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吸附废气的活性炭更换周期及吸附量计算。有毒有害废气污染物量大的建议用其他处理方法
环保废气柱状活性炭正确的更换步骤及要点提示
第一步：将空气净化系统的压力降为零，关闭空气净化系统的进气端和出气端阀门，手动打开除油器下端的，将系统的压力降为零。关闭阀门时，务必将阀 门关严；并且卸压时， 一定要将系统压力降 为0MPa。如果卸压不彻底，将会对下一步骤工作造 成影响。
第二步：打开法兰盖和放料口 将系统压力降为零后，用对应的扳手拧开上、下法兰盖螺母，卸下法兰（有手孔的可先卸上法兰和手孔），把法兰盖上的螺栓依次拧出(上法兰螺栓不必拧出，目的防止装活性炭时活性炭掉入螺栓孔，不方便将活性炭清理出来，螺栓拧不到底，造成漏气)，将卸下来的法兰盖和螺栓螺母放置好。打开盖得同时，注意准备好盛放活性炭的装置。
第三步：取出内部活性炭：用工业吸尘器或其它工具将活性炭从容器中取出。将取出的活性炭放置好，避免对车间地面造成污染。取出活性炭时，观察 活性炭颗粒是否有油 渍，如有，应尽快对滤芯和空压机进行保养。
第四步：清理除油器内部表面：用榔头敲除油器，将粘在除油器内壁的活性炭震落下来，再用干净的布块将除油器内壁清理干净，必要时用肥皂水清理，然后用压缩空气吹干。如有锈迹之类的，务必将其清理干净。检查上下通气头是否完好；若通气头钢丝网破损或者有大量的铁锈，应彻底除锈后再更换50目钢丝网；因为除锈不充分会造成压差过大。
第五步：除上法兰盖外，将其 余孔盖装回位置 安装下法兰盖（有手孔安装手孔法兰盖），拧紧对应的螺栓和螺帽，留出上端法兰口。 一定要将法兰连接的部位拧紧，以免造成漏气。若石棉垫破损，则需更换，否则容易造成漏气。若现场没有备用石棉垫，而石棉垫有破损，可以缠生料带。
第六步：装填新的活性炭：按照预计的装填量将新的活性炭倒入除油器中，敲除油器的腿或者其它部位将活性炭振填结实。在装填过程中可用风扇吹去活性炭中的粉尘，安装上法兰盖板；为了避免活性炭由于 没装填结实而导致粉 化，因此必须将活性 炭装好。 若石棉垫破损，则需更换，否则容易造成漏气。若现场没有备用石棉垫，而石棉垫有破损，可以缠生料带。
第七步：盖上法兰盖：把上法兰盖盖上，拧紧对应的螺栓和螺帽。法兰连接的部位必须拧紧，以免造成漏气。检查气密性：打开空气净化系统的进气阀门，对除油器充压至0.8MPa左右，然后用手感或者肥皂水对连接部位查漏。对于漏气的部位，要重新拧紧并试漏。
第八步：吹扫活性炭粉尘：使用前可用大量的压缩空气吹扫除油器，防止除油器内和活性炭粉尘进入吸附塔。多余装填料保存 多余活性炭将其密封保存。清理现场 清理作业场地，将废弃的东西清理干净。
活性炭更换周期和吸附量的计算
案例1
活性炭的吸附量以及使用时间活性炭对不同的有机气体其吸附能力(用S表示)是不一样的，有以下表(参考《工业通风》，孙一坚主编第四版)：
按一个排污企业150mg/m3，风量在50000m3/h，一天工作时长15小时算，活性炭的平衡保持量取30%，1t活性炭达到饱合的时间为：
T(d)=m*S/C*10-6(kg/mg)*F*t(15h/d)
m：活性炭的质量，kg;
S：平衡保持量，%;
C:VOCs总浓度，mg/m3;
F:风量，m3/h。
则T=1000*0.3/150*10-6*50000*15=2.67d
也就是1t的活性炭在上述条件下，2.67天就达到饱合了。
案例2
方法一：
蜂窝活性炭比重：0.45g/cm3
1克/立方厘米=1000千克/立方米
参数：单套设备排风量：25000m3/h，废气总浓度为119.5mg/m3，运行8h/d
所采用蜂窝活性炭吸附的平衡保持量取75%计。
一块蜂窝活性炭质量：0.1×0.1×0.1×450kg/m3=0.45kg
单套设备需要蜂窝活性炭量为：0.8×1.31×1.33÷0.001=1400块×0.45=630kg
根据活性炭更换周期计算公式：
T=m×S÷C×10-6×Q×t
式中：
T—周期，单位天
M—活性炭的质量，单位kg
S—平衡保持量，%
10-6—系数
Q—风量，单位m3/h
T—运行时间，单位h/d
T1=630×0.75÷119.5×10-6×25000×8=7.91天
所以单套设备蜂窝炭更换周期为约8天方法二：
蜂窝炭1g能吸附600mg的有机废气
一块蜂窝活性炭质量：0.1×0.1×0.1×450kg/m3=0.45kg
单套设备蜂窝炭重量
0.8×1.31×1.33÷0.001=1400块×0.45=630kg
设备蜂窝炭的吸附能力为：
630kg=630000g
630000g×600mg=378000000mg
总过滤量为25000m3/h×119.5mg/m3=2987500mg/h
吸附满周期T2
378000000mg÷2987500mg/h=126.52h
每天工作8小时算
T2=126.52h÷8=15.81天
因为T2>T1所以本项目活性炭更换周期为8—15天、建议10天一换
活性炭本身不属于危废 ，活性炭吸附废气、废水后的废活性炭需要看是否在《国家危险废物名录》（2016年版）中的危险固废。如不在名录里：需根据《危险废物鉴别标准 毒性物质含量鉴别》中相关规定进行鉴别。若吸附的废气、废水不属于有毒有害物质、危险性物质的，不一定是危险固废（纯水制备的废活性炭等）。
建议：有毒有害废气污染物量大的，请有其他处理方法。
因为活性炭吸附有毒有害后，就成为危险固废，危废处理成本高，而且到一定规模还要监控，另外还要18年要征收危废1000元每吨。最重要的，每次环保督察都是重点。
【详情】当前我国VOCs排放涉及的行业广，且各行业排放的VOCs种类繁多、成分复杂，常见的有烃类、醇类、醚类、酯类等。加油站、装修、餐饮、干洗、喷涂、化工等生产或使用有机溶剂的行业都会产生VOCs排放。此外，VOCs治理技术体系复杂，涉及十多种技术及组合技术，一般一个环保治理企业只能掌握一种或几种技术。
目前工业VOCs治理的主流技术之一：活性炭吸附技术！
活性炭是应用最广泛的吸附剂，其生产和使用可以追溯到19世纪。活性炭之所以被广泛使用主要是因其具有大量的微孔和中孔，且表面积巨大。典型活性炭的孔径分布及其与其他吸附剂的比较如下图所示。
图源《吸附剂原理与应用》，[美]Ralph T.Yang著
据了解，活性炭吸附技术是VOCs治理的主流技术之一，技术成熟、简单易行、治理成本低、适应范围广，在所有的治理技术中占有非常大的市场份额，在涂装、包装印刷、石油化工、化学品制造、医药化工和异味治理等领域都得到了广泛的应用。
但由于业内人员对活性炭的基本性能、活性炭吸附技术的适用范围和使用条件等缺乏规律性认识，在活性炭选型、工艺设计和净化装备设计中存在较大随意性，造成净化设备效率低，存在安全隐患，活性炭再生更换困难等问题。市场上很多环保公司对活性炭吸附技术过于低估（简单误认为活性炭吸附技术无非就是简单的吸附—脱附）。
行业的种种不规范及工艺混乱，导致目前不少地方环保主管部门陷入了“闻炭色变”的误区。满足当前国内VOCs污染实际治理工程的实际需要，正确引导行业规范活性炭在挥发性有机物（VOCs）净化中的应用，显得至关重要。
吸附法主要适用于低浓度气态污染物的吸附分离与净化，对于高浓度的有机气体，一般情况下首先需要经过冷凝等工艺进行“降浓”处理，然后再进行吸附净化。对于“油气”等高浓度VOCs气体的净化，也可以采用吸附法（降压解吸再生），但对活性炭有一些特殊的要求。
废气的预处理
（一）污染物浓度要求
除溶剂和油气储运销装置的有机废气吸附回收外，进入吸附装置的有机废气中有机物的浓度应低于其爆炸极限下限的25%。当废气中有机物的浓度高于其爆炸极限下限的25%时，应使其降低到其爆炸极限下限的25%后方可进行吸附净化。
对于含有混合有机化合物的废气，其控制浓度P应低于最易爆炸组分或混合气体爆炸极限下限值的25%，即P<min(Pe ,Pm)×25%，Pe为最易爆组分爆炸极限下限值（%），Pm为混合气体爆炸极限下限值，Pm按照下式进行计算：
Pm=(P1+P2+…+Pn)/(V1/P1+V2/P2+…+Vn/Pn)
式中：
Pm ——混合气体爆炸极限下限值，%
P1，P2，…，Pn ——混合有机废气中各组分的爆炸极限下限值，%
V1，V2，…，Vn ——混合有机废气中各组分所占的体积百分数，%
n ——混合有机废气中所含有机化合物的种数。
（二）气体温度要求
进入吸附装置的废气温度宜低于40℃。
(三)废气湿度对活性炭吸附性能的影响
1、由于活性炭表面通常含有大量的含氧基团，一般活性炭均具有较强的吸水能力，与有机物产生竞争吸附作用。
2、活性炭中含有灰分（金属氧化物），提高了其吸水能力。
如何提高活性炭的疏水性能
（1）原材料的影响：如煤种的影响、沥青基球型活性炭具有较好的疏水能力；
（2）高碘值活性炭（挥发份低）的疏水能力通常要优于低碘值的活性炭；
（3）对活性炭进行表面疏水改性，去除或减少表面含氧基团、降低灰分（金属氧化物）。
（四）颗粒物的含量要求
进入吸附装置的颗粒物含量宜低于1mg/m3。
粉尘：细颗粒物（化工、家具等）
漆雾颗粒物（形成气溶胶）：影响最大
絮状颗粒物：印刷、橡胶、化纤等生产过程产生
（五）废气成分的影响
1、活性炭的“中毒”（或劣化）：
高沸点（或“半挥发性”）物质再生困难，在活性炭上聚集，如硅烷、油脂等化合物，需要通过冷凝、过滤、吸附等预处理首先进行去除；
发生聚合反应，造成在活性炭上聚集，如甲醛、苯乙烯等；
二硫化碳（硫化氢）等吸附反应形成单质硫的聚集。
在吸附气体中即使含有微量的高分子物质或聚合性物质，在活性炭中聚集，也会很快引起活性炭吸附性能急剧下降。
2、活性炭的反应活性（催化性）：
活性炭表面具有催化活性，会与一些化合物部分进行氧化、水解等催化反应。
典型反应：
（1）乙酸乙酯、乙酸丙酯等易发生水解反应形成有机酸；
（2）MEK（甲乙酮）、MIBK（甲基异丁基酮）易被氧化形成有机酸和丁二酮；环己酮氧化或聚合形成环亚己基环己酮；
（3）甲醛、苯乙烯等易发生聚合反应；
（4）其他：如树脂生产中的添加剂带入二甲基乙酰胺和二甲基甲酰胺在活性炭上会发生水解生产二甲胺，造成臭气排放问题。
造成的问题：
（1）回收的溶剂变色、发臭（如包装印刷废气）；
（2）聚合后难再生，造成活性炭中毒（劣化）
（3）反应放热，造成活性炭着火。
基本工艺流程
1、工艺流程图
2、工艺说明
车间有机废气通过吸气罩收集，在排风机作用下，经过管道输送进入干式过滤器，再进入活性炭吸附装置，有机污染物被活性炭吸附，净化后的气体经风机增压后达标排放。活性炭吸附饱和后，请专业厂家再生后回用。
3、活性炭的吸附原理
a.吸附现象是发生在两个不同的相界面的现象，吸附过程就是在界面上的扩散过程，是发生在固体表面的吸附，这是由于固体表面存在着剩余的吸引而引起的。
吸附可分为物理吸附和化学吸附；物理吸附亦称范德华吸附，是由于吸附剂与吸附质分子之间的静电力或范德华引力导致物理吸附引起的，当固体和气体之间的分子引力大于气体分子之间的引力时，即使气体的压力低于与操作温度相对应和饱和蒸气压，气体分子也会冷凝在固体表面上，物理吸附是一种吸热过程。
化学吸附亦称活性吸附，是由于吸附剂表面与吸附质分子间的化学反应力导致化学吸附，它涉及分子中化学键的破坏和重新结合，因此，化学吸附过程的吸附热较物理吸附过程大。
在吸附过程中，物理吸附和化学吸附之间没有严格的界限，同一物质在较低温度下往往是化学吸附。活性炭纤维吸附以物理吸附为主，但由于表面活性剂的存在，也有一定的化学吸附作用。
b.活性炭对废气吸附的特点：
（1）对于芳香族化合物的吸附优于对非芳香族化合物的吸附。
（2）对带有支键的烃类物理优于对直链烃类物质的吸附。
（3）对有机物中含有无机基团物质的吸附总是低于不含无机基团物质的吸附。
（4）对分子量大和沸点高的化合物的吸附总是高于分子量小和沸点低的化合物的吸附。
（5）吸附质浓度越高，吸附量也越高。
（6）吸附剂内表面积越大。吸附量越高。
4、活性碳纤维
以新型吸附材料—活性碳纤维（ACF）为吸附剂的吸附法是近几年发展起来的一种新型的有机废气回收方法，被认为是最有效的回收净化有机废气的新方法，近年来已引起广大研究工作者和相关企业的极大关注。与传统的活性炭相比，活性碳纤维具有以下优异特性：
1) 比表面积大，有效吸附容量高；
2) 吸附、脱附快，能耗低，容易再生；
3) 强度高、寿命长；
4) 形状多样，便于工程应用；
5) 可吸附低浓度气体；
6) 吸附选择性强。
5、活性碳纤维有机废气回收装置
以活性碳纤维有机废气回收装置中典型的三箱吸附装置为例，分析其设备组成、工艺流程及技术特点。
设备组成
吸附设备由引风风机、表冷器、过滤器、吸附器、分层槽等组成，整个系统的运行由PLC程序控制，自动切换吸附器，使之交替进行吸附、解吸和干燥工艺过程的操作。
工艺流程
挥发性有机气体先经过一定的前处理装置，再经过滤器进一步去除尾气中的杂质，以保证这些杂质不占用活性碳纤维的孔隙，影响活性碳纤维的吸附效率和使用寿命；过滤后的尾气经风机引入吸附设备。
吸附了一定数量有机溶剂的活性碳纤维，用饱和水蒸汽进行解吸，解吸完成后将通过过滤的外界空气送入吸附器由风机进行干燥，使活性碳纤维床层冷却并去除残留的蒸汽，使活性碳纤维保持较高的吸附效率。干燥好的吸附器进入下一工作程序循环进行吸附。
解吸出的含有机物的混合蒸汽进入冷凝器中进行一级冷凝，冷凝液再经板式冷凝器冷却，经过冷凝的有机物和冷凝水进入分层槽，经重力分层，上层的有机物自动溢流至储槽，然后经输送泵送到吸附回收设备；下层的冷凝水排入废水处理系统。
6、技术特点
（1）结构合理
吸附芯为笼型结构，具有活性碳纤维用量少，处理风量大的特点，可大幅度降低有机废气处理成本。
（2）吸附率高
由于活性碳纤维的比表面积特性，决定了其吸附率可高达95%以上。采用专利技术可以实现多级吸附，可以达到极高的吸附率，是目前国际上能够达到苛刻的环保排放要求的吸附装置。
（3）运行能耗低、费用低
由于活性碳纤维的脱附、再生能耗低，再加上活性碳纤维缠绕芯的气流阻力小、风机功率小，所以在运行中活性碳纤维有机废气净化回收装置的气耗和电耗均比较低。
（4）全自动控制、无人值守运行
采用可编程序控制器中央控制，集成电磁阀、托气缸执行动作，可靠性高。按照工艺流程设计的模拟盘显示，运行状况可以一目了然，并设计有故障检测及指示功能。可靠性强、操作简单、便于维护。
（5）安全可靠、适用于有爆炸危险场所
采用防爆风机、防爆泵。控制柜、气动柜采用正压防爆技术，外部信号通过安全栅连接，系统接地，确保了装置的安全性。
组合工艺流程
实际的废气治理过程中，单一的活性炭吸附工艺会造成活性炭饱和速度过快，处理效果不稳定。因此大多数情况下都是与其他处理工艺组合使用。
1、旋流板塔+UV光解+活性炭吸附工艺
此工艺多用于处理低浓度有机废气，在烘干固化炉产生的有机废气中应用较多。
其主要工艺流程为：废气在引风机的作用下，通过管道输送，以切线从底部进入旋流板洗涤净化塔，在离心力的作用下，呈螺线形气旋上升，达到旋流板时，由于受数量足够多的倾角为25°的旋流叶片的切割作用，产生更大的离心力，与从上向下喷成雾状的循环液滴接触，气液得到充分的混合，气体中剩余的油雾颗粒物被循环液吸收，随水流进入循环水池。
经旋流板洗涤净化塔后的气体进入UV光解净化器。该设备以二氧化钛作为催化剂，与紫外线、空气接触反应产生臭氧，利用臭氧对有机物进行氧化分解;同时大分子有机物在紫外线作用下转化为小分子化合物或者发生反应，生成水和二氧化碳，污染物得到去除。
因UV光解净化效率相对较低，为了保证废气能稳定达标排放，在其后增加活性炭吸附器作为最终的把关处理，保证油雾颗粒物和总VOCs等长期稳定达标，最终净化气体。因经前处理后，废气中VOCs的浓度已很低，且颗粒活性炭在吸附有机物的同时吸附等离子体，被吸附的有机物在活性炭纤维的孔隙内被等离子体分解，一定程度上延长了活性炭吸附饱和的时间和使用寿命。
为保证处理效果，喷淋水循环使用一段时间后须更换，废水中含有污染物质，需配套污水处理设备进行处理。该工艺优点是操作简单，易于管理，投资造价较低。缺点是活性炭更换次数较频繁，运行费用较高。
2、水喷淋+干式过滤器+活性炭吸附+催化燃烧
此工艺多用于喷漆、烘漆VOCs废气，主要污染物为苯、甲苯与二甲苯、总VOCs。
含有机物的废气经风机的作用，首先经过水喷淋将大部分漆雾去除后进入干式过滤器，干式过滤器一方面可以去除气体中的水分，另一方面可以进一步拦截部分颗粒物，保护后续活性炭处理设施。预处理后的气体进入活性炭吸附箱，通过吸附作用，有机物质被截留在其内部，处理达标的气体经烟囱高空排放。
运行一段时间后，活性炭达到饱和状态，吸附作用失效，此时有机物已被浓缩在活性炭内。按照PLC自动控制程序，
催化氧化设备自动升温将热空气通过风机送入活性炭床使碳层升温将有机物从活性炭中“蒸”出，脱附出来的废气属于高浓度、小风量、高温度的有机废气。该部分气体进入催化燃烧室，在催化剂作用下燃烧后彻底净化，完成脱附过程。再通过热交换器将净化后的气体降温，最后经风机引高空排放。
为了保证处理流程的连续性，该工艺中活性炭箱一般采用一用一备，当其中一个炭箱处于脱附状态时，另外一个处于吸附状态，通过控制程序自动切换，交替使用。值得注意的是，脱附过程中要严格按照操作规范进行，注意控制燃烧温度，避免因操作不当导致火灾或爆炸事故。
由于某些物质，如氯离子，对脱附所用催化剂具有毒害作用，会造成催化剂“中毒”而失去催化作用，因此活性炭吸附+催化燃烧工艺不适用于处理含氯离子等对催化剂有毒害作用成分的气体。
该工艺特点为：
⑴有机废气具有起燃温度低的特点，因此不需要大量的能耗。而且当催化燃烧达到一定的起燃温度后，依靠自身热量便可以满足要求，不再需要外界提供热源;
⑵应用的范围比较广泛，对多种成分的废气都具有良好的处理效果;
⑶处理效率与其他工艺相比较高，净化效率可以达到95%甚至以上，而且最终产物为二氧化碳和水，没有二次污染物产生;且由于燃烧温度低,能大量减少NO X 的生成,因此也大大减少了二次污染;
⑷活性炭可重复使用，延长换炭周期，即减少危险废物的产生量，对改善大气环境具有重要意义;
⑸自动化程度高，操作简单方便，运行安全稳定，有效减少了污染物对环境的影响。
⑹缺点是投资较大，对操作人员素质要求较高。
吸附成本分析
为方便操作，活性炭饱和期限定为一个月，按每天8小时工作制，减去4个星期天，则总时间为208小时。
假设：废气总流量Q=10000m3/h
污染物甲苯的质量流量为m=10000m3/h×2×10-5=0.2kg/h
则一个饱和期内所需吸附的甲苯量为：m1=208×0.2=51.6(kg)
所需活性炭量为：M≈0.14吨
按上述公式，活性炭吸附装置所需的活性炭用量如下：Q为废气处理总流量
1、Q=20000m3/h 约0.28吨活性炭
2、Q=30000m3/h 约0.4吨活性炭
3、Q=40000m3/h 约0.56吨活性炭
4、Q=50000m3/h 约0.7吨活性炭
5、Q=60000m3/h 约0.84吨活性炭
6、Q=70000m3/h 约0.98吨活性炭
7、Q=80000m3/h 约1.12吨活性炭
按一个月（208小时）运行计算，每吨中等品质的活性炭以6000元/吨计，则活性炭吸附装置的运行费用为：
1、Q=20000m3/h 0.28×6000=1680元
2、Q=30000m3/h 0.4×6000=2400元
3、Q=40000m3/h 0.56×6000=3360元
4、Q=50000m3/h 0.7×6000=4200元
5、Q=60000m3/h 0.84×6000=5040元
6、Q=70000m3/h 0.98×6000=5880元
7、Q=80000m3/h 1.12×6000=6720元
结 语：活性炭吸附工艺是一种传统的治理工艺，其因为投资小、处理效果稳定而被广泛应用。在使用过程当中需要注意的是废旧活性炭属于危险固体废物，应交由有资质的第三方公司回收处理。有机废气处理的治理工艺还有很多种，应从使用的实际情况出发，选用合理的工艺，以保证有良好的处理效果。
六大常见的有机废气（VOCs）及处理技术
一、常见有机废气分类
VOCs(Volatile organic compounds)即挥发性有机化合物，是一类常见的大气污染物，产生于油漆生产、化纤行业、金属涂装、化学涂料、制鞋制革、胶合板制造、轮胎制造等行业。有害的挥发性有机化合物主要包括丙酮、甲苯、苯酚、二甲基苯胺、甲醛、正己烷、乙酸乙酯、乙醇等。
工业企业中挥发性有机废气(VOCs)按产生来源划分，主要有以下几种：
1. 喷漆废气：主要成分为丙酮、丁醇、二甲苯、甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯等挥发性有机化合物，主要产生于油漆喷涂等表面处理企业，常见的处理方法有油帘吸收、水帘吸收，再配合二三级的活性炭吸附等。
2. 塑料、塑胶废气：主要成分为塑料、塑胶等粒子受热加工过程中挥发出来的聚合物单体，因塑料、塑胶组成成分较为复杂，废气中主要含乙烯、丙烯、苯乙烯、丙烯晴和丁二烯等烯烃类塑料聚合物单体，但浓度普遍较低、风量大。涉及企业主要有塑料造粒企业、化纤生产企业、注塑企业、橡胶生产企业等，处理方法主要有活性炭吸收、等离子净化等。
3. 定型废气：主要成分为其主要成分为醛、酮、烃、脂肪酸、醇、酯、内酯、杂环化合物、芳香族化合物。涉及的企业主要为染整企业、化纤生产企业，通常采用水喷淋处理工艺和静电吸附式处理工艺。
4. 化工有机废气：主要由化工企业排放产生，废气成分同化工企业设计生产的化工产品种类有较大关系，普遍会采用冷凝回收及催化燃烧技术等净化收集处理方法。
5. 印刷废气：主要成分为油墨中挥发出来的甲苯、非甲烷类总烃、乙酸乙酯、乙醇等。涉及的企业主要为含有油墨印刷工序的企业，主要如包装品、印花等公司，一般采用活性炭吸附。
二、常见VOC 有机废气净化处理方法汇总
优先选择成本低、能耗少、无二次污染的废气净化处理方法，充分利用废气的余热，实现资源的循环利用。一般情况下，石化企业由于其生产活动的特殊性，排气浓度高，多采用冷凝、吸收、燃烧等方法进行废气的净化处理。而印刷等行业的排气浓度低，多采用吸附、催化燃烧等方法进行废气净化处理， 下面就这几种方法进行简单概述：
1.冷凝回收法
冷凝法就是将工业生产的废气直接引入到冷凝器中，经过吸附、吸收、解析、分离等环节的作用和反应，回收有价值的有机物，回收废气的余热，净化废气，使废气达到排放标准。当有机废气浓度高、温度低、风量小时，可采用冷凝法进行净化处理，一般应用于制药、石化企业。通常还会在冷凝回收装置后面再加装一级或多级的其他有机废气净化装置，以做到达标排放。
2.吸收法
工业生产中多采用物理吸收法，就是将废气引入吸收液中进行吸收净化，吸收液饱和后进行加热、解析、冷凝等处理，回收余热。在浓度低、温度低、风量大的情况下可踩踏吸收法，但需要配备加热解析回收装置，投资额大。涉及油漆涂装作业企业常用的油帘、水帘吸收漆雾的方法，即常见的有机废气吸收法。
3.直接燃烧法
直接燃烧法就是利用燃气等辅助性材料将废气点燃，促使其中的有害物质在高温燃烧下转变成无害物质，该方法投资小，操作简单，适用于浓度高、风量小的废气，但其安全技术要求较高。
4.催化燃烧法
催化然后就是将废气加热经催化燃烧后转变成无害的二氧化碳和水。该方法适用于温度高、浓度高的有机废气净化处理中，其具有燃烧温度低、节能、净化率高、占地面积少等优点，但投资较大。
5.吸附法
吸附法又可分成三种：
1. 直接吸附法，利用活性炭对有机废气进行吸附净化处理，净化率可达95%以上，该方法设备简单、投资少，但需要经常更换活性炭，频繁的装卸、更换等程序增加运行费用。
2. 吸附-回收法。利用纤维活性炭吸附有机废气，使其在趋近饱和状态下过热蒸汽反吹，实现脱附再生。
3. 新型吸附-催化燃烧法。该方法综合吸附法与催化燃烧方法的优点，具有运行稳定、投资少、运行成本少、维修简单等优点。其利用新型吸附材料对 有机废气进行吸附处理，使其在接近饱和状态下在热空气的作用下吸附、解析、脱附，接着再将废气引入催化燃烧床进行无焰燃烧处理，实现废气的彻底净化处理。该方法适用于浓度低、风力大的废气净化处理中，是当前国内应用最多的一种废气净化处理办法。
4.低温等离子净化法
低温等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态，当外加电压达到气体的放电电压时，气体被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。
放电过程中虽然电子温度很高，但重粒子温度很低，整个体系呈现低温状态，所以称为低温等离子体。低温等离子体降解污染物是利用这些高能电子、自由基等活性粒子使污染物分子在极短的时间内发生分解，并发生后续的各种反应以达到降解污染物的目的。
挥发性有机污染物(VOCs)传统的处理方法如吸收、吸附、冷凝和燃烧等，对于低浓度的VOCs很难实现，而光催化降解VOCs 又存在催化剂容易失活的问题，利用低温等离子体处理VOCs可以不受上述条件的限制，具有潜在的优势。
但由于等离子体是一门包含放电物理学、放电化学、化学反应工程学及真空技术等基础学科之上的交叉学科。因此，目前能成熟的掌握该技术的单位非常少，大部分宣传采用低温等离子技术处理废气的宣传都不是真正意义上的低温等离子废气处理技术。
总结
不同的有机废气成分、浓度适用不同的有机废气处理方式，目前综合技术成熟性、经济性以及设备维护等多方面因素，应用最为广泛的还是活性炭吸附法。但是活性炭吸附法存在适用期限到后废活性炭洗脱回收成本大、存在污染转移等缺点，因此新型吸附-催化燃烧法已在技改中或新建项目中被普遍应用。
而低温等离子净化法因其后期维护成本低等优点正受到越来越多企业的青睐，但也存在设备投资成本高等问题。相信随着技术和工业的发展，低温等离子净化技术会越来越成熟，设备投资也会随之下降，届时将会得到普遍应用。
【详情】碘值
碘值是指活性炭在0.02N12/KL水溶液中吸附的碘的量。碘值与直径大于10A的孔隙表面积相关联,碘值可以理解为总孔容的一个指示其器。
糖蜜值
糖蜜值是测量活性炭在沸腾糖蜜溶液的相对脱色能力的方法。糖蜜值被解读为孔直径大于28A的表面积。因为糖蜜是多组分的混合物，必须严格按照说明测试本参数。糖蜜值是用活性炭标样和要测试的活性炭的样品处理糖蜜液，通过计算过滤物的光学密度的比率而得。
堆积重
堆积重是测量特定量炭的质量的方法。通过逐渐把活性炭添加一个有刻度圆桶内至100cc，并测量其质量。该值被用于计算填充特定吸附装置所需活性炭数量。简单地说，堆积重是活性炭每单位体积的重量。
颗粒密度
颗粒密度是每单位体积颗粒炭的重量，不包括颗粒以及大于0.1mm裂隙间的空间。颗粒密度是用水银置换来测定的。
四氯化碳
四氯化碳值是总孔容的指示器，是用饱和的零摄氏度的CCI4气流通过25度的炭床来测量的。在规定的时间间隔内，测量被吸附的CCI4的重量直到样品的重量变化可以忽略不计为止。
xx
亚甲蓝值是指1.0克炭与1.0 mg／升浓度的亚甲蓝溶液达到平衡状态时吸收的亚甲蓝的毫克数。
硬度
硬度是测量活性炭机械强度的指标。重量的改变，用百分比表示。更确切地讲，硬度值是指颗粒活性炭在RO-TAP仪器中对钢球衰变运动的阻力。在炭与钢球接触过以后，通过利用筛子上的炭的重量来计算硬度值。
磨损值
磨损值是测量活性炭的耐磨阻力的指标。该实验测量MPD的变化，通过百分比来表示。颗粒活性炭的磨损值说明颗粒在处理过程中降低颗粒的阻力。它是通过在RO_TAP机器中将炭样品和钢球接触，测定最终的颗粒平均直径与原始颗粒的平均直径的比率来计算的。丁烷值
丁烷值是饱和空气与丁烷在特温度和特定的压力下通过炭床后，每单位重量的活性炭吸附的丁烷的量。
灰分
活性炭中包含无机物，通常是铝和硅。灰分是研磨成粉状的碳在954摄氏度时燃烧3个小时的剩余残渣。从技术角度看，灰分是活性炭矿物氧化物的组分。通常定义为在一定量的样品被氧化后的重量百分比。
水分
水分是测量碳所含水的多少。用Dean-Stark trap和冷凝器，在二甲苯溶液中煮沸活性炭来测量水分。为了测试水分，水被冷凝和截留在待测定臂状容器内。活性炭的水含量也可以通过在150摄氏度下烘干3小时后活性炭重量上改变来测定。水分是活性炭中被吸附的水的重量的百分比。
对于不同用途的活性炭，时常用不同的物质和方法来检验它的吸附性能，如亚甲基蓝吸附值、碘吸附值、焦糖吸附值、硫酸奎宁吸附值等。其中亚甲基蓝吸附值是最常用的。亚甲基蓝是一种深蓝色染料，对它的吸附量反映了活性炭吸附小分子物质的能力；具有大量微孔的活性炭，此值较高。焦糖吸附值(或称焦糖脱色率、或糖蜜吸附率)是反映活性炭对具有较高分子量的有色物质的吸附性能，性能良好的活性炭，此值达到100～110。
国内外制造的活性炭，都有一类称为“糖用活性炭”的产品，它可用于糖厂，也可以用在其他类似的行业，如葡萄糖溶液及味精溶液的精制脱色等。它的主要特点是具有较多的中孔，因而适于处理含有较多大分子有机物的溶液。这种活性炭的焦糖吸附值比较高。
我国“糖液脱色用活性炭”的国家标准(GB/T13803.3－1999)规定，活性炭产品分为优级品、一级品和二级品三种。其水分都低于10％；焦糖脱色率分别高于
100、90和80，灰分分别低于3％、4％和5％(用磷酸法生产的活性炭可在7％～9％，不分等级)，酸溶物分别低于1％、
1.5％和2％，还有铁含量和氯含量的规定。它们的pH值都在3～5之间。
活性炭的比表面积(BET)反映了每一克活性炭的总表面积的数值m2。它是用氮气或丁烷吸附法测出的。此值越大，活性炭的微孔越多，能够吸附更多的小分子物质。对于同一类的有机物，分子量较大者，被吸附较强；但这以它的分子能够进入活性炭的吸附孔为前提。当需要吸附的物质的分子量较高、分子尺寸较大时，就要选用有较多中孔的活性炭。最理想的活性炭是具有大量恰好稍大于吸附物分子的孔道，如果孔道过大，总表面积就减少。分子量在300～1000之间的物质，相应的吸附孔径在0.5～4 nm之间。
活性炭具有芳香环式的结构，善于吸附芳香族有机物(糖汁中的有色物大部分属于这类)，并善于吸附含有三个碳原子以上的其他有机物。它对不带电物质的吸附力较强，而对带电物质(如阴离子)的吸附较弱。对后者的吸附与溶液pH值有关：
在酸性溶液中吸附较强，碱性溶液中较弱。因为弱酸性物质在低pH下带电较少以至不带电，较易被吸附；高pH下电荷较强，不利于吸附。为避免蔗糖转化，糖液用活性炭处理一般在中性下进行。活性炭对无机离子的吸附作用很弱，但用磷酸作活化剂的活性炭，及经过适当羧基化处理的活性炭，也能吸附少量的金属离子。
活性炭的吸附作用和温度有关。对于多数的物理吸附作用，在低温下能够达到较大的吸附量，但吸附的速度较慢。在糖厂使用的多数情况下，活性炭和糖液接触的时间不长，故要求吸附进行得较快，就常用较高的温度，例如70～85℃。在这个温度下，一般经过15～30分钟(主要决定于糖液浓度)，活性炭的吸附作用就接近其最大值。
活性炭的脱色效果与它的品种和处理的具体条件有极大的关系。在生产应用前要先通过实验室试验，选择适宜的活性炭品种和适当的使用方法与技术条件。
粉状活性炭的粒子大小是不均匀的，有些很微细的粒子可能穿过滤布。因此要选用适当的过滤方法，必要时可以并用助滤剂如硅藻土，将它们和活性炭加入糖液中搅拌适当时间后过滤。
过滤机中形成的活性炭滤饼，可以调制成粉浆后加入深色的糖液中再用一次。
颗粒活性炭通常采用固定床吸附方式，即将颗粒活性炭装入圆筒形吸附柱中，糖液从上而下连续通过，与大量活性炭接触，在底部出口处达到很高的脱色率。这种方法利于充分发挥活性炭的效能。近年又开发了新的连续的移动床系统。活性炭的再生一般是在洗糖后放入再生炉中高温加热，将吸附的有机物分解，亦可以用碱处理再生。
饮用水处理中活性炭种类选择的方法探讨
饮用水处理中活性炭种类选择的方法探讨
xx
摘要：
本文通过分析常用的几种活性炭评价方法特点，综合各个方法的利弊，提出了选择饮用水中活性炭的具体方案，根据该方案筛选出了适应某市水质条件的活性炭种类。并运用通过活性炭性能指标和活性炭运行效果的数学分析，确定了在饮用水处理中活性
炭的主要性能指标及其推荐值，供各水厂在选用活性炭时参考。
关键词：
饮用水；活性炭；炭种选择；评价方法
近年来，随着饮用水水源污染的日益严重，为了克服常规工艺的不足，满足不断提高的饮用水水质标准的要求，在常规处理的基础上，进一步推广应用以活性炭技术为核心的饮用水深度处理工艺，越来越有必要。但是在饮用水处理中使用的活性炭，因为品种繁多,性能不一,用途各异，价格昂贵,而所处理水质各不相同，这就使得许多水厂在选用活性炭上存在盲目性，可能会因选型不适而出现活性炭使用周期缩短，更换频繁，经济费用巨大的现象[2]，所以用于饮用水处理的活性炭的选定,就显得尤为重要。
在活性炭选择中，重要的是如何对活性炭性能进行全面而准确的评价，从而选择出适用水源水质的活性炭。目前各类表征活性炭性能的方式有很多，例如活性炭性能指标，活性炭表面的性状分析，活性炭静态吸附和动态吸附试验（柱子试验）等等。本文分析了常见的几种活性炭性能评价方法的特点，提出了联合应用几种方法，从不同角度对活性炭性能进行全面评价的活性炭选择方案。根据该选炭方案，针对某市的水源特点，确定了适合水源水质的活性炭种类。并根据试验结果，运用数学分析手段，确定了影响活性
炭应用的主要性能指标及其推荐值，以供各水厂在选用活性炭时参考。
1.活性炭筛选方案确定
在水处理中，评价活性炭各种性能的方法有很多，常用评价方法的主要特征，见下表。
表1常用活性炭评价方法的主要特征
评价方法表征对象主要特点
性能指标活性炭各种特定性能活性炭性能指标种类较多，各单项指标检测可实现规范化、标准化，但各单项指标由于针对性不同，因此依靠其选择时经常与实际使用效果有很大出入
表面性状分析化学分析表面化学特征根据活性炭表面各种官能团的组成和含量，推测活性炭对有机物的吸附特征，分析方法复杂，对官能团的精确分析十分困难
物理分析（电镜）表面物理特征简单易行，可直观、定性或定量的分析活性炭表面特征，确定活性炭性能的优劣，实现快速、准
确选用活性炭的目的
静态吸附试验活性炭吸附能力简单、速度快、试验费用低廉、应用范围广，但是其针对性也较差，与实际运行效果常有较大差别吸附能力评价活性炭吸附能力该方法较为简单，时间消耗短，针对性强，可实现动态试验的指标化，且具有一定准确性动态吸附试验全面评价活性炭净水性能真实反映活性炭在实际应用的效果和使用寿命，实现了选择即有效又经济活性炭种类的目的，但是试验所需时间长，工作量大，因此不能广泛应用，只在较大型工程时应用该方法综合评价指标全面评价活性炭各种性能能够包含影响活性炭实际使用效果的多种因素，实现对活性炭全面而定量的评价，但影响
因素和条件多种多样，实现十分困难
活性炭的各种性能评价方法只是从不同的方面对活性炭的性能进行了表征，都各具有局限性，因此可以综合以上几种方法，建立完善的活性炭筛选方法，其主要过程为：
首先要根据活性炭生产的煤质、地域和生产工艺等的不同，从国内外的大型活性炭生产企业中选择出备选炭种，然后从几个方面着手，即活性炭性能指标分析、电镜微观观察、静态吸附试验、吸附能力评价试验，以及活性
炭动态运行试验等，从不同的角度全面评价活性炭炭种的优劣，从而筛选出一至两种活性炭种进行工程应用。具体见下图1。
生产分析控制
煤质
微观表面性状
地域服务
动态吸附量化
生产工艺相似实际运行
指导分析确定
图1活性炭筛选方案
活性炭选择的重点，是从不同角度对备选炭种的性能进行全面的评价，其中活性炭性能指标分析试验，主要是从活性炭实际生产角度出发，选取影响粒状活性炭效果和成本的主要性质，尤其是大量应用时的主要指标进行试验对比，以指导活性炭实际生产中的分析和控制；电镜微观观察试验，主要是从微观角度，分析研究活性炭作为吸附剂和微生物载体的固体表面性状；吸附能力评价试验，
主要是将活性炭的动态试验过程进行相似化，实现对动态吸附过程的指标化，从而评价活性炭种的性能优劣；活性炭的动态运行试验，是为了克服静态实验结果与实际工程的运行效果差别较大的弊端，而进行活性炭较长期的运行考察，从而判断几种活性炭种的实际运行效果优劣。这几个方面的试验，相互配合，能够较为全面的评价出活性炭种各种性能的优劣，达到确定最适用活性炭种的
目的。
2.活性炭筛选试验
根据以上试验方案，针对某市的水源水质进行了活性炭的筛选。根据煤质活性炭生产工艺和地域差异，共选取了一种破碎炭和四种
柱状炭进行试验，依次编号为
A、B、
C、D、E。
( 1 )活性炭性能指标分析
在饮用水处理中，影响活性炭处理效果和运行成本的主要性能指标为：
吸附量（主要为碘值、亚甲蓝值、丁烷值、四氯化碳值、糖蜜值、单宁酸值）、强度和摩擦系数，pH值、灰分、粒径大小和粒度分布、水分和可溶物等。试验中对这些性能指标分别进行了检
测，结果见下表。表2活性炭指标测定值
项目指标单位 A B C D E
破碎柱状柱状
摩擦系数wt% 83.5 89.3 85.5 90.2 88.9
强度 wt% 95.4 99.5 97.9 99.7 98.4
表观密度 g/l 510 520 500 520 540
飘浮率wt% 0.0 1.4 0.0 0.0 0.0
pH值-- 8.6 9.2 8.9 9.1 8.9
总灰分wt% 9.1 7.2 11.8 8.7 10.5
水溶物wt% 0.05 0.09 0.08 0.03 0.06
碘值mg/g 1001 997 938 958 860
亚甲兰值mg/g 262 259 227 256 207
丁烷值wt% 24.2 24.2 23.4 23.7 20.3
四氯化碳wt% 62.19 62.19 60.14 60.91 52.17
糖蜜值 158 153 152 148 145
单宁酸值- 34.3 30.0 33.2 46.5 61.3
粒度分布
>2.50 0.1 0.0 0.1 0.0
1.25~2.50 3.8 94.7 96.7 94.7 97.3
1.00~1.25 65.3 4.71 2.30 4.4 2.0
<1.00 30.83 0.50 0.94 0.9 0.7
有效粒径mm 0.60 1.44 1.48 1.44 1.49
均匀系数- 1.88 1.12 1.15 1.15 1.15
平均粒径mm 1.068 1.585 1.652 1.618 1.668
从表中可以看出，就炭的吸附性能来说，A炭的碘值、亚甲兰值、丁烷值、四氯化碳值、糖蜜值都高于柱状炭，达到或接近国家优级活性炭的标准，且单宁酸值也较低，反映出A炭的孔隙结构发达，微孔、中孔及大孔的比例合理；B炭的碘值、亚甲兰值、丁烷值、四氯化碳值、糖蜜值是除破碎炭外最高的，单宁酸值也是最低的，反映出B炭活化过程控制较好，不仅具有发达的孔隙结构，炭强度也很好；C炭的碘值、亚甲兰值、丁烷值、四氯化碳值虽然不是很高，但糖蜜值却很高，单宁酸值也很低，反映出该炭的孔隙结构中，中孔和过渡孔所占比例高，微孔相对较少；D炭糖蜜值低，单宁酸值高，与
B、C炭差距明显，显示出D炭微孔所占比例高，中孔和过渡孔少，但微孔量少于B炭；E炭的碘值仅为860mg/g，只能满足合格品的要求，且亚甲兰值、丁烷值、四氯化碳值、糖蜜值都是最低的，单宁酸值也是较高的，反映出E炭的活化程度不高，孔隙结构不发达，吸附性能较差。
从表中还可以看出，破碎炭的强度要普遍低于柱状炭。破碎炭A的强度和摩擦系数均低于柱状炭。D炭和B炭强度和摩擦系数相近，均高于E炭和C炭，显示其机械性能良好。E炭和C炭机械性能一般。其余各项指标，粒径和粒度分布因为物理性状的原因差别明显，破碎炭A的粒径明显小于柱状炭，均一系数大于柱状炭，在应用中虽然效果好，但也带来床层压降大，床层膨胀小，造成炭量
损失和能量损失，影响了营运成本。除此外，其余的各项指标差别较小，均在国标允许的范围之内。
( 2 )电镜观察试验
扫描电镜和原子力显微镜是常用的两种活性炭表观物理性状研究方法，试验中对五种活性炭进行了电镜观察试验，所用电镜型号为：
日本JEOL公司生产的JSM-5610LV型扫描电镜和岛津公司生产的SPM-9500J3原子力显微镜。
① 扫描电镜
扫描电镜全称为扫描电子显微镜，利用扫描电镜，可以直观的分析出活性炭的成炭颗粒大小、颗粒结合程度、孔洞分布情况、粗糙
程度等物理特征。五种炭的扫描电镜结果见下图。
A炭 B炭 C炭
D炭 E炭
图2五种活性炭扫描电镜照片（×1000）
对比以上图片，可以分析出五种不同活性炭的表观物理特征，具体分析结果见下表。
表3五种活性炭的表观特征
炭种表观特征
A 成炭颗粒均在10um以下，炭粒细小均匀，其中以2-3um左右的炭粒占多数，炭粒间结合蓬松，炭表面粗糙，孔洞数量多，大孔、中孔、微孔分布广泛
B 成炭颗粒较小，以5um左右炭粒居多，10um以上的炭粒亦可见，炭粒分布较均匀，炭粒间粘合紧密，表面粘合剂清晰可见，炭表面粗糙，孔洞数量较多，并且微孔、中孔、大孔的分布合理
C 成炭颗粒存在较多1um以下的炭粉，炭粒间粘合不紧密，表面粗糙，孔洞分布中1um以下的大孔和中孔数量多，微孔相对较低D 成炭颗粒绝大部分在10um以下，以5um左右炭粒为主，炭粒分布均匀。炭粒粘合非常紧密，表面粗糙度较低，大孔和中孔数量少E 成炭颗粒大小不均，10um以上的炭粒较多，并存在几十um以上的大炭粒，炭粒间粘合不够紧密，炭的孔洞数量少，吸附能力不强
② 原子力xx
与扫描电镜不同的是，原子力显微镜可以定量的表征出活性炭表面高低起伏的性状，从而能够直接反应活性炭表面粗糙程度，特别是在活性炭经过长期运行形成生物活性炭时，该方法可以微观的显示出活性炭表面性状对生物生长的适用性，因此对评价活性炭的
性质具有重要的作用。
下面是按照标准取样方法，抽取的四种柱状活性炭样品进行的原子力显微镜分析。针对四种炭表面的不同特点，选取了7x7um的微观区域进行了性状分析。显微镜扫描照片是活性炭表面高度的三维立体图，立体图右边是反映活性炭表面高度起伏变化的柱状图。
B炭 C炭
D炭 E炭
图3四种炭原子力xx扫描照片
从图中可以看出，B和C的表面存在有较多的凸起，尤其是C炭凸起的数量最多，凸起能够增加炭表面的粗糙程度，使得两炭的表面粗糙程度相对较高；D炭的表面虽然也有相类似的较高凸起，但该凸起长度达6um，且凸起物表面平滑，因此对炭表面粗糙度造成的影响较小，该炭的粗糙程度相对较低；与D炭相类似，E炭表面也是以高度大、体积大、表面光滑的凸起为主，因此炭表面粗糙
程度也低。
活性炭表面的粗糙度，特别是微观凸起造成的粗糙度，对生物活性炭的形成过程有着重要影响。微生物在活性炭表面的生存和生物挂膜，主要的影响因素是：
活性炭的物理和化学吸附作用、微生物自身分泌黏液的粘附作用、活性炭作为固体滤料的拦截保护作用。
活性炭表面的粗糙度对以上三种作用都有重要影响，因此能影响到微生物的生长和生物膜的形成。根据以前生物活性炭技术的研究表明，应用于微污染水源水处理的生物活性炭，由于水中有机物很低，属于贫营养环境，因此生长在生物活性炭表面的微生物是以长1-3um的杆菌为主，而且所形成生物膜也是破裂分散的，可以认为在活性炭表面所存在的1um以上凸起对微生物的生长是有益的。
凸起峰越多，则越有利于活性炭对水中有机物吸附，越有利于微生物的生长和微生物膜形成。
生物活性炭去除有机物的作用，在运行初期是以活性炭吸附作用为主，但随着运行时间延长，微生物大量滋生并形成生物膜后，则微生物对有机物的生物吸附降解将起到主导作用。因此活性炭是否有利于微生物生长和生物膜的形成，在选择活性炭种时重要的考
虑因素。从原子力显微镜的照片中看出，B和C存在较多的凸起峰，尤其以C炭最多，有利于微生物生长和生物膜的形成，因此可以预见在形成生物活性炭后，B和C会有较好的运行效果。
( 3 )活性炭吸附能力评价
活性炭吸附能力评价试验，采用内径25mm，总容积200ml的有机玻璃炭柱完成的，具体过程为：
炭样体积100ml，经煮沸后填充，进水流量参照40～200L/min/m2，取100 L/min/m2,计算流量为50ml/min，每小时取样检测指标为UV254，取样点为进水和各柱出水，绘制出活性炭随时间变化吸附去除UV254的工作曲线。
利用活性炭吸附UV254的工作曲线，进行分段积分，得出积分和INTE，然后利用公式，计算出单位重量活性炭吸附有机物的能力，完成活性炭工作能力的评价。
其计算公式如下：
说明：
EVA―每克活性炭的工作能力（以UV254×水量计），单位为l(UV254)/g。
INTE－工作曲线的分段积分和。
W－所取活性炭的重量，单位g。
下表是根据这种方法，对五种不同活性炭进行检测的结果。
表4五种活性炭EVA计算值
炭种 A B C D E
EVAl(UV254)/g）0.0733 0.0454 0.0455 0.0415 0.0397
排序1 4 3 5 6
由评价指标EVA值，可以看出五种活性炭的工作能力，以炭A最好，远远高于其他几种炭；炭F虽然工作能力仍比柱状炭好，但与炭A相比差距明显，只及炭A的89％。四种柱状炭中，B和C最好，两者工作能力非常相似，几近相等， D与
B、C相比差距明显，因此工作能力不强； E炭工作能力最差，而且是差距很明显。从结果可以看出， EVA值计算结果与前面的试验结论是一致的，表明该值具有较高的准确性。
( 4 )活性炭动态运行试验
活性炭的动态运行试验是在五个平行的有机玻璃净水柱完成的，柱内径100mm，高3000mm。柱内装填承托层150mm,石英砂200mm，活性炭1500mm各柱运行条件均相同，空床滤速4.5m/h，过水流量0.6l/min，接触时间20min。运行时上部进水、下部出水，重力自流。活性炭柱共运行6个月，其试验结果见下表：
表5五种活性炭净水效果统计表
A B C D E
浊度降低值（NTU）最大值0.162 0.146 0.161 0.152 0.152
平均值0.084 0.069 0.066 0.058 0.059
最小值0.015－0.004－0.024－0.016－0.020
UV254去除率（％）最大值95.7 86.4 100 65.2 72.7
平均值59.4 48.1 56.6 39.7 40.2
最小值17.5 16.3 17.5 15.0 16.3
CODMn去除率（％）最大值74.2 64.7 71.2 56.6 64.2
平均值43.0 36.3 41.6 32.2 33.8
最小值18.7 15.3 17.3 11.9 13.0
从表中可以看出，破碎炭A在控制浊度方面表现出明显的效果，在整个运行过程中对浊度降低值较大；柱状炭B和C对浊度的控制效果也较好，比D炭和E炭的效果明显。从去除有机物方面来看，破碎炭A效果仍然最好，柱状炭中C 炭的效果最好，与破碎炭A差别不大，这说明C炭对水源水质适应性较好，炭表面的微生物数量和活性较好；其次为B炭，D炭和E炭与上面三个炭差距明显。
这个结果与其他试验结果也是相一致的。不论什么炭质，活性炭对有机物都有较好的去除效果，对UV254的平均去除率在40％以上，对CODMn的平均去除率也在30％以上，并且一直都能将CODMn控制2.0mg/l以下，这显示出活性炭对有机物吸附去除的高效性。
( 5 )最优活性炭种的确定
根据以上试验结果可以看出，破碎炭A与柱状炭相比，在降低浊度、去除有机物方面都表现出了显著的效果，这与破碎炭的结构特性有着直接的关系，但是此类破碎炭在生产上成本较高，水厂的购买成本相应的也增高，而且由于其物理性能决定的，在水厂的实际运行中，也带来了床层压降增大，床层膨胀减小，造成炭量损失和能量损失，对生产运行成本产生了重要影响，使得营运成本显著增加，因此在相同运行效果的情况下，成本较高是制约其进一步应用的主要因素。与破碎炭A相比，柱状炭B和C，特别是C炭，其实际运行效果很好，与破碎炭A的效果差别不大，充分显示了其对水源水质的适应性，其物理性能指标均能满足国家标准，并且经原子力显微镜试验，其对微生物适应性很好，同时，柱状炭的生产和经营成本与破碎炭A相比又能大幅下降，因此针对水源水质，C炭是推荐应用的炭种。
4.活性炭主要性能指标的确定
( 1 )活性炭性能指标与动态运行效果相关分析
对活性炭性能指标与活性炭动态运行效果，以相关系数表征两者之间存在的联系。下表列举了不同性能指标，和代表活性炭运行效
果的浊度、UV
254、CODMn的相关系数计算结果。
表6活性炭性能指标与活性炭运行效果相关性计算结果
修正摩擦系数强度 pH值总灰分水溶物碘值亚甲兰值
浊度降低-0.78095 -0.78516 -0.60115 -0.24919 0.201294 0.69197 0.547415UV254去除-0.90522 -0.74563 -0.58635 0.183611 0.398817 0.551863 0.301715CODMn去除-0.94309 -0.79101 -0.66295 0.322964 0.377961 0.42255 0.16634
续上表
四氯化碳丁烷值糖蜜值单宁酸值有效粒径均匀系数平均粒径
浊度降低0.554264 0.554648 0.945102 -0.65041 -0.8693 0.84727 -0.89189UV254去除0.545012 0.545107 0.890054 -0.76551 -0.62396 0.624792 -0.63306CODMn去除0.424794 0.424856 0.820696 -0.66772 -0.60459 0.6189 -0.60287从上表可以看出，对活性炭炭运行效果影响最大的性能指标为糖蜜值、修正摩擦系数、强度，其次有影响的指标为单宁酸值、平均粒径、有效粒径、均匀系数、pH值、碘值、四氯化碳值和丁烷值。在这些指标中，活性炭的物理机械性能是由其煤质和生产工艺所决定的，因此实际生产中只能对粒径和粒度分布进行控制，满足用户需要，而摩擦系数、强度和pH值是与煤质相关联的，不便进行生产调控；而活性炭的孔隙结构是由生产中活化条件控制的，可以根据需要进行调整，因此对实际生产最有指导意义的活性炭指标为糖蜜值和单宁酸值，这两个指标反映的是活性炭孔隙结构中大孔和中孔的数量，是活性炭对水中天然大分子有机物适宜的量度。
由于在活性炭指标之间也存在着相互影响，使得相关分析会存在着偏差，有时候会使主要因子的影响显现不出来。下面进行活性炭
运行效果与性能指标的协相关分析，用来解决这个问题。
( 2 )活性炭性能指标与动态运行效果协相关分析
协相关分析的主要过程是，通过逐项剔除各个性能指标影响后，计算的活性炭性能指标和运行效果的协相关系数，然后将计算结果，与初始的相关系数进行对比，计算其改变量，从而考查各个性能指标对运行效果的影响程度。下表是协相关分析的最终结果。表7活性炭性能指标与活性炭运行效果协相关计算结果
活性炭性能指标综合位次浊度降低UV254去除 CODMn去除
改变量位次改变量位次
修正摩擦系数3 3.728819 9 9.008773 3 10.82644 1
强度2 4.677893 6 9.420259 2 9.957633 2
pH值8 2.518004 10 5.684937 5 6.51121 5
总灰分4 1.747506 13 1.816151 14 2.581235 14
水溶物2 1.566224 14 3.432379 11 3.022835 12
碘值7 6.513867 3 5.408567 8 4.869481 8
亚甲兰值13 2.045423 12 2.284665 13 2.641608 13
四氯化碳值11 3.770127 8 3.066107 12 3.128214 11
丁烷值9 4.878036 5 4.154306 10 3.974821 10
糖蜜值1 7.390415 1 10.97783 1 9.923826 3
单宁酸值10 2.214169 11 5.281263 9 4.643596 9
有效粒径6 4.951605 4 5.5594 6 5.440827 6
均匀系数4 3.962668 7 6.537102 4 6.692856 4
平均粒径5 6.609574 2 5.494236 7 5.083132 7
从计算结果来看，在控制活性炭出水浊度降低方面，糖蜜值、平均粒径、碘值、有效粒径和丁烷值是主要的影响因素，与前一阶段的结论不同的是，碘值和丁烷值的影响得到了体现；在去除以UV254和CODMn为代表的有机物方面，主要的影响因素为糖蜜值、pH值、均匀系数、修正摩擦系数和强度，与前一阶段相比，pH值、有效粒径的影响得到了强化。
( 3 )主要性能指标推荐值
根据试验结果综合考虑，可将活性炭的性能指标分为三类：
首要控制指标（即针对水源水质特点的主要影响因素）、重要控制指标
（即对实际运行效果起重要作用的因素）和控制指标（即对实际运行效果影响较小的因素，只要能满足国家标准即可）。
① 首要控制指标
糖蜜值和单宁酸值：
从试验结果来看，糖蜜值和单宁酸值对活性炭的实际运行效果有着显著的影响，因此选择活性炭种时应该严格控制。糖蜜值是以大分子量的焦糖作为吸附质，活性炭作为吸附剂来测定的，它主要表征了活性炭对大分子有机物，特别是水源中的高分子量有机物的去除能力。由于焦糖分子量较大，因此难以进入活性炭的微孔结构中，只是被活性炭的大孔、中孔等吸附，因
此可以反映出活性炭孔隙结构中大孔、中孔的比例。单宁酸（分子量为322）值表示吸附有机分子能力的指标，它是在浓度一定的单宁酸溶液中，加入活性炭的量使单宁酸溶液浓度低于某个确定值所需要活性炭的量，因此，此值越低表示活性炭吸附性能越好。
如果只是从分子大小上看，单宁酸值应该与亚甲兰值的大小相似，反映活性炭吸附能力也应该相似，但实际情况并非如此，单宁酸的性质与天然有机物（NOM）中的代表物质腐殖酸十分相近，活性炭对单宁酸的吸附特性与腐殖酸相类似，因此可以代表水中由腐烂植物所产生的有机物，表征活性炭对天然有机物的吸附能力。饮用水水源的地表水，其天然有机物的含量占有绝大部分比例，因此活性炭的大孔和中孔结构是影响活性炭处理效果的主要因素。而糖蜜值和单宁酸值，两指标相互配合，能够很好的判断出活性炭孔隙结构中大孔、中孔的比例，较好的反映出活性炭对天然大分子有机物的去除能力。但目前国家标准为对两值未作明确规定，从性能指标测定结果来看，运行好的三种炭糖蜜值都在150以上，单宁酸值在50以下，因此综合试验结果，建议糖蜜值标准定为为≥150，单宁酸值≤50。
强度和摩擦系数：
在饮用水的深度处理中，对炭后出水浊度控制很严格，即要求在砂滤池出水浊度的基础上不再升高。因为在粒状活性炭实际应用中，要考虑其在运输、反冲洗和再生时活性炭的破损情况，主要有三种力可使活性炭机械破裂而形成粉尘，造成出水浊度升高，即冲击力、积压力和磨损力，强度和摩擦系数便分别代表了冲击积压力和摩损力，反映出活性炭的耐破损能力，因此强度和摩擦系数作为选择活性炭的首要控制指标，要尽量选取高强度和摩擦系数的活性炭。如果强度低，则炭的结构疏松，在反冲洗时，炭粒易脱落，由于微生物能附着在炭粒表面，会造成出水的生物安全性问题。活性炭的强度和摩擦系数也直接影响到活性炭的使用寿命，国标对两值作出明确规定，但从几种炭实际测定结果来看，将该强度定位值定为≥90％，摩擦系数≤90％是比较合适
的。
② 重要控制指标
碘值：
从试验结果来看，它与活性炭运行效果有关，但是相关性不太明显。碘值与活性炭对小分子物质的吸附能力密切相关。现行
的活性炭检测标准GB方法以及一些权威机构（如AWWA）的方法中，均将活性炭样品粉碎至能通过200目筛，这样能将活性炭孔隙尽可能暴露出来，从而达到最大的碘吸附值。它可以用于估算活性炭的比表面积，和相对表征活性炭的孔隙结构。在实际应用中，
对于以碘（分子量为254）为代表的分子量大约250左右、非极性和分子对称的物质来说，碘值可以表征活性炭对这部分物质的吸附能力。碘值作为常用的活性炭质量控制标准指标也是必须进行控制的。综合考虑将碘值设定为≥900mg/g。
xx值和四氯化碳值：
这两值在活性炭对有机物去除效果也存在着相关性。丁烷值与四氯化碳值存在着很好的相关性，美国ASTM标准中显示：
四氯化碳活性＝2.57×丁烷活性，R2=0.934（均按照ASTM－D5228-92）。两值可表征出活性炭样品的微孔容积，是活性炭孔隙结构的量度值，常表征活性炭的活化程度。两值对表征活性炭对小分子量、非极性有机物去处能力，具有重要意义。在国家
标准中，没有规定这两值的大小。根据ASTM标准方法的检测结果，可将丁烷值标准定为≥20％，四氯化碳值定为≥60％。
有效粒径、平均粒径与均匀系数：
这三项指标是活性炭物理性质的重要表征，从试验结果来看，与实际的运行效果均具有较好的相
关性，特别是对浊度的控制作用明显。由于国家标准中未对此值作规定，综合试验结果，推荐有效粒径在1～1.5mm，平均粒径在1.5~2.0mm，
在AWWA标准中，对均匀系数规定为≤2.1，考虑到实际的影响，将均匀系数设定为≤2.0。
pH值：
从试验结果来看，pH值也与实际运行效果存在相关性。pH值是活性炭表面化学性质的重要表征。在活性炭活化过程中，活性炭的基本结构产生缺陷和不饱和价，使氧和其它杂原子吸着在这些缺陷上，因而使活性炭产生了各种各样的吸附特性。对活性炭性质产生重要影响的化学基团主要是含氧官能团（羧基、酸酐、脂基、羰基等）和含氮官能团（氨基、酰亚胺等）。这些官能团的存在使得活性炭表现出两性性质，甚至会带电。如果这些带电基团在活性炭表面分布均匀，那么在表面曲率不同的部位，电荷密度是不同的，微生物生长可能会选择它能够忍受的电场强度处“居住”。活性炭的表面化学性质对其吸附性能起到重要作用，表面酸性被认为是控制吸附的重要因素，增加表面酸性，或者说增加极性的氧分子或含氧官能团的数量可增加活性炭的表面极性，从而有
利于其对水分子的吸附。对水分子的吸附有可能因占据活性炭孔而降低了活性炭对疏水性化合物的吸附。NOM为中性条件下带负电荷的有机物，如果活性炭的表面带有中性条件下可水解的强碱性基团的量大于羧基等强酸性基团的量，也就是说pH大于7时，在中性的水体中活性炭表面就会带有正电荷，这将有利于它对NOM的吸附。一般来说，较高的pH有利于活性炭对NOM的吸附，但不是越高越好，pH过高预示着活性炭表面存在较多的强碱性基团，从而导致活性炭表面亲水性增加，不利于对疏水性有机物的吸附。国标
中规定活性炭pH在6～10，考虑pH值的重要作用，该值定在8～10是比较合适的。
③ 控制指标
xx值：
亚甲兰值与实际的运行效果没有多大关系。亚甲兰值在表示活性炭液相吸附性能时，主要反映活性炭的脱色能力，一般
此值越高，表示活性炭吸附性能越好。相对应的，对以亚甲兰分子（分子量为374）为代表的分子量大约370左右、极性和线性结构的显色物质来说，亚甲兰值可以表征活性炭对此类物质的吸附能力。亚甲兰值与碘值相类似，也反映了活性炭的孔隙结构，特别
是微孔的数量。国家标准对该值进行了规定，因此亚甲兰值标准仍采用国家标准，定为≥180mg/g。
总灰分和xx物：
这两值是活性炭中杂质成分的表征，虽然试验结果显示与出水效果没有相关性，但是考虑到生产成本，也要进行
控制。参考国家标准和实际的检测结果，将总灰分定为≤10％，水溶物定为≤0.1％。
表观密度和飘浮率：
表观密度直接影响到购买成本，表观密度越小，单位体积的质量越低，成本越低，但是单位体积的去除有机物能力也必然降低，因此综合考虑，参照国标和AWWA标准，将该值定为≥400g/l。飘浮率能够影响反冲洗过程中炭量的损失，因此也要进行控制。国标规定该值小于2％，因此采用国家标准，该值定为≤2.0％。
根据以上分析，活性炭主要性能指标推荐值综合起来见下表。
表8活性炭主要性能指标推荐值
项目国家标准xx标准(AWWA)推荐值
吸附性能碘值(mg/g) ≥1050 ≥500 ≥900
亚甲兰值(mg/g) ≥180 ≥180
糖蜜值≥150
单宁酸值≤50
xx值(wt%) ≥20
四氯化碳值(wt%) ≥60
化学性能 PH值6~10 8～10
机械性能xx摩擦系数(wt%) ≤90
强度(wt%) ≥85 ≥70 ≥90
有效粒径(mm) 1～1.5
均匀系数≤2.1 ≤2.0
平均粒径(mm) 1.5～2.0
经济性指标总灰分(wt%) ≤10 ≤10
xx物(wt%) ≤0.1
表观密度(g/l) 380~500 >250 ≥400
漂浮率(wt%) ≤2 ≤2
5.结论
（1）根据各种活性炭性能评价方法的特点，可以建立完善的活性炭筛选方法，其主要过程为：
首先要根据活性炭生产的煤质、地域和生产工艺等的不同，从国内外的大型活性炭生产企业中选择出备选炭种，然后从几个方面着手，即活性炭性能指标分析、电镜微观观察、静态吸附试验、吸附能力评价试验，以及活性炭动态运行试验等，从不同角度全面评价活性炭炭种的优劣，筛选出一至两
种活性炭种进行工程应用。
（2）利用活性炭筛选方法筛选出了适应某市水质特点的活性炭。在五种活性炭中，在相同的水质和运行条件下，破碎炭A出水效果最佳。但由于其物理性能，在长期运行中可能会出现炭量损失和能量损失，造成营运成本增加的现象。活性炭C的出水效果与破碎炭相近，其物理性能指标均能满足国家标准，并且经原子力显微镜试验，其对微生物适应性很好，因此认为该炭种对于水源水
质是最适合的。
（3）通过活性炭性能指标和活性炭运行效果的数学分析，确定了在饮用水处理中活性炭的主要性能指标，包括首要控制指标糖蜜值和单宁酸值、强度和摩擦系数，重要控制指标碘值、丁烷值和四氯化碳值、有效粒径、平均粒径与均匀系数，控制指标亚甲兰值、
总灰分和水溶物、表观密度和飘浮率，根据活性炭性能指标检测结果和实际运行效果，对以上各项指标确定了推荐值。
【详情】一、活性炭过滤原理
活性炭的吸附能力与水温的高低、水质的好坏等有一定关系。水温越高，活性炭的吸附能力就越强；若水温高达３０℃以上时，吸附能力达到极限，并有逐渐降低的可能。当水质呈酸性时，活性炭对阴离子物质的吸附能力便相对减弱；当水质呈碱性时，活性炭对阳离子物质的吸附能力减弱。所以，水质的ＰＨ不稳定，也会影响到活性炭的吸附能力。
活性炭的吸附原理是：在其颗粒表面形成一层平衡的表面浓度，再把有机物质杂质吸附到活性炭颗粒内，使用初期的吸附效果很高。但时间一长，活性炭的吸附能力会不同程度地减弱，吸附效果也随之下降。如果水族箱中水质混浊，水中有机物含量高，活性炭很快就会丧失过滤功能。所以，活性炭应定期清洗或更换。
活性炭颗粒的大小对吸附能力也有影响。一般来说，活性炭颗粒越小，过滤面积就越大。所以，粉末状的活性炭总面积最大，吸附效果最佳，但粉末状的活性炭很容易随水流入水族箱中，难以控制，很少采用。颗粒状的活性炭因颗粒成形不易流动，水中有机物等杂质在活性炭过滤层中也不易阻塞，其吸附能力强，携带更换方便。
活性炭的吸附能力和与水接触的时间成正比，接触时间越长，过滤后的水质越佳。注意：过滤的水应缓慢地流出过滤层。新的活性炭在第一次使用前应洗涤洁净，否则有墨黑色水流出。活性炭在装入过滤器前，应在底部和顶部加铺２～３厘米厚的海绵，作用是阻止藻类等大颗粒杂质渗透进去，活性炭使用２～３个月后，如果过滤效果下降就应调换新的活性炭，海绵层也要定期更换。
二、影响粒状活性炭应用的主要性质
应用粒状活性炭，尤其大量应用，最影响效果和成本的活性炭主要性质是：吸附量；压降或床层膨胀；抗磨性；大小、水分、灰分、pH值和可溶物。
应用较为大量的粒状活性炭都装在柱型设备中，就要讲究压降(压头损失)或床层膨胀，是设计炭柱的必要因素。压降由微粒大小和大小分布所决定。床层膨胀由微粒大小、形状和大小分布以及微粒密度所决定。
大量使用粒状活性炭时，常加水以泵输送和以运输带脱水，因此要重视活性炭的损失量，讲求活性炭的抗磨性。
三、评价活性炭的吸附能力
吸附分液相吸附和气相吸附两类，液相吸附能力常以吸附等温线进行评价，气相吸附能力以溶剂蒸气吸附量评价。
吸附等温线表示一定温度下吸附系统中被吸附物质的分压或浓度与吸附量之间的关系，即当保持温度不变，可测得平衡吸附量和分压或浓度间的变化关系。以剩余浓度为横轴，以活性炭单质量的吸附量为纵轴可绘出关系曲线。
当保持分压或浓度不变，可测得平衡吸附量和温度间的变化关系，绘出关系曲线，即吸附等压线。由于在工业装置中少量成分吸附大致在等温状态下进行，所以吸附等温线最为重要和常用。
溶剂蒸气吸附量表示气相吸附性能，可用颗粒活性炭的四氯化碳吸附率的测定为例，在规定的试验条件下，即规定的炭层高度、气流比速、吸附温度、测定管截面积、四氯化碳蒸气浓度的条件下，持含有一定四氯化碳蒸气浓度的混合空气流不断地通过活性炭，当达到吸附饱和时，活性炭试样所吸附的四氯化碳的质量与试样质量之百分比作为四氯化碳的吸附率。
活性炭应用中对于吸附能力，最好用实际拟用的活性炭、操作的条件、具体的处理物进行评价测试。
活性炭的吸附量，即单位活性炭所吸附的吸附质的量，工业上也有称为活性炭的活性，活性有两种表示方法：
静活性-----即通常所指的吸附剂达到平衡的吸附量。
动活性----是指流体混合物通过活性炭床层，其中吸附质被吸附，经一些时间的运作，活性炭床层流出的流体中开始出现含有一定的吸附质，说明活性炭床层失去吸附能力，此时活性炭上已吸附的吸附质的量，就称为活性炭的活性。是设计大量的、经常的、重要的吸附系统所需的数据。
用液相等温线法测定活性炭吸附能力的标准实用方法，可用于测定原始的和再活化的和粉状活性炭的吸什能力。
四、活性炭比表面积和吸附能力的关系
一般来说活性炭的比表面积（BET）越大，吸附力也越大，但是有时候却不一定。
BET是用氮气或丁烷的吸附方法测出活性炭总表面积的应用参数。按理BET越大，吸附力就越大。可是在实际应用中这概念有局限性，因为活性炭的孔有大孔、中孔和微孔的区别，有时仅有部分的孔适合于某类大小吸附物的进入。
在液相应用中，通常有机物的吸附值随分子量（分子大小）的提高而提高。直到分子大到不能进孔为止。最理想的活性炭是具有大量恰好稍大于吸附物分子的孔。孔太小，吸附物进不了；孔太大，使单位体积的表面积减少。
在气相应用中，小分子被吸附进入微孔。这时总表面积的概念是合用的。至于活性炭对金属络合物的吸附，涉及化学键的形成，也不是BET越大越好。
五、活性炭在液相吸附中的应用
活性炭在液相中主要用于脱色精制，有时也用于捕集回收或分离。
液体用活性炭进行脱色精制时，除了脱色（即吸附除去在可见光波长内具有吸光性的物质）以外，同时还能够除去在可见光波长以外具有吸光性的物质，除去颜色的前躯物质，除去有臭味的物质或调整香味，除去臭味的前躯物质，除去浑浊及可能导致浑浊的物质，除去起泡性物质，除去妨碍结晶的物质，除去胶体物质，除去对胶体有保护性的物质，除去生理性有害物质，以及除去促进产品变质的物质等，具有多种综合性的精制作用。
液相扩散速度比气相小得多，为了在短时间内获得吸附效果，因此常常使用粒度很细小的粉末状活性炭。但是，在处理量很大的场合，颗粒状活性的用例不断增加。因为其操作方便，容易再生。表3-6-4中列示了液相中使用活性炭的主要操作方式。
表3-6-4 液相中使用活性炭的主要操作方式。
活性炭种类 | 采用方法 | 操作方式 |
粉末状活性炭 | 间歇接触法 成层过滤法 连续接触法 | 一段接触式 多段分批添加式 多段逆流接触式 |
颗粒状活性炭 | 渗滤法 | 固定层式 连续移动式 间歇移动层式 |
六、活性炭在精制气体中的应用
精制工业用原料气体或工艺气体 活性炭用于精制多种工业用原料气体或工艺气体，以除去它们中所含有的各种杂质，提高纯度和使用价值。表3-6-1中列示了用活性炭精制的一些气体名称以及要除去的杂质成分。
表3-6-1 活性炭对原料气体及工艺气体的精制
气体名称 | 要除去的成分 |
氢气 氦气 氯气 氯化氢 二氧化碳 乙炔 乙烯 水煤气 裂化气 烟道气 情性气体 原料用空气 | Hg、CO2、CH4、H2S、N2、NH3 H2、N2、Ar、Ne、O2、CO2 烃类的氯化物 烃类的氯化物 无机及有机硫化物、油、臭气 无机及有机硫化物、高级炔烃、二烯烃、磷化氢、丙酮、聚合性物质 无机及有机硫化物、乙炔、二烯烃 无机及有机硫化物、聚合性物质 无机及有机硫化物、聚合性物质 无机及有机硫化物、油 无机及有机硫化物、油 无机及有机硫化物、油、臭气 |
由表3-6-1可见，用活性炭精制气体是将小分子、低沸点气体中的少量大分子、高沸点的气体除去。
七、活性炭在液相吸附中的应用 --水处理
水处理 水处理是活性炭应用广，潜力最大的部门。饮用水的质量直接关系人体健康；排水及废水处理与否对地球水环境有重大影响。发达国家活性炭用量的50%以上与水处理有关；我对水质重视程度也逐渐增加。
（1）处理上水（自来水）：上水用活性炭处理的目的是提高水质，除去臭气、臭味、腐殖质、油类、农药、洗涤剂等对人体有害的物质。
（2）处理生产用水：活性炭在处理各种生产用水中获得广泛应用。如在酿造业、清凉饮料业及制冰业，使用活性炭除去地下水中的颜色、臭味、胶体物质、洗涤剂、农药及其他有机物质，或者除去自来水中的游离氯气、臭味等；电力、化学等工业部门用活性炭处理锅炉用水及锅炉回流水的脱油；医药工业用活性炭除去水中的致热源；电子工业使用活性炭制取超纯水；海运业使用活性炭制造饮用水；水族馆中用活性炭除去自来水中的氯气等。
此外，活性炭还用于保护离子交换树脂，净化工厂的循环用水等。
（3）处理生产废水：各种生产过程中排出的废水，含有不同的杂质，但比较单纯，易于进行处理。因此，应该处理以后再排放或者循环使用。
（4）处理下水（污水）：下水是各种废水汇集成的污水，成分极其复杂。进行处理时，通常将凝聚沉淀法（物理法）、活性炭泥法（生物法）与活性炭吸附法配合使用，以提高处理效果，降低处理成本。活性炭处理通常和生物法配合使用，或置于其后作为终级处理。经过处理，可以除去颜色、农药、洗涤剂、臭味，以及BOD、COD、TOC等杂质，作为工农业用水而再次利用或排放。
八、活性炭对各种蒸气之吸附能力
活性炭对各种蒸气之吸附能力 | |||||||||
指數 | 品名 | 指數 | 品名 | 指數 | 品名 | 指數 | 品名 | 指數 | 品名 |
4 | 硝基甲烷 | 3 | 硝酸 | 2 | 丙烷 | 3 | 乙醚 | 4 | 家具臭 |
3 | 甲醇 | 4 | 消毒剂 | 4 | 丙酸 | 1 | 乙烯 | 4 | 果实臭 |
3 | 甲醚 | 4 | 樟脑 | 4 | 丙醇 | 3 | 环氧乙烷 | 4 | 气油 |
4 | 油加利油 | 4 | 食品芳香 | 2 | 丙烯 | 4 | 二气乙醇 | 3 | 脢 |
4 | 肉臭 | 1 | 氢气 | 4 | 塗料臭 | 3 | 氯化烷 | 4 | 辛酸 |
4 | 浴室臭 | 4 | 苯乙稀 | 3 | 己烷 | 2 | 盐酸 | 3 | 花粉 |
4 | 醋酸丙酯 | 3 | 光气 | 4 | 庚烷 | 3 | 氯化甲烷 | 4 | 癌肿臭 |
3 | 醋酸甲酯 | 3 | 麻醉劑 | 4 | 苯 | 3 | 氯化稀 | 4 | 罐头工場臭 |
3 | 三氧化硫 | 4 | 酸酐 | 3 | 放射性物質 | 4 | 丙基氯 | 4 | 蚁酸 |
4 | 四氯乙烯 | 1 | 沼气 | 4 | 防臭剂 | 3 | 氯气 | 3 | 甲酸乙酯 |
4 | 四氯化碳 | 4 | M.E.K | 4 | 防腐剂 | 4 | 辛烷 | 3 | 甲酸甲酯 |
4 | 二乙胺 | 3 | 漂白液 | 4 | 防虫剂 | 3 | 青酸 | 4 | 二甲苯 |
4 | 二氧雜环乙烷 | 4 | 比啶 | 3 | 碘化氢 | 4 | 精油 | 4 | 鱼臭 |
4 | 环己烷 | 4 | 肥料臭 | 4 | 碘气 | 4 | 酚 | 4 | 杂酚 |
3 | 二甲基苯 | 3 | 病毒 | 4 | 碘仿 | 3 | 煤烟 | 4 | 巴豆醛 |
4 | 硫酸二甲脂 | 3 | 不完全燃燒氣 | 4 | 酪酸 | 4 | 肥皂臭 | 4 | 氯丁二烯 |
3 | 车排气 | 3 | 丁二烯 | 1 | 硫化氢 | 4 | 接著剂 | 4 | 氯苯 |
4 | 树脂臭 | 2 | 丁烷 | 4 | 硫酸 | 4 | 体臭 | 4 | 乳酸 |
4 | 臭化乙烷 | 4 | 丁醇 | 1 | 一氧化氮 | 4 | 香烟 | 4 | 尿酸 |
4 | 臭素 | 4 | 丁酮 | 1 | 坏疽臭 | 4 | 焦油 | 4 | 尿素 |
2 | 臭化氢 | 2 | 氟化氢 | 1 | 己烷 | 1 | 二氧化碳 | 3 | 二硫化碳 |
3 | 臭化甲烷 | 4 | 腐败臭 | 3 | 己胺 | 4 | 臭氧气 | 3 | 燃烧气 |
4 | 润滑油 | 4 | 塑料臭 | 4 | 酒精 | 4 | 家畜臭 | 4 | 糊臭 |
4 | 病院臭 | 4 | 残留酸 | 4 | 戊酸 | 4 | 棕榈酸 | 3 | 对二氯笨 |
九、活性炭对各种有机物质之吸附容量
活性炭对各种有机物质之吸附容量 | |||||
成 分 | 饱合吸附 | 摘要 | 成分 | 饱合吸附 | 摘要 |
| 容量 (%) |
|
| 容量 (%) |
|
(醇类) |
|
| (芳香烃类) |
|
|
乙醇 | 21 |
| 苯 | 23 | 溶剂 |
甲醇 | 10 | 木精 | 硝基(代)笨 | 20 |
|
丁醇 | 34 | 溶剂 | 甲苯 | 25 | 溶剂 |
戊醇 | 35 | 杂醇油 | 二甲苯 | 26 | 溶剂 |
(有机酸) |
|
|
|
|
|
醋酸 (乙酸) | 37 | 药品 | (脂肪类碳化氢) |
|
|
酪酸 | 35 | 体臭 | 丙烷 | 5 | 燃料 |
甲酸 | 7 | 药品 | 丙烯 | 5 | 煤气 |
棕榈酸 | 35 | 棕榈油 | 癸烷 | 35 | 灯油成分 |
丙酸 | 30 |
| 庚烷 | 20 | 汽油成分 |
丙烯酸 | 20 |
| 己烯 | 10 | 汽油成分 |
辛酸 | 35 | 动物臭 | 壬烷 | 30 | 灯油成分 |
(无机气体) |
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| (醚) | 8 | 燃料 |
胺 | 一些 | 刺激臭 | 乙醚 |
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溴 | 40 |
| 二异丙醚 | 15 | 医药品 |
二硫化碳 | 15 | 粘胶 | 甲醚 | 18 | 溶剂 |
四氯化碳 | 45 | 溶剂滅火用 | 丁醚 | 10 |
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气 | 15 | 顏料制造 | (酯) | 20 | 溶剂 |
溴化氢 | 12 | 药品 | 醋酸戊酯 |
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氯化气 | 12 | 燃烧气体 | 醋酸丁酯 | 41 | 漆溶剂 |
氟化氢 | 10 | 氟 | 醋酸乙酯 | 28 | 漆溶剂 |
碘化气 | 15 |
| 醋酸丙酯 | 19 | 漆溶剂 |
硫化气 | 3 | 腐蛋臭 | 醋酸甲酯 | 23 | 漆溶剂 |
碘 | 40 |
| (醛) | 16 | 溶剂 |
硝酸 | 20 | 药品 |
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二氧化氨 | 10 | 燃烧气体 | 乙醛 | 7 | 药品燃燒排气 |
臭氧 | 分解氧 | 放電管 | 丙醛 | 15 |
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二氧化硫 | 10 | 燃烧排气 | 丁醛 | 20 | 柴油廢气 |
三氧化硫 | 15 | 燃烧排气 |
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| 合成用剂 |
硫酸 | 30 | 药品 | 甲醛 | 很少 | 燃烧排气臭 |
(鹵化烴類) |
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| (其他化合物 ) |
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三氯乙烯 | 13 | 乾洗用 | 石碳 | 30 | 苯酚烧脂 |
三氯甲烷 | 40 | 麻醉藥 | 甲酚 | 30 | 医院消毒液臭 |
三碘甲烷 | 30 | 防腐用 | 皮啶 | 25 | 烟草臭 |
異丙基氯 | 20 |
| 糞臭素 | 25 | 排泄物 |
氯化甲烷 | 5 | 冷煤 | 松节油 | 32 | 溶剂 |
二氯甲烷 | 25 |
| 吉草酸 | 35 | 体臭、脚臭 |
四氯代甲烷 | 60 |
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(硫醇) |
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| 蓋醇 | 20 |
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| 烟硷 | 25 | 烟草 |
甲硫醇 | 20 | 黃萝蔔硷菜臭 | 茨酮 | 20 |
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乙硫醇 | 23 | 蒜、蔥、汙水 | (多成分臭) |
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丙硫醇 | 25 |
| 汙水臭 | 大 |
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(酮類) |
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| 廁所臭 | 大 |
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丙酮 | 10 | 溶剂 | 料理臭 | 大 |
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二乙基甲酮 | 30 | 溶剂 | 食物臭 | 大 |
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丁酮 | 10 | 溶剂 | 包裝室臭 | 大 |
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甲基丁基酮 | 20 | 溶剂 | 体臭 | 大 |
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十、不适合使用活性炭吸附处理的VOCs
反应性化合物
有机酸、醛类、某些酮类、某些聚合物单体
酚类
二醇类、胺类
高沸点物
可塑剂、树脂14以上之长链碳氢化合物
十一、活性炭在液相吸附中的应用
其他液相精制 除了水处理以外，活性炭还在制糖、食品、酿造、医药、化工等许多部门的液相精制中具有广泛的用途。表3-6-5中列举了一些觉见的用例。
表3-6-5活性炭液相精制的用例
工业种类 | 工业部门 | 产品名称 | 活性炭精制效果 |
食品工业 | 精制糖 | 甘蔗糖 甜菜糖 糖蜜 | A、B、C、D A、B、C A、B、C、J、捕集甜菜碱及谷氨酸 |
淀粉 | 葡萄糖 水饴糖 | A、B、C、D、F A、B、D、F | |
乳制品 | 乳糖 | A、B、D、F | |
食品工业 | 酿 造 | 清酒 啤酒 葡萄酒、果酒、酱油 威士忌、朗姆、白兰地、伏特加、食用醋 | A、E、D、防止火落菌A、E、D（防止冷雾）A、 E |
油脂 | 食用油 人造奶油、可可脂、猪油 | A、B、F、G A、F、G | |
食品添加剂 | 味精、核酸调味品、乳酸、柠檬酸、酒石酸、戊烯二酸、抗坏血酸 调味液 琼脂、果胶、明胶 | A、B、D、F A、E、F A、F | |
其他 | 糖浆、果汁 糖果屑 | A、 F A、F、J | |
医药工业 | 医药品
注射剂 | 抗菌性物质、磺胺制剂、生物碱、纵他命、荷尔蒙 针剂、注射用水 | A、B、D、F、H 除去致热源 |
化学工业 | 橡胶 | 再生橡胶 | 防止药剂渗透 |
石油 | 液体石油馏份 酸类、盐类、胺类吸收液、废油 | A、F、脱硫 A、B、I、J | |
高分子 | 合成树脂、合成纤维原料及间体 纺线浴、溶剂及溶液 | A、F、防止副反应 A、B、F、J | |
染料 染色 | 染料中间体 洗涤液等 | H、防止副反应 A、防止渗透 | |
无机 | 磷酸、硼酸、盐酸、明矾、碱、碳酸盐 双氧水 | A、 B 除去有机杂质 | |
其他工业 | 金属加工 | 矿物油、油剂 蜡 界面活性剂 可塑剂、羊毛脂、硬化油、蓖麻油、甘油 | A、B、F、J A、B、F A、 F A、B、F、I |
干洗 | 干洗液 | 除去油脂及分解产物、J B、除去油脂、J | |
采矿 | 浮选选矿液 | 除去浮选选矿液、调整 | |
分析 | 色谱分析 | 分析试样 | 除去生物化学试样中妨碍分析的成分 |
注：A：脱色；B：除去胶体物质；C：提高结晶性；D：提高产品稳定性；E：调整香料；F：脱臭；G：去除白土臭；H：提高纯度和得率；I：除去起泡性物质；J：再利用。
十二、气相回收及捕集
其他气相成分的捕集或回收 活性炭除用于从空气中回收有机溶剂以外，还广泛地用于从其他气相成分中捕集和回收各种有关物质。表3-6-3中列举了这方面的一些用例。
表3-6-3 活性炭在其他气相捕集或回收中的应用
气体名称 | 捕集回收的组分 |
煤的干馏气体 天然气 裂化气体之类 发酵气体 烟道气 汽车挥发的气体 原子反应堆排气 各种工业性排气 | 苯、汽油等C5以上的烃类 液化石油气等 CH4、C2H6、C3H8、C4H10、C5H12等 酒精、丙酮等 二氧化硫 汽油 放射性碘、氪、氙 苯、甲苯、二甲苯、戊烷、己烷、二硫化碳、氯乙烯、环己烷、甲醇、乙醇、丁醇、丙酮、丁酮、醋酸酯、环氧乙烷、氧化丙烯、香料成分、四氯化钛、二氯化钛、氧化氮等 |
下面以防止汽车中汽油挥发装置为例，说明活性炭在捕集回收方面的具体应用。该装置的工作原理。汽车停止时，由于气温升高、太阳照射等原因，使油箱、化油器、气缸等处汽油挥发。挥发出去的气体通过装置中的活性炭层（过滤器）吸附，防止扩散到外界。当汽车开支行驶时，通过吸气管的负压和排气管的压力，使压力动作阀动作，让滤气器中一部分空气经过活性炭层以后再进入吸气管中。此时，活性炭层所吸附的汽油脱附，随空气进入气缸中燃烧；同时，活性炭获得再生。这种装置中只充填了几百克颗粒状活性炭，就不仅能防止汽油挥发到外界污染空气，还能够节约汽油，而且使用十分方便。
十三、分离气体
利用活性炭对不同种类的气体具有不一样的吸附能力这一性质，活性炭吸附法常用于分离气体。
用活性炭从天然气中分离汽油组分时，初期，活性炭逐渐被包括甲烷等分子量小的烃类物质在内的组分所饱和，但是随着吸附时间的延长，由于活性炭具有对分子量大的同族化合物吸附能力大的特性，所吸附的甲烷等低级烃类逐渐被分子量大的己烷、戊烷等置换出来。结果，活性炭中吸附保留的主要是汽油组分，而甲烷、乙 烷、丙烷之类分子量小的组分则穿过活性炭层，保存在气相中，从而达到分离的目的。
又如，利用压力循环吸附法，可以使用活性炭将空气中的氧气和氮气分开；利用活性炭吸附法，能从煤气中分离出苯，能从反应产物中进行同分异构体的分离等等。
十四、活性炭应用注意事项
1、运输与装卸： 活性炭在运输过程中，不得用铁钩拖拽，应防止与坚硬物质混装，不可强烈振动、磨擦、踩、砸，严禁抛掷，应轻装轻卸，以减少炭粒破碎，影响使用。
2、储存：应储存于阴凉干燥处，防止内外包装袋破裂，防止受潮和吸附空气中其它物质，影响使用效果。严禁与有毒有害气体或易挥发物质混放，存放要远离污染源??
3、严禁水浸： 活性炭属于多孔性吸附类物质，所以在运输、储存和使用过程中，都要绝对防止水浸，因水浸后，水填充了活性孔隙，减少了活性炭比表面与气体的直接接触，严重影响使用效果。
4、防止焦油类物质： 在使用过程中，应禁止焦油类粘稠物质进入活性炭床，以免堵塞活性炭孔隙或遮盖了活性炭展开表面，使气体不能与活性炭展开表面接触，失去应用效果，如气体中含有此类物质，应在气体进入活性炭床前进行清除（最好有除焦设备）以达到好的应用效果。
5、防火： 活性炭在储存或运输时，防止与火源直接接触，以防着火。活性炭再生时避免进氧并再生彻底，再生后必须用蒸气冷却降至800℃以下，否则温度高，遇氧，活性 炭自燃。
6、使用： 装填时应先筛去因搬运产生的碎粒与粉尘。然后层层均匀铺开，不得从进料孔处直接倒入，以免使大小颗粒装填不均，最终造成气体偏流，影响使用效果。装填结束，开车前应先吹空，吹出活性炭表面粘附粉尘，避免开车后粉尘带入后工段而影响正常生产。
7、安全需知： 湿的活性炭需要从空气中除去氧，在安全密闭的容器内氧的消耗会造成有毒的环境，假如工人进到含有活性炭的容器内适当取样或低含氧空间作业，应遵守国家相关标准及作业规范。
十五、活性炭再生
第一部分 化学品及企业标识
化学品中文名称：活性炭
英文名：Charcoa activated granular
第二部分 成分/组成信息
化学品名称：活性炭
化学品分子式：C
组成成分：100%活性炭
CAS号：7440-44-0
第三部分 危险性概述
危险性类别：
侵入途径：吸入、食入、经皮吸收
健康危害：无资料
环境危害：
爆炸危险：
第四部分 急救措施
皮肤接触：用肥皂水洗掉即可，如有疼痛，及时就医。
眼睛接触：立即提起眼睑，用大量流动清水冲洗至少10分钟。如有疼痛，就医。
吸 入： 迅速转移至空气新鲜处，呼吸新鲜空气；如有咳嗽或呼吸不适，及时就医。
食 入： 让受害者饮足量清水，如胃肠不适感加重，及时就医。
第五部分 消防措施
危险特性：可燃，高浓度粉尘可引起爆炸。
有害燃烧产物：
灭火方法及灭火剂：十粉，泡沫，喷水，二氧化碳。
灭火注意事项：没有配备花谢防护衣和供氧设备请不要呆在危险区。
第六部分 泄漏应急处理
个人防护：避免产生和吸入其粉尘。当粉尘浓度过高时，应急处理人员须穿戴安全防护用具进入现场。
环境保护措施：未经处理不允许进入排水系统。
清洁/吸收措施：采用安全的方法将泄漏物收集回收或运至废物处理场所处理，根据化学品性质进一步处置。
第七部分 操作处置与储存
操作注意事项：无特殊要求
储存注意事项：干燥，密封。常温储存。
第八部分 暴露控制/个体防护
工程控制：密闭操作，局部排风。提供安全淋浴和洗眼设备。
呼吸系统防护：当空气中粉尘浓度过高时，建议佩戴过滤式防尘呼吸器。必要时，佩戴空气呼吸器。
眼睛防护：呼吸系统防护中已作防护。
身体防护：穿方化学品工作服。
手防护：戴防化学品手套。
其他防护：工作毕，洗手。淋浴更衣。
第九部分 理化特性
外观与形状：黑色粒状或粉状、无味。
溶解性：水（20℃）不溶
颗粒尺寸：≤150m
PH值（50g/l 水溶液，20℃）： 6
升华点：3700℃
密度：散装密度：250-350kg/m3
闪点：无资料
第十部分 稳定性和反应活性
稳定性：稳定
避免接触条件：强加热
禁忌物：强氧化剂
危险分解产物：碳氧化合物
聚合危害：不发生
第十一部分 毒理学资料
活性炭无毒
急性毒性：无资料
其他资料：小心合理使用产品不会出现有害性。
第十二部分 生态学资料
生态效应：无资料
其他生态数据：小心合理使用产品不会出现生态问题。
第十三部分 废气处置
废气方法：对化学品残存物的处置没有统一的国家法规，化学残存物一般作特殊废物。处置前应参阅国家和地方有关法规。我们建议您联系掌管的当局或认可的废物处置公司，他们会建议您如何处置特殊废物。
包装物：处置前应参阅国家和地方有关法规。用外埋污染物的方法来处理污染的包装物。如过没有特别规定，未受到污染的包装物可作家庭废物对待或再循环使用。
第十四部分 运输信息
危险货物编号：
包装标志：
包装类别：
包装方法：编织袋包装或桶包装，每包或桶为25公斤。
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