中的對象成分包括：游離氯、高錳酸鉀消耗量、溶存臭氨、色度著色成分、溶存氨（聯氨分解）、發泡成分、表面活性劑、異臭成分、苯酚、氯苯酚、三氯甲烷、農藥類、三氯乙烯等氯系溶劑、PCB、有機氯化物（TOX）、油分、三鹵甲烷前體物質、重金屬（特別對Hg）、TOX前體物質、鐵、錳、COD、病毒、TOC、熱源、氨、BOD。
二、活性炭在水處理中的應用
1、對水源水的處理
粉狀活性炭是具有弱極性的多孔吸附材料，有很強的吸附能力和穩定的化學性能，在水處理工業上廣泛應用。由于它不能再生，成本較高，因此很少將它用作常規處理，但是在原水突發污染的情況下，投加粉狀活性炭能很好的去除苯類化合物、酚類化合物、石油和石油產品等有機物。粉狀活性炭對水中形成嗅味的有機物的去除效果是其它處理劑無法比擬的。發生在2005年11月的松花江水污染事件，造成了松花江流域的重大水污染，活性炭吸附是這次污染事故的應急處理技術。主要的措施有兩條，一是在水廠取水口處投加粉狀活性炭，利用水源水從取水口到凈水廠的輸水管線，在管線當中粉狀活性炭把硝基苯吸附。二是應對技術措施就是把水廠現有沙濾池改造成活性炭和石英砂雙層濾料濾池，具體方法是把現有的石英砂挖出半米左右再加入半米的粒狀活性炭。通過以上改造工程，水廠出水水質達到生活飲用水水質標準。
2、對廢水中重金屬離子的吸附
目前冶煉、電解、醫藥、油漆、合金、電鍍、紡織印染、造紙、陶瓷與有機顏料制造等行業，每年排放大量含有多種重金屬離子的工業廢水。活性炭以其獨特的物理、化學特性成為吸附重金屬的常用吸附劑之一。有人發現活性炭纖維對Cu、Ni2+、Cd2+的吸附符合Langmuir模式，同時Freundlich模式也可以較好的模擬這3種金屬離子在活性炭纖維上的吸附。在動態條件下，吸附飽和后的活性炭纖維可用稀酸和稀堿溶液再生，再生后的活性炭纖維可重復使用。為了增加活性炭纖維對重金屬的吸附容量，可以對活性炭纖維進行改性。有人考察了震蕩時間、水樣pH對吸附效果的影響以活性炭纖維作為去除水中鎘、鎳、銅三種重金屬離子的吸附劑。結果表明，活性炭纖維對水中三種重金屬離子的吸附特性良好，且吸附劑易于再生，可作為去除水中離子態重金屬的優良吸附劑。
3、對水中微量有機物的吸附
對微污染水源投加粉狀活性炭的研究發現，投加粉狀活性炭后能夠有效控制水中的嗅味，特別適合于在突發原水嗅味污染時使用。投加30-40mg/L粉狀活性炭后對CODm的去除在50%左右，對TOC去除約為25%，對氨氮去除效果不好，為10%-20%之間。另外，粉狀活性炭對礦物油有較好的吸附效果。另外在飲用水消毒過程中可產生三鹵甲烷（THMs）、鹵乙酸（HAAs）、鹵乙腈（HANs）等有致癌作用的消毒副產物。近年來研究表明，飲用水中HAAs的含量雖低于THMs，但是某些種類HAAs的致癌風險卻遠高于THMs。有人采用臭氧化—生物活性炭（O3/BAC）深度處理工藝去除水中消毒副產物前質的試驗結果表明，該工藝能夠有效去除水中消毒副產物前質，可控制氯化消毒副產物的生成。
4、活性炭用于水的脫色處理
采用活性炭纖維（ACF）對海鹽苦鹵進行吸附脫色實驗，探討了活性炭用量、溶液流速、溫度、濃度、pH對脫色率的影響。確定活性炭纖維對苦鹵溶液脫色的較佳工藝條件，在此條件下，苦鹵脫色率大于98%。吸附后的活性炭纖維加熱到120℃并抽真空進行脫附，可循環使用18次以上。采用活性炭吸附法處理染料廢水的實驗研究表明，在較佳的吸附工藝條件下，酸性品紅、堿性品紅和活性黑B-133染料廢水的脫色率均超過97，出水的色度稀釋倍數不大于50倍，COD小于50mg/L，達到國家一級排放標準。有關人員研究了活性炭纖維（ACF） 對水中酸性大紅的吸附脫色試驗。研究表明，溫度為150-200℃，濾速為6mL/min時，濃度為12mg/L的酸性大紅脫色率達98%以上。活性炭纖維經20次吸附與解吸實驗，吸附脫色性能沒有明顯降低。
三、結論與展望
活性炭吸附涵蓋了水處理的各個領域，但是其處理技術仍不完善，諸如在水的深度處理方面，還不能完全解決水質污染問題，用于水的深度處理還有待進一步的開發和改進。但總的來說，活性炭用于水處理還是非常有效的，再結合其它有效的水處理工藝，與膜、微生物、氧化劑、微波、電化學、TiO2等材料或技術聯合使用，可以大大提高活性炭的效率，并能取得較好的處理效果。另外選擇較為合理的再生方法，將環保及經濟效益于一體進行綜合考慮，將會有更廣闊的發展空間。