活性炭和净水器
                    顾久传（[email protected]，13585028529）
      活性炭是净水器中最主要、使用最多的吸附材料（其他吸附材料还有：中性大孔树脂、大孔阴树脂、分子筛、硅藻土。。。。。等）。早在二十世纪三十年代，人们就用活性炭从焦化厂的废水中吸附苯酚，因此，活性炭在水处理中的应用已有近八十年的历史。有记载1862年英国采用活性炭净化饮用水。我国现代最早的净水器（上海仙童净水科技有限公司，1986年）也是以活性炭为净水材料的。
      活性炭是由椰壳、果壳等为原料，经过炭化（焖烧炉）、活化（在斯列普活化炉中800℃高温水蒸汽活化）、破碎、筛选、风选、水洗、烘干等工序制得。
一、活性炭的分类
1、根据制活性炭原料的不同，活性炭可分为：
（1）木质炭：又可分为木炭（由木屑为原料制成）、竹炭（由竹为原料制成）、果壳炭（由核桃壳或杏核为原料制成）、椰壳炭（由椰子壳为原料制成）
（2）煤质炭（由无烟煤制成，以宁夏产的质量较好），
（3）骨炭（由动物骨头制成）。
（4）载银活性炭：一般以果壳活性炭为原料，以特殊工艺使之载银，含银量常为0.1～0.3%,它在水中会缓慢释放出银离子(Ag+)，而银离子有杀菌作用，因此载银活性炭除了普通活性炭的吸附功能外，还具有抑制细菌繁殖的功能。净水器一定要用优质的载银活性炭，否则开始时出水中银离子会超标，而使用不长时间就不再有银溶出了。我曾经问过一个活性炭生产厂厂长，你怎么生产载银活性炭的？他说把活性炭洗净，浸泡在硝酸银溶液中，捞出后滤干，再泡入盐酸或盐水中，捞出后滤干、洗净、烘干。我说你这是载的氯化银，氯化银在水中溶解度较大，就会出现前述情况，开始时出水中银离子超标，饮用此水对人体有害；使用不长时间，氯化银全溶解完了，就不再有银离子溶出了，也不再有抑菌作用了。所以这样的载银活性炭肯定不行，建议慎用。
      净水器中常用的是椰壳炭或果壳炭。
2、根据活性炭形态的不同，家用净水器中常用的活性炭可分为：
（1）粉末活性炭（PAC）。粉末活性炭实际上是粒度更细小的颗粒活性炭。由于颗粒细小，比表面积大，它的吸附效果优于常用的颗粒活性炭。德国世保康及美国爱惠浦采用粉末活性炭。
（2）颗粒活性炭（GAC）。这是在净水器中最常用的活性炭。颗粒越小，吸附效果越好，但水的阻力（进出口压差）越大，也容易漏炭，因此净水器制造厂应选择粒度合适的颗粒。在大型水处理设备中，常选用10～24目（Φ2.0～0.8mm），小型家用净水器由于炭柱高度短、流速快、水与活性炭接触时间短，建议选用16～32目（Φ1.3～0.6mm）。
（3）活性炭纤维毡（ACF），按原材料不同，它又有二种：一种是以粘胶基纤维长丝为原料，加工成布，经炭化、活化、高温处理而成；另一种是以聚丙烯腈基纤维为原料，加工成毡，经预氧化、炭化、活化、高温处理而成。平均孔径前者为17～26A，后者为10～20A。
活性炭纤维常制成厚1～5mm厚的毡，它的微孔比颗粒活性炭更多，比表面积更大（1000～1600m2/g），吸附容量更大（高2～6倍），吸附速度更快，而且具有良好的再生性能，脱附速度快，可重复使用。缺点是价格较贵，也易繁殖细菌。
（4）烧结活性炭滤芯（CTO），又称炭棒滤芯、压缩活性炭滤芯。是由颗粒活性炭加入粘结剂（如PE树脂）加温烧结挤压成型，碳芯外层往往还包有白色聚丙烯（PP）无纺布。烧结活性炭滤芯兼有吸附和过滤（平均孔径3～20µｍ）二种功能，但其过滤功能低于PP熔喷滤芯，吸附功能低于颗粒活性炭滤芯。
二、活性炭在净水器中的作用
1、活性炭的净水作用
活性炭可去除水中嗅和味、色度、余氯、胶体、有机物（合成洗涤剂、农药、除草剂、杀虫剂、合成染料、三卤甲烷、卤乙酸、内分泌干扰物如邻苯二甲酸酯PAES等）、重金属（如汞、银、镉、铬、铅、镍等等）、放射性物质等，是净水器中使用最早、最广泛实用的净水材料。不仅一般活性炭净水器，在家用反渗透纯水机，以及多数超滤、陶瓷、KDF、UV等净水器中，都会用到活性炭。
活性炭和KDF都能去除水中余氯，但KDF和氯反应生成锌离子（Zn2+），可能会导致水中锌超标，而用活性炭除氯则没有这类担心。
活性炭在活化过程中形成大量的各种形状的细微孔，构成了巨大的具有吸附作用的表面积，其比表面积为500～1200m2/g，比表面积越大，吸附效果越好。
2、活性炭的负面影响
（1）活性炭吸附了大量的有机物，这些有机物会成为细菌等微生物的营养，细菌会在活性炭的微孔中大量繁殖增生，并可能导致出水中菌落总数超标。
（2）净水器中的活性炭在微生物催化作用下，把水中氨氮转化为亚硝酸盐氮，常出现净水器出水中的亚硝酸盐比进水高出很多倍。亚硝酸盐本身不是致癌物质，但它与水中胺类物质反应生成的亚硝胺是强致癌物质。
（3）在活性炭吸附过滤的出水加溴树脂（溴代聚苯乙烯海因）过滤或UV杀菌是解决水中微生物超标的好方法。艾欧.史密斯（上海）水处理产品有限公司在部份家用反渗透纯水机的后置活性炭滤芯中加上一小段溴树脂，出水即无菌，出口到欧洲诸国很受欢迎。
3、活性炭吸附机理
（1）物理吸附：范德瓦尔力。活性炭通过物理吸附可去除水中的有机物、胶体等等。
孔分类 平均孔径（nm） 孔容积(mg/L) 表面积/总表面积(%) 吸附能力
大孔 ＞100 0.2～0.5 ＜1 提供通道
过渡孔 4～100 0.02～0.1 1～5 吸附大分子有机物
微孔 ＜4 0.15～0.9 ＞95 主要吸附区
（2）化学吸附：化学反应及催化作用。活性炭通过物理吸附可去除水中的余氯、氯胺等等。
       C + Cl2 + H2O -→ CO +2H+ + 2Cl-
       C + ClO- -→ CO + Cl-
       C +2NHCl2 + H2O -→ CO + N2 + 4H+ + 4Cl-
三、如何提高活性炭净水器的净水效果
1、选择质量好的活性炭。净水用活性炭的标准目前有：
（1）GB/T7701.4--1997《净水用煤质颗粒活性炭》
（2）GB/T13803.2--1999《净水用木质活性炭》
（3）DL/T582--2004《火力发电厂水处理用活性炭使用导则》
（4）LY/T1331--1999《净水用载银活性炭》
      国家标准（1）、（2）和林业行业标准（4）测碘吸附值和亚甲基蓝吸附值，主要反映活性炭中微孔的多少；电力行业标准（3）测活性炭对天然水中四种有代表性的有机物（腐殖酸、富里酸、木质素、单宁）的吸附容量和吸附速度，主要反映活性炭中过渡孔的多少。净水器生产厂选择净水器用活性炭时，建议按（3）方法来选择较好的活性炭。
      此外，水份（≤10%，越小越好）、强度（≥95%，越大越好）、粒度（≥95%，家用净水器用颗粒活性炭建议选用16～32目即Φ1.3～0.6mm的粒径）都是必须考核的指标。
2、净水器制造厂应该采购质量好的活性炭，并抽查和检测每批进货的活性炭，以防购进劣质产品。
      现在市场上很多活性炭都掺有回用料，有的甚至于全部是回用料。活性炭生产厂购进用户已使用过并报废的活性炭，再回炉处理一下，有的甚至放露天场院在太阳下晒干后即充新品卖出或掺进新活性炭中，以降低成本和售价。上海疾控中心就曾检测到活性炭滤芯CODMn去除率为零的怪事。
      另外还有水洗，应该用纯水，但成本高，很多活性炭厂没有纯水装置，就用河水、井水甚至用臭水沟中的水去洗炭，这样的活性炭都被污染了。
所以千万不要买太便宜的活性炭使用。活性炭净水器在到达额定总净水量时，其化学耗氧量CODMn去除率和总溶解性有机炭DOC去除率均应≥25%，前者在城镇建设行业标准CJ3023和卫生部《生活饮用水水质处理器卫生安全与功能评价规范--一般水质处理器》（2001）中均有规定，后者在CJ3023中有规定。
3、活性炭发挥净水作用，不论物理吸附还是化学吸附，都需要一定的时间。因此，净水器生产厂要改进活性炭过滤器或活性炭滤芯的设计，尽可能增加水和活性炭的接触时间，接触时间＝炭柱长度/水在炭柱中的流速，增加炭柱长度和活性炭用量，降低水的流速，都能延长水和活性炭接触时间，提高活性炭的净水效果和出水水质。
（1）对大型活性炭水质处理器来说，在机械行业标准JB/T2932-1999《水处理设备 技术条件》中规定，以去除游离氯为目的，水在活性炭过滤器中的流速应≤20m/h，出水水质为残余氯＜0.1mg/L；以去除有机物为目的，水在活性炭过滤器中的流速应≤10m/h，出水水质为CODMn＜2mg O2/L。在大型反渗透装置的预处理中，余氯和有机物都应去除，则取流速为10 m/h，如以活性炭滤层高1m计算，那么水和活性炭的接触时间为0.1h，即6分钟。
（2）对家用活性炭净水器来说，很难做到有这么长的接触时间。在城镇建设行业标准CJ3023-1993《活性炭净水器》中，没有给出接触时间或水流速等具体数据，但其5.2.1规定，活性炭过滤器过滤柱的有效高度与直径之比采用2～6为宜，实际上也是增加炭柱高度，延长水和活性炭接触时间，防止水不与炭接触而穿透。有些净水器，采用多级活性炭滤芯，也是这个作用。总之，活性炭与水接触时间越长，吸附效果越好。
4、活性炭净水器使用说明书，应告诫用户，开启净水器后，要放掉一部份水，把净水器滤筒、管道中的积水排放掉，然后再接取新鲜过滤水使用。否则，经长时间浸泡，活性炭中细菌会大量繁殖超标，亚硝酸盐也可能增多，因此一定要把净水器中的残积水先放掉。
5、活性炭净水器使用说明书，应告诫用户，活性炭要勤换，一般半年就要更换。特别是南方以地面水为水源的自来水，水中胶体物质多、有机物含量高，更要及时更换净水器中的活性炭滤芯。活性炭吸附有机物饱和后，非但不能再起到吸附和净水作用，反而会释放出有害物质，使净水器成为"污水器"。