李 欣
（吉林工业职业技术学院制药与环境技术学院，吉林 吉林 132013）
活性炭又称活性炭黑，根据生产工艺与原材料的不同，其颜色也有所不同，但一般呈黑褐色。活性炭为多孔结构，并且材料比表面积较大、吸附性能极强、疏水性较强。活性炭按照形态分为粒状活性炭、粉末状活性炭和木质活性炭。活性炭不仅可以去除水体异味、有机物质和无机物质，还可以吸附酚类物质，甚至对重金属污染水质也有一定的吸附作用，因此在城市生活污水处理、工业废水处理、净化水资源等水处理领域中得以广泛应用。
活性炭作为一种具有发达微孔构造、较大比表面积的暗黑色含炭物质，不仅化学性质较为稳定、耐酸碱性较强，还具有良好的吸附性能，因此最初被应用于制糖业，而后被广泛应用于水处理领域。
活性炭对制造原料的要求并不高，几乎可以用含碳的任何物质作为原材料，具体制造过程主要分为炭化和活化两个阶段：炭化也叫做热解，是在隔绝空气情况下加热原材料，温度一般控制在600℃以下；
活化是在氧化剂的作用下加热炭化后材料，进而形成活性炭产品[1]。
3.1 活性炭吸附原理
（1）物理吸附
活性炭产生物理吸附的主要原因是当活性炭固体表面原子力场不饱和时，所产生表面能将通过吸附分子的方式而被降低，大量孔隙增加了活性炭的吸附面积，使其具有很强的吸附能力。
（2）化学吸附
活性炭产生化学吸附的主要原因是活性炭吸附剂和吸附质表面会进行电子交换或共用，因此一旦发生化学反应，两者之间就会有化学键形成，进而产生化学吸附。
3.2 活性炭吸附影响因素
活性炭吸附似简单，但具体吸附原理与过程较为复杂并受诸多因素影响。具体如下：
（1）活性炭性质
活性炭表面具有吸附质的附着点，而吸附剂比表面积将影响其吸附功能。一般活性炭比表面积越大，所具有的吸附性能越强。当然，比表面积大并不意味着吸附效果好，如空隙分布情况、表面性质等都会对活性炭吸附产生影响。
（2）吸附质性质
活性炭吸附会受到吸附质性质的影响。当应用同一种活性炭时，污染物不同则吸附量不同。例如：带有表面负电的活性炭，会对正价离子具有很好的吸附效果，而对部分像砷酸根、铬酸根等负离子基本没有吸附效果。吸附质的溶解度、分子构造、分子大小以及化学结构等均能影响其吸附效果。当吸附质的浓度处于一定的范围内，其吸附容量会随着浓度的增高而逐渐增大，且在达到一定程度后，逐渐趋于稳定。
（3）溶液pH 值
表面活性炭吸附与溶液pH 值之间关系密切。当活性炭与吸附质处于不同pH 值时，所具有的性质不同，溶液pH 值会控制酸性或碱性化合物解离度，使pH 值处于一定范围，部分化合物离解则会影响这些化合物的荷电情况，从而影响其吸附效果。除此之外，溶的pH 值也会影响吸附剂表面性质，如可能会造成活性炭表面质子化，从而对影响其吸附效果。
（4）温度
温度对活性炭吸附效果的影响没有pH 值的影响大，温度较低会有利于物理吸附，高温则有利于化学吸附[2]。
水处理领域较常用的活性炭分为粉末状和颗粒状两种。粉末状活性炭由于比表面积更大，其吸附效果更好。在实际应用过程中，将粉末状活性炭与水溶液混合，搅拌至悬浮状态，可以使其发挥更好的吸附作用，但这样的吸附方式较难回收，容易二次污染水体。颗粒状活性炭主要是指吸附柱、固定床等填料，不仅回收再生容易，还具有较强的可操作性，但其吸附能力有限，吸附效率也较低。近几年，逐渐出现了其他特殊形态的活性炭产品，如炭纤维布、炭毡等，这些产品因成本较高而在水处理中的应用并不多。
水处理中活性炭吸附技术应用具体表现为以下几方面。
4.1 吸附重金属离子
在重金属离子吸附过程中，不仅是活性炭的孔道、比表面积和空腔容量大小等因素会影响吸附效果，活性炭表面稳定性与可调节性也会产生影响，如活性炭表面的氧、氮可以与重金属发生化学反应。
由于工业废水中往往含有大量重金属离子，给人们的生产生活带来重大安全隐患，因此人们充分利用了活性炭结构密度的特点，对活性炭链接式的密度结构进行了优化，使其对重金属离子的吸附与分解更加迅速。活性炭的微孔结构有助于吸附重金属中阴离子，从而对使重金属中含有的元素进行改性，使其表面吸附的阴离子与金属离子相互作用。特别是六价铬离子，通过在电镀废水中进行化学吸附，可以去除水中微量铬，使其符合相关排放标准。
4.2 吸附水中有机物
处理水中有机污染物时，活性炭的吸附效果较好。例如：对酚类化合物、石油与石油产品、除草剂、农药、合成洗涤剂以及人工合成有机化合物等有机污染物产生很强的去除功效，而这些有机污染物往往使用生物法和化学法都难以处理。不仅吸附效果好，还不会产生副产物，这些优势都是活性炭得以广泛应用的原因之一。此外，活性炭吸附技术还可以去除微污染有机物，这更是其他方法不可比拟的优势。因此，活性炭一般将过滤作为最后处理步骤。
大量实践研究表明，尽管饮用水中含有较少卤乙酸（HAAs），但致癌风险却比三卤甲烷（THMs）更高。因此在去除水中消毒副产物前质时，一般会采用臭氧化生物活性炭进行深度处理工艺，通过控制消毒副产物的生成来确保饮用水的安全性[3]。
4.3 净化污染水源
普通的净水工艺很难将水中杂质、污染元素以及有机物清除干净，而活性炭分子对于水中多元化元素有着很强的吸附效果，因此利用粉末状活性炭可以吸附清洁水中杂质与异味。这种方法最早出现在西方国家，并且粉末状活性炭只适用于去除氨水的异味，而对于季节性、高压污染的水源净化却并不适用。另外，在利用粉末状活性炭处理污染水源过程中，要适当加入悬浮液，并根据水质严格把控悬浮液用量，因此要在靠近原水泵或澄清池前加药。然而，这样的方式重复性不高且抗干扰能力不强，已经逐渐被颗粒炭所取代。
在水处理中，颗粒状活性炭主要通过吸附柱或吸附塔的方式进行。即使吸附饱和，也可以再生，即恢复其吸附能力。
4.4 处理城市污水
采用二级污水处理技术很难清除干净水中的微生物杂质，因而导致出水质量难以符合相关要求。我国部分地区水资源匮乏，污水回用就变得非常重要，因此对排放水质提出了更高标准的要求，这就使得充分利用活性炭吸附技术去除污水中残留的溶解性有机物等杂质变得非常关键，这也是城市污水与工业废水深度处理的重要方式之一。
二沉池二级处理水一般需要经过砂滤、活性炭吸附以及消毒等工艺，而活性炭吸附二级处理水则通过单塔静态运行、多塔串联运行，使水的质量符合回用要求[4]。
4.5 处理含油污水
随着现代化工业的不断发展，石油已成为了较为常见的污染源，对生态环境的破坏也越来越严重。市场上很多物品的含油量越来越高，并且广泛分布在各行业领域。近些年，含油污水的处理方式层出不穷。在诸多处理方式中，活性炭吸附技术具有较好的吸油、溶解作用，但由于其处理成本较高，并且吸附油量有限，因此只能作为含油污水处理的最后一级净水工艺，用于深层吸附、净化污水中残留有机物，使让水中含油量得到有效溶解。
活性炭吸附技术因其价格便宜、不需投入太多设备成本、处理速度十分快速，而在水处理中的应用由来已久，尤其适用于工业废水与城市污水的深度处理，在炼油等行业的废水回收处理中也十分常见[5]。目前，我国活性炭吸附技术在水处理中的应用尚处于发展阶段，活性炭吸附技术的价值仍未充分发挥出来，因此为了保护我国生态环境，需要相关工作人员持续探索活性炭吸附技术的应用方式与适用范围。
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