摘要：介绍了粒状活性炭在饮用水处理中的应用、所起的作用以及活性炭工艺对原水的处理效果，同时也对活性炭的再生进行了论述。实践证明，活性炭工艺在饮用水的深度处理过程中起了重要的作用。
活性炭对水中有机污染物具有优良的吸附作用，能有效除色，除味，去除水中微量有机氯及其产生的异嗅味。20世纪20年代初，国外就开始用粉状活性炭去除水中的嗅和味，我国在20世纪60年代末期开始利用活性炭去除受污染水源水的嗅和味。北京市自来水公司在20世纪80年代初开始研究用粒状活性炭处理地面水的色度和嗅味，首先在田村山水厂进行了炭吸附试验，目前第九水厂、田村山水厂、城子水厂等的处理工艺中都采用了粒状活性炭，提高了净水效率，出厂水水质优良。
1 活性炭池的使用方式
① 用粒状活性炭替换部分砂滤料，成为炭砂双层滤料滤池。采用这种方式，净化效果要优于单层砂滤池，还可以减少反冲次数，降低反冲强度，但换炭比较困难，一般只作为应急措施。瑞士某水厂有12个活性炭吸附池，其下层是0.5m的石英砂，上层为1.2m的活性炭，产水量为4000×104m3/a。
② 用粒状活性炭替换全部砂层，即活性炭吸附兼过滤。法国的南希市水厂采用这种方式，炭层厚1.5m，主要用于去除水中的嗅味，处理能力为10×104m3/d。
③ 在砂滤池后建立独立的活性炭吸附池，进水经砂滤后，再经炭吸附池。这种方式能有效利用活性炭的吸附性能,，特别是在原水含铁、锰时效果更为明显。目前美国、荷兰有不少水厂采用这种方式。
2 第九水厂现有工艺对原水的处理效果
北京市第九水厂一期工艺流程见图1。
水厂现有炭池72座，单池面积96m2，炭层1.5m，产水量为150×104m3/d。以密云水库水为水源，其特点是水质良好，含颗粒物较少，浊度通常在 5NIU以下，色度在5~15度，水温在2~18℃，属低温、低浊、低色的水库水，含少量有机物和藻类。由于采用氯消毒，几乎所有水生天然有机物都可能在消毒过程中被氯化生成氯化烃类物质，其中主要是三氯甲烷化合物。若水中有酚类存在时，还能产生氯酚，另外还会产生卤乙酸（HAAs）、卤乙氰等卤代有机物，它们比原物质具有更大的毒性。活性炭能有效地去除水中的这些有害物质（见表1）。
表1 活性炭对三卤甲烷、卤乙酸的去除效果
| 使用时间/月 | 三卤甲烷 | 卤乙酸 | ||||
| 炭前/（μg·L-1） | 炭后/（μg·L-1） | 去除率/% | 炭前/（μg·L-1） | 炭后/（μg·L-1） | 去除率/% | |
| 2 | 18.4 | 11.5 | 37.5 | 9.8 | 2.5 | 74.5 |
| 10 | 38.7 | 32.6 | 15.8 | 23.6 | 8.3 | 64.8 |
| 24 | 39.3 | 35.6 | 9.4 | 24.3 | 10.9 | 55.1 |
| 29 | 41.2 | 36.3 | 11.9 | 18.9 | 11.1 | 41.3 |
可以看出，刚使用时，活性炭对三卤甲烷的去除率为37.5%，对卤乙酸的去除率为74.5%。随着活性炭使用时间的延长，去除率有所下降。另外，也可以看出活性炭对卤乙酸的去除效果比三卤甲烷好。水厂各工艺对原水的处理效果见表2。
表2 第九水厂各工艺对原水的处理效果
| 检测项目 | 密云水库 | 进厂水 | 澄清池出水 | 煤砂滤池出水 | 活性炭滤池出水 |
| 浊度/NTU | 5.0 | 5.0 | 0.38 | 0.18 | 0.16 |
| 色度/度 | 15 | 60 | 10 | ＜5 | ＜5 |
| 嗅味 | 土腥味二级 | 土腥味二级 | 土腥味二级 | 土腥味一级 | 土腥味一级 |
| 氨氮（以N计）/(mg·L-1） | 0.28 | 0.06 | 0.02 | ＜0.02 | ＜0.02 |
| 亚硝酸氮（以N计）/（mg·L-1） | 0.017 | 0.010 | 0.003 | 0.003 | ＜0.001 |
| 高锰酸钾指数（以O计）/（mg·L-1） | 2.01 | 2.01 | 1.29 | 1.24 | 0.92 |
| 藻类/（万个°L-1） | 814.0 | 331.5 | 17.6 | 4.1 | 1.2 |
可以看出，由于原水水质良好，活性炭对浊度、氨氮的去除效果不是很明显，浊度在澄清池去除达90%以上，氨氮在煤滤池已达到标准。活性炭滤池对嗅味的去除十分有效，出水无嗅无味。炭滤池出水高锰酸钾指数由进厂水的2.01mg/L下降至0.92mg/L，去除率为20%以上。经活性炭处理后对藻类的去除率在70%以上。
3 活性炭的再生
3.1 活性炭的吸附作用
活性炭的吸附一般分两个阶段。使用初期，由于存在大量的吸附位点，水中所有可吸附性的有机物均可被活性炭吸附，吸附作用明显；随着运行时间的延长，活性炭上的吸附位点减少，对有机物的吸附作用减弱，生物降解和转化作用增强。2003年活性炭碘值和亚甲蓝值的变化见图2、图3可以看出，随着使用时间的延长，活性炭技术指标不断下降到一定程度将会影响处理效果，这从对TOC及CODMn的去除率可以看出(见图4)。
从表1和图4可以看出，随着运行时间的延长，活性炭对三卤甲烷、卤乙酸、T0C及CODMn的去除效果逐渐下降。通过测定，活性炭的碘值、亚甲蓝值已达不到要求，应考虑活性炭的再生。
3.2 活性炭的再生
日本采用活性炭池的水厂，一般均设有再生炉。目前第九水厂主要利用碘值和亚甲蓝值作为判断炭吸附终点的指标，如果碘值≤600mg/g，亚甲蓝值≤85mg/g对水的处理效果将有影响。该厂要求新炭的碘值≥850mg/g亚甲蓝值≥130mg/g，要求再生炭碘值≥750mg/g，亚甲蓝值≥100mg/g。
3.3 新炭、活性炭再生前后的碘值、亚甲蓝值
表3是2003年5月对新炭、活性炭再生前后的碘值、亚甲蓝值的检测结果。
表3 活性炭再生前后的碘值、亚甲蓝值
| 项目 | 碘值/（mg·g-1） | 亚甲蓝值/（mg·g-1） |
| 新炭 | 970.1 | 146 |
| 再生前 | 552.7 | 84.6 |
| 再生后 | 761.2 | 120 |
试验证明，经过再生后，碘值、亚甲蓝值可以提高，且与活性炭再生前相比，耗氧量降低0.70~1.00mg/L，嗅味去除1~2级，藻类去除率也有所提高。
4 结语
① 活性炭深度处理工艺使水中的有机物含量、生物毒性降低，并且易于管理，可以保证出厂水的质量。
② 活性炭在使用过程中要定期进行监测,及时更换，一般换炭周期为两年。另外，通过对炭池出水的高锰酸钾指数或TOC的检测，若去除率降低也可考虑换炭。
③ 为提高饮用水的安全性，建议推广使用活性炭滤池，其运行方便灵活，费用低廉，为出厂水满足日益严格的水质标准起到了积极的作用，且具有广泛的社会效益。
④ 活性炭作为一种优良的吸附剂，广泛应用在各个领域，随着科学技术的发展，它的作用还将得到更好的发挥。