摘要：概述活性炭物理化学性质以及作为吸附剂的机理，介绍活性炭吸附剂的种类，及各种类型的活性炭在水处理中的应用。
随着现代工业及其它产业的迅猛发展，人们面临更严重的污染，特别是水体污染已经引起了当今世界各国的普遍关注。同时，人们生活水平的不断提高及环保意识的不断增强，使得人们对水质的要求愈来愈严格。活性炭作为一种优良的吸附剂，由于它具有优良的吸附性能以及设备简单，操作方便，可再生等特点而被广泛的应用于水的净化处理。
一、活性炭的性能及特点
活性炭是一种由含炭材料制成的外观呈黑色、内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强的一类微晶质碳素材料。活性炭材料中有大量肉眼看不见的微孔。活性炭主成分除了碳元素以外，还有氧、氮、氢等元素及灰份。常见的活性炭有颗粒状、粉状两种，随着纤维工业的发展，诞生了一种新型的活性吸附材料和环保工程材料—活性炭纤维。它是继颗粒状、粉状活性炭之后的第三代产品。
活性炭吸附的作用产生于物理吸附和化学吸附。物理吸附主要发生在活性炭丰富的微孔中，用于去除水和空气中杂质，这些杂质的分子直径需要小于活性炭的孔径。另一方面活性炭在其表面含有官能团，与被吸附的物质发生化学反应，从而与被吸附物质常发生在活性炭的表面，此过程为化学吸附。活性炭的吸附是上述两种吸附综合作用的结果。评价活性炭的吸附性能指标主要有亚甲蓝值、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，即单体重量的吸附剂所吸附的物质量，g/g；
V—污水体积，L；
C0、C—分别为吸附前原水及吸附平衡时污水中的物质浓度，g/L；
X—被吸附物质量，g；
M—活性炭投加量，g；
在温度一定的条件下，活性炭吸附量随被吸附物质平衡浓度的提高而提高，两者之间的变化曲线称为吸附等温线，通常用费兰德利希经验式加以表达：
q=K·C1/n
式中：q—活性炭吸附量，g/g；
C—被吸附物质平衡浓度，g/L
k、n—与活性炭种类、温度、被吸附物质性质有关的常数。
活性炭去除水中的对象成分包括：游离氯、高锰酸钾消耗量、溶存臭氨、色度着色成分、溶存氨（联氨分解）、发泡成分、表面活性剂、异臭成分、苯酚、氯苯酚、三氯甲烷、农药类、三氯乙烯等氯系溶剂、PCB、有机氯化物（TOX）、油分、三卤甲烷前体物质、重金属（特别对Hg）、TOX前体物质、铁、锰、COD、病毒、TOC、热源、氨、BOD。
二、活性炭在水处理中的应用
1、对水源水的处理
粉状活性炭是具有弱极性的多孔吸附材料，有很强的吸附能力和稳定的化学性能，在水处理工业上广泛应用。由于它不能再生，成本较高，因此很少将它用作常规处理，但是在原水突发污染的情况下，投加粉状活性炭能很好的去除苯类化合物、酚类化合物、石油和石油产品等有机物。粉状活性炭对水中形成嗅味的有机物的去除效果是其它处理剂无法比拟的。发生在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，活性炭吸附是这次污染事故的应急处理技术。主要的措施有两条，一是在水厂取水口处投加粉状活性炭，利用水源水从取水口到净水厂的输水管线，在管线当中粉状活性炭把硝基苯吸附。二是应对技术措施就是把水厂现有沙滤池改造成活性炭和石英砂双层滤料滤池，具体方法是把现有的石英砂挖出半米左右再加入半米的粒状活性炭。通过以上改造工程，水厂出水水质达到生活饮用水水质标准。
2、对废水中重金属离子的吸附
目前冶炼、电解、医药、油漆、合金、电镀、纺织印染、造纸、陶瓷与有机颜料制造等行业，每年排放大量含有多种重金属离子的工业废水。活性炭以其独特的物理、化学特性成为吸附重金属的常用吸附剂之一。有人发现活性炭纤维对Cu、Ni2+、Cd2+的吸附符合Langmuir模式，同时Freundlich模式也可以较好的模拟这3种金属离子在活性炭纤维上的吸附。在动态条件下，吸附饱和后的活性炭纤维可用稀酸和稀碱溶液再生，再生后的活性炭纤维可重复使用。为了增加活性炭纤维对重金属的吸附容量，可以对活性炭纤维进行改性。有人考察了震荡时间、水样pH对吸附效果的影响以活性炭纤维作为去除水中镉、镍、铜三种重金属离子的吸附剂。结果表明，活性炭纤维对水中三种重金属离子的吸附特性良好，且吸附剂易于再生，可作为去除水中离子态重金属的优良吸附剂。
3、对水中微量有机物的吸附
对微污染水源投加粉状活性炭的研究发现，投加粉状活性炭后能够有效控制水中的嗅味，特别适合于在突发原水嗅味污染时使用。投加30-40mg/L粉状活性炭后对CODm的去除在50%左右，对TOC去除约为25%，对氨氮去除效果不好，为10%-20%之间。另外，粉状活性炭对矿物油有较好的吸附效果。另外在饮用水消毒过程中可产生三卤甲烷（THMs）、卤乙酸（HAAs）、卤乙腈（HANs）等有致癌作用的消毒副产物。近年来研究表明，饮用水中HAAs的含量虽低于THMs，但是某些种类HAAs的致癌风险却远高于THMs。有人采用臭氧化—生物活性炭（O3/BAC）深度处理工艺去除水中消毒副产物前质的试验结果表明，该工艺能够有效去除水中消毒副产物前质，可控制氯化消毒副产物的生成。
4、活性炭用于水的脱色处理
采用活性炭纤维（ACF）对海盐苦卤进行吸附脱色实验，探讨了活性炭用量、溶液流速、温度、浓度、pH对脱色率的影响。确定活性炭纤维对苦卤溶液脱色的较佳工艺条件，在此条件下，苦卤脱色率大于98%。吸附后的活性炭纤维加热到120℃并抽真空进行脱附，可循环使用18次以上。采用活性炭吸附法处理染料废水的实验研究表明，在较佳的吸附工艺条件下，酸性品红、碱性品红和活性黑B-133染料废水的脱色率均超过97，出水的色度稀释倍数不大于50倍，COD小于50mg/L，达到国家一级排放标准。有关人员研究了活性炭纤维（ACF） 对水中酸性大红的吸附脱色试验。研究表明，温度为150-200℃，滤速为6mL/min时，浓度为12mg/L的酸性大红脱色率达98%以上。活性炭纤维经20次吸附与解吸实验，吸附脱色性能没有明显降低。
三、结论与展望
活性炭吸附涵盖了水处理的各个领域，但是其处理技术仍不完善，诸如在水的深度处理方面，还不能完全解决水质污染问题，用于水的深度处理还有待进一步的开发和改进。但总的来说，活性炭用于水处理还是非常有效的，再结合其它有效的水处理工艺，与膜、微生物、氧化剂、微波、电化学、TiO2等材料或技术联合使用，可以大大提高活性炭的效率，并能取得较好的处理效果。另外选择较为合理的再生方法，将环保及经济效益于一体进行综合考虑，将会有更广阔的发展空间。