盤點不同類煤質活性炭在凈水應用中的優劣勢
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水處理領域是活性炭大的消費市場, 水處理用活性炭需求量約占全年總需求量的1/3。煤基活性炭在飲用水深度凈化領域使用較多, 包括原煤破碎顆粒炭、柱狀活性炭、粉狀活性炭及壓塊破碎顆粒炭。
凈化水用煤質活性炭種類
1、原煤破碎顆粒活性炭
20世紀90年代，廠家利用塊煤破碎—炭化—活化—破碎篩分工藝制成原煤破碎顆粒活性炭，并應用于部分地區自來水廠的凈化水工藝中。
原煤破碎顆粒活性炭屬于不定形顆粒活性炭產品，應用于飲用水深度凈化處理，滿足一定的粒徑范圍即可，粒度通常為8×30目或12×40目。
原煤破碎炭具有工藝簡單，成本較低等優點。但是原煤破碎炭具有強度下降快、再生得率較低、漂浮率高、孔結構及表面特性不易控制的缺點，加之煤炭綜采的普遍應用，塊狀侏羅紀煙煤產量大幅度下降，導致優質原煤破碎顆粒活性炭產量越來越少。因此，市政自來水廠采用原煤破碎顆粒活性炭作為凈化材料已經不再是主流。
2、煤質柱狀活性炭
20世紀80年代，通過煤質柱狀顆粒活性炭在氣相吸附領域的應用經驗，研發出用于液相吸附的1.5 mm煤質柱狀顆粒活性炭，并應用于北京及周邊主要自來水廠的臭氧活性炭深度處理工藝中。
2000年左右，臭氧活性炭深度處理技術開始在沿海地區城市凈水廠普及，相關活性炭廠家及自來水廠針對已有1.5 mm煤質柱狀顆粒活性炭進行進一步改進，開發出柱狀破碎炭，通過將柱狀顆粒活性炭碾壓至粒度更小的不定形顆粒，有效提升柱狀活性炭的表面掛膜能力、吸附性能及過濾性能，取得了良好的應用效果。
煤質柱狀活性炭具有良好的吸附性能及再生性能，并且強度也能符合凈水處理要求。但是由于柱狀顆粒活性炭作為定形活性炭其表面光滑，生物掛膜能力有限，且加工過程中需要添加焦油/瀝青等粘結劑，使制造成本增加。況且在使用過程中添加劑可能會帶來一些有害物質，易對市政自來水廠凈化水產品造成不良影響，因此柱狀顆粒活性炭在凈水應用方面也愈發凸顯出局限性。
3、煤質粉狀活性炭
煤質粉狀活性炭是在煤質顆粒活性炭生產過程中的副產品，是以篩下活性炭顆粒通過磨粉制成，其售價通常較低。
粉狀活性炭的優勢是設備成本低、吸附速率快、投加起效快、能夠應對突發或短期水質突變，且價格低廉。但是，粉狀活性炭受其物理特性限制，只能一次性使用，幾乎無法再生，使用后會產生固體污染物，處置成本較高，并且用于水處理及反沖洗過程中易出現炭損失。因此粉狀活性炭一般應用于短期季節性水處理較多，較少用于長期運行的深度凈化處理中。
4、煤質壓塊破碎顆粒活性炭
煤質壓塊破碎顆粒活性炭是在原煤破碎顆粒活性炭和柱狀顆粒活性炭研究、生產及應用的基礎上，進一步提高活性炭水深度凈化處理性能的產品。壓塊破碎炭是通過優質弱黏煤、煙煤等原料煤進行配煤、磨粉后利用煤自身的黏結性壓塊，再進行炭化活化加工，**后按照需求進行破碎制成的活性炭產品。
與柱狀顆粒活性炭相比，壓塊破碎顆粒活性炭是利用原料煤的自黏結性壓塊成型，不需添加粘結劑，且反應活性高，易于發育出微孔和中孔，目前國內只有大同地區和新疆地區的弱黏結性侏羅紀煙煤適合作為壓塊破碎顆粒活性炭的原料。
與原煤顆粒活性炭相比，壓塊破碎顆粒活性炭可以通過配煤生產，便于調節活性炭產品的孔結構和強度，有利于活性炭的凈化應用。
壓塊活性炭產品的漂浮率較低、強度高，比較適用于液相處理，并且壓塊活性炭產品質量穩定可控、工藝較為成熟具有良好的吸附性能、再生性能以及較低的生產成本，已經成為目前市政自來水廠深度凈化處理工藝的**佳選擇。
凈化水用煤質顆粒活性炭相關標準
國內水處理用煤質活性炭現行標準主要為國家標準GB/T 7701.2—2008《凈化水用煤質顆粒活性炭》及行業標準CJ/T 345—2010《生活飲用水凈水廠用煤質活性炭》。
GB/T 7701.2—2008要求水處理用顆粒活性炭技術指標包括漂浮率、裝填密度、亞甲藍吸附值(亞甲藍值)、碘吸附值(碘值)、粒度、強度、水分、苯酚吸附值、水溶物及pH等10項指標;
CJ/T 345—2010要求水處理用顆粒活性炭技術指標除GB/T 7701—2008要求的9項外(無苯酚吸附值指標)，還包括孔容積、比表面積、酚值、二甲基異莰醇吸附值、有效粒徑、均勻系數、鋅、砷、鎘、鉛含量等額外10項指標。要求的10項指標與CJ/T 345—2010關于pH、水分、水溶物、裝填密度、粒度等5項指標的要求一致，pH要求處于6~10之間，水分要求不大于5%，水溶物含量要求不大于0.4%，裝填密度要求不小于380 g/L。
不同的指標對比如下表1所示。由表1可以看出，CJ/T 345-2010對于煤質顆粒活性炭吸附相關的主要性能要求更高。
表 1 水處理煤質顆粒活性炭
國家標準與行業標準指標差異值對照
此外，CJ/T 345—2010要求孔容積不小于0.65 mL/g，比表面積不小于950 m2/g，酚值不大于25 mg/L，有效粒徑處于0.35~1.5 mm，均勻系數不大于2.1，鋅、砷、鎘、鉛的質量分數分別小于500μg/g、2μg/g、1μg/g、10μg/g。在2019年住建部發布的相關行業標準《生活飲用水凈水廠用煤質活性炭(征求意見稿)》中，增加了關于汞指標的限定，要求汞質量分數小于1μg/g。
綜上所述，行業標準CJ/T 345—2010不僅對活性炭主要吸附能力提出要求，還對活性炭中易產生污染的重金屬成分做出限制，對顆粒活性炭生產原料及工藝的要求更加嚴格。
