泊頭顆粒活性炭

活性炭已經(jīng)有超過(guò)2500多種商業(yè)產(chǎn)品應(yīng)用。大部分的污水處理廠都會(huì)用活性炭濾料對(duì)排除廠區(qū)的污水和臭氣進(jìn)行處理。但是在“正規(guī)教育里，你不會(huì)找到關(guān)于它們的特征和屬性的介紹。一般你是在工作才接觸認(rèn)識(shí)它們的。

活性炭是一種惰性固體吸附材料，通常用于去除各種溶于水中的污染物和處理工業(yè)廢氣。它幾乎由任何含碳原料制成，包括椰子殼和煤炭原料，這些讀者大多可以通過(guò)谷歌搜到。
吸附（adsorption）是一種氣體或液體在另一種液體或固體底物表面的積聚過(guò)程。它與吸收作用（absorption）相反，后者的外界物質(zhì)會(huì)進(jìn)入底物的體內(nèi)。
活性炭是多孔、成本低、作為吸附劑，它即插即用，可以提供足夠大的表面積以除去污染物。與任何其他用于物理吸附的材料相比，活性炭單位有效比表面積更大。實(shí)際上，一茶匙的活性炭的表面積甚至超過(guò)一個(gè)美式橄欖球場(chǎng)的面積。
物理現(xiàn)象
由于這樣罕見(jiàn)特性，活性炭捕捉水溶性污染物的性能特別優(yōu)異，這包括各種帶有味道、氣味、顏色和毒性的物質(zhì)。它的去除原理是通過(guò)污染物和碳石墨片表面之間的表面相互作用而產(chǎn)生的吸附效應(yīng)。
污染物和碳表面之前的相互作用是通過(guò)范德華力(Van der Waal forces)和誘導(dǎo)性的偶極相互作用發(fā)生的。活性碳石墨片將中性有機(jī)分子誘發(fā)成為分子內(nèi)偶極子。誘導(dǎo)偶極子使分子彼此吸引并粘在一起，因此它們從溶液中析出，進(jìn)入碳納米尺寸的孔或吸附空間中。 這種有活性炭促成的作用被稱為提前凝聚（premature condensation）。
由木材，椰子殼和煙煤不同材料制成的活性炭
活性炭制造商使用不同的原料和工藝參數(shù)來(lái)制備各種孔徑的濾料。合適的孔隙結(jié)構(gòu)選擇是影響活性炭性能的關(guān)鍵。
上圖顯示了由木材、椰子殼和煙煤等不同材料制成的活性炭的真實(shí)情況。t它們以不同的形式使用和出售，例如粉末狀、顆粒狀、小球狀、塊狀物和混合組成等。如上圖所示，它們的不同點(diǎn)在于由粗黑線表示的石墨片的尺寸大小，以及它們之間的距離。
粉末活性炭
微米級(jí)的粉末狀活性炭粒子由毫米級(jí)的顆粒活性炭研磨而成，和大顆粒相比，它具有更快的動(dòng)力學(xué)性和更大的污染物去除能力。
粉狀活性炭可用于擴(kuò)散面積較大的污染事件，例如藻華現(xiàn)象和工業(yè)廢液或石油外溢等會(huì)污染市政水源的問(wèn)題。另外也可以在澄清工藝單元投加這些粉末活性炭去除污染物。再之，它還可以保護(hù)那些固定式的活性顆粒碳床免受突然的進(jìn)水污染。
如果處理廠缺少基于顆粒活性炭的基礎(chǔ)設(shè)施，或者在特定時(shí)間內(nèi)濾池沒(méi)有足夠的顆粒活性炭來(lái)應(yīng)對(duì)一些偶然性的污染事件的話，使用粉末活性炭是一個(gè)比較經(jīng)濟(jì)的替代方案。一次性的粉末狀活性炭可以批量式處理污染，將污染降至特定的可接受的較大污染水平（maximum contamination levels - MCL），但不一定是零污染或者低至檢測(cè)閾值以下。
木材做的粉末活性炭
顆粒活性炭
毫米級(jí)的顆粒活性炭可以將污染物水平降至分析檢測(cè)閾值濃度以下，而且與粉末活性炭相比，它僅需要的碳量只要后者的約四分之一。
然而，處理廠需要適當(dāng)?shù)氖┰O(shè)來(lái)補(bǔ)充新的濾料去，并且將用過(guò)的廢舊活性炭進(jìn)行熱再生。再生后的活性炭成本是新鮮或未使用的顆粒狀活性炭的一半左右。顆粒活性炭的使用是一個(gè)連續(xù)過(guò)程，它是一種基于熱再生的多用途產(chǎn)品。這種循環(huán)回用使這種活性炭被視作“綠色化工”。
對(duì)于可能性和頻率較高的工業(yè)污染，需要準(zhǔn)備更多的活性炭來(lái)應(yīng)對(duì)可能的緊急情況。粒狀或超大碳顆粒活性炭用于控制城市污水中的揮發(fā)性污染氣體，例如硫化氫和其他氣體。顆粒活性炭也減少了過(guò)濾床的變量，讓廢氣流通過(guò)碳床就能實(shí)現(xiàn)凈化，這也減少了讓廢氣通過(guò)致密濾床的風(fēng)機(jī)等潛在能耗。
使用常規(guī)活性炭，流動(dòng)性的硫化氫還可以氧化成不能移動(dòng)的單質(zhì)硫，這些硫單質(zhì)會(huì)在碳表面積聚。目前已經(jīng)有人研究用生成的硫單質(zhì)作為活性炭濾床是否需要更換的指示劑。再之，活性炭可以用作催化劑，催化雙氧水，可有效去除廢硫酸中的有機(jī)雜質(zhì)，回收硫酸直接或者經(jīng)濃縮后可回用。
傳質(zhì)區(qū)間
活性炭濾床深度一般為3至10英尺，設(shè)有幾層活性炭，其中尺寸較小的顆粒位于濾床上方，較大的顆粒位于底部。
吸附過(guò)程中在活性炭層中有一段特殊的位置，活性炭對(duì)污染物的吸附集中發(fā)生在該段中，該段前端（相對(duì)于水流方向）的活性炭可以看作未吸附的炭，而后端的活性炭都可看作飽和的炭。該段活性炭則被稱為吸附帶 （Mass transfer zone-MTZ）。在吸附帶中，活性炭的飽和程度從0到100%。
當(dāng)吸附裝置開(kāi)始過(guò)濾時(shí)，吸附帶處于活性炭層上部；當(dāng)表層吸附飽和后，吸附帶逐漸下移；當(dāng)吸附帶移至活性炭層下沿時(shí)，出水濃度急劇增大，出水濃度增大到預(yù)定值時(shí)，炭層穿透。由于吸附帶中炭不能被全部利用，所以吸附帶的長(zhǎng)度將影響整個(gè)活性炭層的使用率。吸附速度越快、吸附帶的長(zhǎng)度越短、活性炭層的利用率越高。
水平推流床吸附帶的遷移曲線，垂直床利用重力流動(dòng)
對(duì)濾床進(jìn)行采樣時(shí)，應(yīng)該在上、中、下三個(gè)區(qū)間設(shè)計(jì)采樣點(diǎn)。這樣才能準(zhǔn)確地估算吸附帶的實(shí)時(shí)位置和整個(gè)濾床的剩余使用時(shí)間。
性能較大化
為了改善性能和降低成本，串聯(lián)式的多濾床是典型的配置方法。畢竟大家的較終目前都是用較低的成本交付較優(yōu)質(zhì)的飲用水。這種前后式串聯(lián)確保前段濾床都會(huì)完全使用，后段的模塊可以用作對(duì)出水的進(jìn)一步優(yōu)化，例如去除一些微量污染物等。整體上，這樣只需對(duì)前段的模塊做更換，延長(zhǎng)后段模塊的使用壽命，在一定程度上減低維護(hù)成本。
廢舊活性炭處理
活性炭總會(huì)飽和，不可能一直用下去。無(wú)論是新的原始活性炭或再生回用的活性炭，它需要定期的更換。另外碳孔的分布是不均勻的，吸附能量有強(qiáng)弱之分，像上圖幾種不同材料做成的活性炭的碳石墨片那樣，間距越小的碳片可以提供更高的吸附勢(shì)能。再生活性炭的性能經(jīng)過(guò)幾次循環(huán)回用之后，吸附功效會(huì)逐漸減弱，較終還是需要使用新的未用過(guò)的活性炭來(lái)代替。
當(dāng)然，有些時(shí)候通過(guò)熱再生來(lái)擴(kuò)大孔徑分布是有好處的，例如對(duì)于那些較大分子和較高分子量的吸附對(duì)象。 然而，像三鹵甲烷這種有水溶性的、低分子量的微量污染物，可能不易被吸附；另一方面，這些再生活性炭產(chǎn)生的吸附帶更長(zhǎng)。