煤质活性炭在水处理及烟气净化方面的应用

摘要：目前，煤质活性炭已经发展成为活性炭的主要品种，在国内环保压力下，活性炭在水净化领域与烟气尾气处理方面，其使用量与日俱增，本文简要论述了煤质活性炭在水处理及烟气净化方面的应用和发展。

0 引言

煤质活性炭的应用广泛，有原料供应稳定，价格低廉等优点，目前煤质活性炭已经作为活性炭的主要品种，主要应用方向为水处理及烟气处理上，煤质活性炭在水处理方面近几年表现为：煤质压块破碎颗粒活性炭的产量逐渐增加。在烟气处理方面：脱硫脱销活性炭作为一个新贵，用量急剧扩大。

随着国家对环保越来越严格的要求，活性炭在水处理、大气防护的需求方面越来越重要，其需求量也在与日俱增。

1 煤质活性炭在水处理方面的应用

以碳元素为基础的煤质活性炭，是一种多孔性吸附材料，优点在于：发达的空隙结构、巨大的比表面积和强的吸附能力。在提高净水效果和改善水质的各种饮用水深度处理技术中，成为弥补常规净水工艺存在的问题和有效去除水中微量有机物微生物成熟的方法之一。

我国活性炭用量近年来逐年递增，而煤质活性炭在水处理及烟气处理的作用愈发突出。2018年煤质活性炭的用量剧增，煤质活性炭的水处理用量在2018年占到活性炭总用量的50%左右。

水处理方面，颗粒活性炭与粉状活性炭的用量很大。国外较早使用粉状活性炭去除水中臭味，在自来水厂使用颗粒活性炭作为深度滤池。

目前，国外使用煤基活性炭对饮用水进行净化的水厂多达几千家。如美国的丘吉威林水厂、萨默赛物水厂、加利福尼亚水厂和新英格兰曼彻斯特市水厂等在饮用水处理工艺中加入颗粒活性炭，用于吸附水中的微量有机微生物和消除水中的臭和味。日本的渡利水厂和柏井净水厂利用活性炭吸附池除味及有机物。还有法国的巴黎阿那纳水厂和梅利水厂利用颗粒活性炭吸附自来水中的氯和有机物。

在水处理方面，使用活性炭已经被广泛推广，我国活性炭污水处理工艺不断进步，市政污水处理方面已有很多水厂成功使用煤制活性炭作为滤料进行深度处理，如固安污水处理厂、伊春水处理厂、石家庄供水公司等等。作为我国使用活性炭水厂的代表，于1985年运行的北京田村山水厂，采用颗粒活性炭滤池，经过常规处理后的原水，再通过臭氧活性炭滤池工艺进行深度净化，当年使用的活性炭为1.5mm的煤制柱状活性炭，以活性炭滤池作为吸附床的方法使用效果明显。事实证明，煤制活性炭在深度水处理中能解决掉大量水溶有机污染物、氨氮及臭味。相对于普通混凝、澄清及过滤工艺有明显效果。

近几年，国家水质标准提高，水厂新建项目逐渐增多，新建或者技术改造的多数市政供水厂，由于水质要求高，水处理工艺采用O₃-BAC工艺，导致活性炭需求量较大。例如：日处理水量为10万m³的水厂，工艺改进后需要增设O₃-BAC工艺滤池，滤池内颗粒活性炭的初装量至少需要400m³。作为装填滤料常用的的颗粒活性炭，经过国内活性炭生产与使用厂家长期验证，证明使用8~30目（0.6~2.3mm）或12~40目（0.42~1.4mm）颗粒活性炭（GAC）或1.5 mm的柱状活性炭（CAC）效果较佳，活性炭技术指标为：新国标碘值≥950 mg/g，漂浮≤1%，亚甲蓝值≥180mg/g，灰分≤12%。

在山西地区，前几年用于水处理需求量较大为原煤破碎活性炭和煤质压块破碎活性炭，但近年来由于原料短缺、技术指标要求严格，原煤破碎活性炭在灰分及漂浮指标上完全不符合大型水厂招标技术要求，而符合上述技术指标的活性炭为压块破碎颗粒活性炭。现在，多数水厂采用活性炭为压块破碎颗粒活性炭，在水处理方面压块破碎颗粒活性炭有其自身的优点。

相比于宁夏柱状活性炭，压块颗粒活性炭的产品优越性明显，它的生产原料为煤粉，生产中是通过一定比例的煤粉压制而成，不添加污染性大的化工产品，如焦油等对身体有害的介质。再考虑到其生产原料普遍、存量大，其生产成本相对较低，客户需求大、后续加工方便等优势。再加上实际应用中它的漂浮率低于原煤破碎活性炭，所以近几年我国用于水处理领域主要的活性炭为煤质压块破碎活性炭。

使用效果表明，压块破碎颗粒活性炭在水体中与生物的协同净化效果更优异，它的表面更为粗糙，微生物更易于附着、生长。所以比宁夏柱状活性炭更适合作为深度水净化的反应床，净水效果上面占优势。同时，使用合适比例煤粉生产的活性炭，在孔径分布、孔容积的调节能力更优于柱状活性炭，使得在水处理中微生物更容易挂床。

2 煤质活性炭在烟气处理方面的应用

煤质活性炭使用在烟气处理，主要应用于燃煤电厂、钢铁烧结机、玻璃熔炼等行业，主要任务是脱除烟气尾气中的SO₂和氮氧化物。此种活性炭又被称为脱硫脱硝活性炭或者大颗粒活性焦。

柱状脱硫脱硝活性炭是具有高强度，高燃点、透气性好、高吸附性能的新型活性炭，并可多次循环使用。专门用于燃煤锅炉、炼钢厂、火力发电厂等大型企业的燃煤尾气脱硫脱硝处理，不仅脱硫、脱硝效率高，而且可以部分脱除有机污染物、重金属和粉尘。脱硫脱硝活性炭脱硫过程没有水污染，不产生其他固体废物，脱除的SO₂气体可加工成多种产品，添补了国内需求空白。在钢铁等重工业企业烧结机尾气处理多采用脱硫脱销活性炭烟气净化装置，此品种活性炭有较高的机械强度及磨损强度，活性炭外观常用9mm直径的柱状活性炭。目前国内生产企业分布在山西大同、内蒙、及宁夏银川周边地区。产量大的国有企业有大同煤业金鼎活性炭有限公司，此品种设计产能为4万t/a。

脱硫脱销活性炭的使用可以处理掉烟气中多种污染物，并且脱硫脱硝活性炭处理尾气过程中耗水少，副产物有硫酸产品，处理后烟气排放低于目前国内排放标准，并且活性炭联合脱硫脱硝工艺深度处理工业尾气，对于二嗯英、氯化物等多种污染物的去除效果明显，在钢铁行业中无需对烟气再加热，可直接经过脱硫脱硝活性炭料层进行脱硫脱硝。故此品种炭被广泛认可。

目前国内脱硫脱硝活性炭使用量较大的行业为钢铁企业，据统计，2018年全国的脱硫脱硝活性炭产量为17万吨左右，需求量保守估计20多万吨，所以在2018年此品种活性炭一直处于供不应求的状态。

以下为笔者于太原钢铁集团炼铁厂第三烧结炉采取数据，三烧活性炭使用大同煤业金鼎活性炭有限公司生产的脱硫脱硝活性炭，处理后的尾气排放数据，如表1所示。

表1

这两年由于环保要求，钢铁企业尾气处理基本都要求上马脱硫脱硝活性炭尾气处理设备。2018年设备的更新换代，直接导致今年的脱硫脱硝活性炭市场处于井喷状态，环保要求的提高，脱硝效率的进一步降低要求增加设备量，这样脱硫脱硝活性炭的需求还会进一步刺激增加。此行情预计到19年年中供求关系缓和。

3 结语

环境保护压力下，我国活性炭产业开始进入快速发展阶段，用户的增多，以及行业内部的竞争，有益于活性炭产业的长足发展。在以后的发展中会缓慢缩短与发达国家的行业差距，在产品种类及质量上，我们要立足未来，做好做优，增强中国活性炭产品在国际市场上的竞争力。