提要：概括介绍了国内外活性炭水处理的发展和应用情况、活性炭深度处理的机理及处理效果。针对当前水源有机污染现状和发展趋势，论述了采用活性炭进行饮用水深度处理的必要性，给出了颗粒活性炭吸附池设计的参数及要求。
1 活性炭在国内外饮用水深度处理中的应用
1.1 国外活性炭水处理发展概要
由于活性炭对水中微量有机污染物具有优良的吸附特性，早在20世纪20年代末30年代初国外就开始用粉状活性炭去除水中的臭和味，1930年第一个使用颗粒活性炭吸附池除臭的水厂建于美国费城。在60年代末70年代初，由于煤质颗粒炭的大生产和再生设备的问世，发达国家开展了利用活性炭吸附去除水中微量有机物的研究工作，对饮用水进行深度处理。颗粒活性炭净化装置在美国、欧洲、日本等国陆续建成投产。国以地面水为水源的水厂已有90%以上采用了活性炭吸附工艺。目前世界上有成百座用颗粒炭吸附的水厂正在运行。
国外目前在给水处理中常用的是降流式活性炭吸附池，据报道较大单池面积达180m2，单层炭层厚度为0.7~2.5m，空床接触时间6~20min，大多数采用压缩空气和水联合冲洗。
活性炭的使用方式有三种：
① 用颗粒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比单层好，可以减少反冲洗次数，降低反冲洗强度。目前在瑞士、日本、美国等都有采用。由于仅用活性炭替换部分砂层，可以迅速投产使用。但是这种方式换炭较困难一般只作为应急措施采用。
瑞士的苏黎世某水厂，有12个活性炭吸附池，每个池子面积为44m2，其池内下层有粒径为0.7~1.0mm的石英砂0.5m厚。上层为匹兹堡F400炭层1.2m厚，全年产水量4000万m3。厂内设有再生炉。
②用颗粒炭替换全部砂层，即活性炭吸附兼过滤。目前法国、美国、瑞典等国的水厂采用这种方式的活性炭吸附池也很多。
法国南希市水厂，处理能力10万m3/d，采用0.9~1.0mm的颗粒活性炭代替砂炭层厚1.5m，主要用于去除水中的臭和味。美国西弗吉尼亚洲尼特罗水厂，处理能力2.66万m3/d，采用单池面积72.3m2的颗粒活性炭吸附池2个，炭层厚1.5m，流速9~10m/h，在氯仿抽提物浓度较高时（约1000μg/L），去除率可达84%~89%。
③在砂滤之后建独立的活性炭吸附池。先经砂滤、再经炭吸附池，可以延长活性炭对去除杀虫剂、酚有机物产生的臭与味的使用周期，有效地利用活性炭的吸附性能。特别是在原水中含铁和锰时效果更为明显。目前美国荷兰、日本有不少水厂采用这种形式。
当水源受到生活水污染时,，水中有机物及氨浓度增加采用折点加氯法可能使出水中形成显著的氯氦味，用颗粒活性炭可以有效地去除氯氨味。
法国的一些水厂在混凝沉淀之前进行折点加氯。采用颗粒活性炭吸附池，既可除臭、除味和有机物，又可利用活性炭表面的微生物除氨，可以减少在水处理过程中形成新的有机氯化物。
采用颗粒活性炭吸附池处理水时，一定要考虑失效炭的再生。从美国许多活性炭净化水厂的运转经验可知，颗粒活性炭吸附床的一次使用寿命一般为2~3年，有的更长些。由于在水厂内建造再生炉，基建费用较高，利用率低，在经济上不合算，因此活性炭再生由制造厂出租给水厂使用。日本采用颗粒活性炭吸附池的水厂，一般均设有再生炉。
国外颗粒活性炭的应用情况见表1。
表1 国外颗粒活性炭应用情况
| 水厂名称 | 处理量/m3/d | 处理工艺流程 | 活性炭吸附池的个数与参数 | 再生装置情况 | 活性炭作用 |
| 美国/新英格兰曼彻斯特市水厂 | 114000 | 高速混合、混凝沉淀、砂滤、活性炭吸附池 | 4池：4.9m×16.8m×2；炭层1.2m | 除味及有机物 | |
| 美国/丘吉威林水厂 | 9120 | 澄清反应池、快滤池、活性炭吸附池 | 12池 | 水厂内设有再生炉（2-3t/d） | 除味及有机物 |
| 日本/柏井净水厂 | 750000 | 流化床活性炭吸附装置 | 8池 | 设流化床再生炉 | 除味及有机物 |
| 苏联/秋明市水厂 | 混凝沉淀、双层滤料滤池、活性炭吸附池 | 炭层厚1.2m | 除味及有机物 | ||
| 法国/梅利水厂 | 100000 | 预氯化、混凝沉淀、颗粒活性炭吸附、臭氧消毒、后氯化 | 6池；接触时间15min | 再生周期12个月 | 除味、氯及有机物 |
| 法国/巴黎阿那纳水厂 | 25000 | 混凝沉淀、活性炭吸附、臭氧氧化、后氧化 | 2池；接触时间13min | 36个月再生一次 | 除味及有机物 |
| 美国/萨默塞物某水厂 | 190000 | 砂滤后活性炭二次吸附 | 除色、臭、味 | ||
| 日本/渡利水厂 | 59000 | 混凝、沉淀、砂滤、炭吸附 | 空间流速15m/h；炭层2.5m | 嗅阈值20降至0-3 | |
| 美国/辛辛那提市加利福尼亚水厂 | 620000 | 12池；9.1m×19.8m；炭层3.5m；接触时间15min | 2个流化床再生炉，再生能力每个炉22700kg/d | 去除水中有机污染物 |
1.2国内活性炭水处理的应用
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中的臭和味。1967年沈阳自来水公司用活性炭吸附去除由于工业废水污染引起的地下水的臭味，取得了较好的效果。白银地区把活性炭用于给水处理，规模为3万m3/d，由兰州市政工程设计院设计，于1975年9月建成投产。该工程以黄河为水源，位于兰州下游100km处，水源处于白银地区的矿山、冶金、化工企业废水排放口下游500m处，水源污染严重，石油汞、酚、硝基化合物等方面都超过了国家规定的卫生标准，这套活性炭装置投产后水质大有改善。
为了去除水库水源的色、臭、味，80年代初北京市市政工程设计院在北京市第一座带有深度处理的地面水水厂——田村山水厂进行了炭吸附试验，而后又在城子水厂进行输炭试验及试验参数验证试验。以验证参数为依据先后在北京建成规模为17万m3/d的田村水厂炭吸附池，规模为50万m3/d的北京市第九水厂一期工程炭吸附池，规模为4.32万m3/d的城子水厂升流式炭吸附池和规模为5万m3/d的长辛店水厂炭吸附池，规模为100万m3/d的九厂二期、三期工程炭吸附池。实践证明炭吸附对去除微污染原水中有机物质、有毒物质是有效的，与其它处理方法相比，工艺比较简单，易上马，经济可靠。在常规处理不能满足饮用水水质标准时，需要通过对深度处理工艺方案进行技术经济比较，确定是否采用活性炭吸附工艺，并针对原水水质做现场炭柱试验，确定所采用的设计参数。1996年10月，北京市政设计院编制了院定标准《活性炭水处理技术规定》，现正编制颗粒活性炭吸附池水处理设计规范。
国内活性炭使用的规模、性能见表2。
表2 国内用于水处理的颗粒活性炭的性能及规格
| 厂名性能 | 山西太原新华厂（8#炭） | 北京光华厂GH-16炭 | 宁夏华辉PAC616 | 宁夏核工217活性炭厂H-15 |
| 原料与形状 | 煤质、柱状 | 杏核、无定形 | 无烟煤、无定形 | -- |
| 粒径/mm | 1.5 | -- | -- | 1.5 |
| 粒度/筛目 | 10-20 | 10-28 | -- | -- |
| 充填密度g/L | 450-530 | 340-440 | 380-450 | ~530 |
| 真密度g/L | 2.2 | 2.0 | -- | -- |
| 比表面积m3/g | 900 | 1000 | 1000-1100 | -- |
| 总孔容积mL/g | 0.8 | 0.9 | -- | -- |
| 机械强度% | ＞75 | ≥90 | 90 | 90 |
| 水分% | ＜10 | ＜10 | -- | -- |
| 灰分% | ＜30 | ＜4 | ＜12 | ≤12 |
| 碘值mg/g | ≥800 | ≥1000 | ≥950 | ≥900 |
| 亚甲蓝值mg/g | -- | -- | ≥150 | ≥150 |
国内失效炭再生方面，在白银地区饮用水深度处理工程中采用直接电流加热再生炉构造简单操作方便、体积小、热效率高，对于大型水厂的炭再生，因再生设施的基本建设费用高用水、燃料耗电的经常费用也高，1t炭在厂内自己再生比到厂外再生费用高，经济上不合算，目前多数到再生专业厂再生。国内活性炭的应用情况见表3。
表3 国内颗粒活性炭应用情况
| 水厂名称 | 投产车 | 处理量/m3/d | 处理工艺流程 | 活性炭滤池的个数与参数 | 再生装置情况 | 活性炭的作用 |
| 白银有色金属公司动力厂水厂 | 1975 | 30000 | 砂滤池、活性炭吸附塔 | 6个吸附塔、直径4.5m，高7.5m，1kg炭处理11-14m3水 | 直接电流法再生 | 除味及有机物 |
| 北京城子水厂 | 1986，1990 | 50000 | 混合、机械加速澄清池砂滤池、升流式炭吸附池 | 6池，单池面积32m2，炭层1.5m | 无再生装置 | 除臭、除味及有机物 |
| 北京田村出水厂 | 1985 | 170000 | 预臭氯、常规处理、活性炭吸附池 | 24池，单池面积33m2，炭层1.5m | 无再生装置 | 除味及有机物 |
| 北京第九厂（1）期 | 1987 | 500000 | 混合、机械加速澄清池、双层滤料过滤、炭吸附池 | 24池，单池面积96m2，炭层1.5m | 无再生装置 | 除臭、除味及有机物 |
| 北京第九水厂（2-3期） | 1998，1999 | 1000000 | 快速混合，水力絮凝、侧向流波形斜板沉淀池、均质煤滤池、炭吸附池 | 48池，单池面积97m2，炭层1.5m | 无再生装置 | 除臭、除味及有机物 |
2 活性炭深度水处理机理及处理效果
活性炭是水处理中常用的一种吸附剂。在制造活性炭的活化阶段，炭粒晶格间生成的空隙形成了各种形状和大小不同的细孔其中大孔孔隙半径100~10000nm，中孔孔隙半径为2~100nm，小孔孔隙半径＜2nm，大、中、小孔孔壁的总面积就是活性炭的总表面积，活性炭的强吸附性能主要就发生在这些孔的表面上。活性炭的吸附量除与表面积有关外，还与细孔的形状、分布及表面的化学性质有关。一般情况，用于水处理的活性炭应具有适当比例的孔以去除水中分子量（或分子直径）较大的吸附质。活性炭表面具有微弱的极性，不仅可以去除水中的非极性吸附质还可以去除极性吸附质，甚至某些微量的金属离子及其化合物。
天然水源所受到的污染，严重时造成水源的富营养化藻类的大量繁殖，使水源带有色、臭、味。活 性炭吸附是除色、臭、味有效的方法之一。
此外，活性炭用于由铁、锰及植物分解产物或由于有机污染而使水体带有的颜色的去除也是十分有效的。此外，用活性炭去除水中微量有机氯及其产生的异臭味也是较为有效的方法之一。