活性炭在生活饮用水处理中的应用现状及存在问题（二）

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    据资料报道，深圳市和大庆市已在一些示范居民小区内建设含GAC过滤工序在内的小型深度净水站，实现小区域分质供水（供应直饮优质水，这种水的水质与市售纯净水有本质的区别）【13】。大同市册田水库水源因受上游工业废水污染，采用传统水处理工艺无法满足国家饮用水水质标准基本要求，于1994年引进澳大利亚连续中孔微滤膜—GAC组合技术，进行了处理规模3000～5000m3/day，为期一年的中试，证明这种组合技术完全可替代传统工艺，占地面积小，处理效果好，失活的GAC可采用NaOH和盐酸进行再生处理【14】。
2.2  生物活性炭（BAC）
    绝大部分的BAC水处理工艺都采用GAC作为生物膜的载体。大多数的BAC工序是与臭氧技术联用的，即所谓的“O3-BAC水处理技术”。BAC技术多用于饮用水的深度处理，总体来讲，BAC技术可去除的水中污染物的种类与PAC、GAC相同（即：使用目的是相同的），但BAC对污染物的去除率更高，且因生化作用而使BAC不断得到一定程度的再生，故使用寿命要比GAC和PAC长得多。
    孙建平等【15】筛选了假单胞菌属，芽胞杆菌属等11种菌株，在试验室条件下将其接种于ZJ15活性炭上制成BAC。对比试验发现，对同等富营养水，普通GAC在35天时吸附饱和，而BAC在60天时才失效，且再生率达81%，其中微孔再生为81～95%。BAC对试验原水的浊度、高锰酸盐指数和色度的去除率分别达到40～70%，30～60%和20～40%，具有比普通GAC更高的吸附活性。
    张金松等【16】对广东省某水源（含多种重点有机污染物）进行O3-BAC深度处理试验表明，进水浊度≤5NTU时深度处理效果最好，另外，该处理工艺可有效地控制和消除饮用水源中微量高毒害性有机污染物，可使COD减少70%左右。
3、讨论和结论
3.1  关于水处理活性炭的吸附机理问题
/ w: A* j0 }9 ~; r. ]* U) d探讨含多种污染物的生活饮用水源中活性炭的选择性吸附机理几乎是不可能的，甚至是毫无意义的。之所以在此文中仍提此问题，是为了消除一些思维定势。众所周知，活性炭是一种非极性或弱极性的吸附剂，一般认为其对非极性或弱极性且分子量不太大的吸附质易于吸附，而对极性较强的吸附质吸附效果较差甚至无效，这一论点用于气相吸附领域一般是正确的，但某些水处理工作者根据这一论点推论：在水处理工艺中，活性炭不能有效去除水中的卤代烃等强极性的吸附质，但大量的试验结果表明，活性炭恰是处理水中DBPs或其先质的最有效的吸附剂；另外，有学者提出，由于沸石类吸附剂具强色散力和静电引力，用于去除水中“三致”物（多为极性化合物）的效果理论上应优于活性炭，但实际情况恰恰相反。这说明在水处理领域，活性炭本身的非极性性质是众多影响其选择性吸附性能因素中较为次要的因素。我们认为，位于活性炭巨大表面上的、以氢键缔合的水分子膜以及因活性炭表面“吸附活性点”引起的水膜局部荷电异常，才是液相吸附中活性炭对某些物质发生选择性吸附的根本原因。上述水膜可视为水处理活性炭的表面修饰剂，极性有机物被水膜中某些荷电异常的“活性位”吸附并被迁移而来的溶解氧或其它活性自由基氧化或还原；产物若为非极性或弱极性物质，则渗透并被活性炭吸附，若仍为极性物质，则被其它活性位捕获，或扩散进入主液相。
    生物膜亦可视为活性炭的表面修饰剂，生物活性炭因其外层水膜，中层生物膜的选择性吸附、酶催化、生物吸收消化等作用，再加上活性炭本身的吸附功能，故BAC的使用寿命和使用效果均优于普通的GAC。
. [$ m) G! T1 H0 g* x    众多的水处理工作者采用不同材质的原料、不同形态的活性炭作水处理剂而得出了大致相同的结论，也进一步说明活性炭本身的表面性质和晶态排列情况并非是影响其液相吸附性能的主要因素，而自然的或人工的表面修饰才是主因之一。从这一点来讲，液相吸附活性炭的作用机理则远比气相吸附机理要简单。
2 f- s' v$ L# T" Z, s6 m6 t3.2  关于水处理活性炭的适用指标问题
/ m& q6 e) G( ?0 A% v" X0 ~& O6 o控讨活性炭的适用指标，则势必牵涉其适宜的孔径分布和有效孔隙，探讨活性炭的最佳孔分布及有效孔隙问题，实在是一件令人头疼的事。
8 }8 a2 f" n% |4 V9 [GB/T7701.4-1997净化水用煤质颗粒活性炭国家标准中规定的，与水处理活性炭的孔结构有关的技术指标有以下几项：孔容积≥0.65m3/g；比表面积≥900m2/g；苯酚吸附值≥140mg/g；碘吸附值≥800mg/g（合格品）；亚甲蓝吸附值≥120mg/g（合格品）。该标准是由活性炭制造行业牵头制订的，总体来看，似乎是水处理用活性炭的微孔越发达越好，但水处理工作者却对此提出了许多不同看法，具有代表性的为丁桓如等【17】的意见，他们在应用研究中发现，水处理活性炭的一般性吸附性能指标比表面积、碘吸附值、亚甲蓝吸附值和四氯化碳吸附值等，与其对天然水体中有机物的实际吸附能力之间的相关性严重偏离，难以用这些常规指标来衡量，选择适用的活性炭产品品种。他们认为天然气水体中有机物的分子体积大于活性炭一般吸附性能测试中所用的碘、亚甲蓝、四氯化碳等的分子体积，天然水体中的有机物主要包含四组腐殖质—腐殖酸、富里酸、木质素和丹宁，其分子量从几百到几十万不等，活性炭对这些物质的吸附主要受过渡孔的影响而不是受微孔支配的。他们研究了活性炭对上述四组腐殖质的吸附量和吸附速率，并与实际应用效果进行关联后，认为这四种指标可作为评价和选择水处理活性炭的较适用的指标。
  ~, V, C$ U6 x. j- a4 K近来水处理活性炭适用指标问题也已引起活性炭研究工作者的注意【18】，提出了用碘吸附值、亚甲蓝吸附值和糖蜜吸附值作为衡量水处理活性炭的三个基本指标。
4 k% e3 D& k9 b. e' M8 M究竟哪些指标可以作为水处理活性炭的适用指标，尚需水处理工作者和活性炭研究者共同协作，进一步探讨。
% R6 Q2 m) P! D) E" a3.3  结论
3 U1 }3 L* x# V4 L活性炭（PAC、GAC和BAC）作为生活饮用水的深度处理剂，在去除水中“三致”物方面是目前可选的最佳吸附剂。
$ h5 w( b$ X9 ~; @水处理活性炭的吸附机理与气相吸附机理差异较大，似乎在液相吸附中活性炭表面的修饰（自然或人工形成的）是引起这种差异的主因之一。
水处理活性炭的现用表征指标体系存在严重缺陷，寻求适宜的表征指标已成当务之急，可尽量避免活性炭选择时的盲目性。
                      参  考  文  献
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