盘点不同类煤质活性炭在净水应用中的优劣势

    水处理领域是活性炭最大的消费市场, 水处理用活性炭需求量约占全年总需求量的1/3。煤基活性炭在饮用水深度净化领域使用较多, 包括原煤破碎颗粒炭、柱状活性炭、粉状活性炭及压块破碎颗粒炭。

      净化水用煤质活性炭种类

　　1 原煤破碎颗粒活性炭

　　20世纪90年代，厂家利用山西大同地区块状优质侏罗纪烟煤，通过块煤破碎—炭化—活化—破碎筛分工艺制成原煤破碎颗粒活性炭，并应用于部分地区自来水厂的净化水工艺中。

　　原煤破碎颗粒活性炭属于不定形颗粒活性炭产品，应用于饮用水深度净化处理，满足一定的粒径范围即可，粒度通常为8×30目或12×40目。

　　原煤破碎炭具有工艺简单，成本较低等优点。但是原煤破碎炭具有强度下降快、再生得率较低、漂浮率高、孔结构及表面特性不易控制的缺点，加之煤炭综采的普遍应用，块状侏罗纪烟煤产量大幅度下降，导致优质原煤破碎颗粒活性炭产量越来越少。因此，市政自来水厂采用原煤破碎颗粒活性炭作为净化材料已经不再是主流。

　　2 煤质柱状活性炭

　　20世纪80年代，通过煤质柱状颗粒活性炭在气相吸附领域的应用经验，研发出用于液相吸附的1.5 mm煤质柱状颗粒活性炭，并应用于北京及周边主要自来水厂的臭氧活性炭深度处理工艺中。

　　2000年左右，臭氧活性炭深度处理技术开始在沿海地区城市净水厂普及，相关活性炭厂家及自来水厂针对已有1.5 mm煤质柱状颗粒活性炭进行进一步改进，开发出柱状破碎炭，通过将柱状颗粒活性炭碾压至粒度更小的不定形颗粒，有效提升柱状活性炭的表面挂膜能力、吸附性能及过滤性能，取得了良好的应用效果。

　　煤质柱状活性炭具有良好的吸附性能及再生性能，并且强度也能符合净水处理要求。但是由于柱状颗粒活性炭作为定形活性炭其表面光滑，生物挂膜能力有限，且加工过程中需要添加焦油/沥青等粘结剂，使制造成本增加。况且在使用过程中添加剂可能会带来一些有害物质，易对市政自来水厂净化水产品造成不良影响，因此柱状颗粒活性炭在净水应用方面也愈发凸显出局限性。

　　3 煤质粉状活性炭

　　煤质粉状活性炭是在煤质颗粒活性炭生产过程中的副产品，是以筛下活性炭颗粒通过磨粉制成，其售价通常较低。

　　粉状活性炭的优势是设备成本低、吸附速率快、投加起效快、能够应对突发或短期水质突变，且价格低廉。但是，粉状活性炭受其物理特性限制，只能一次性使用，几乎无法再生，使用后会产生固体污染物，处置成本较高，并且用于水处理及反冲洗过程中易出现炭损失。因此粉状活性炭一般应用于短期季节性水处理较多，较少用于长期运行的深度净化处理中。

　　4 煤质压块破碎颗粒活性炭

　　煤质压块破碎颗粒活性炭是在原煤破碎颗粒活性炭和柱状颗粒活性炭研究、生产及应用的基础上，进一步提高活性炭水深度净化处理性能的产品。压块破碎炭是通过优质弱黏煤、烟煤等原料煤进行配煤、磨粉后利用煤自身的黏结性压块，再进行炭化活化加工，最后按照需求进行破碎制成的活性炭产品。

　　与柱状颗粒活性炭相比，压块破碎颗粒活性炭是利用原料煤的自黏结性压块成型，不需添加粘结剂，且反应活性高，易于发育出微孔和中孔，目前国内只有大同地区和新疆地区的弱黏结性侏罗纪烟煤适合作为压块破碎颗粒活性炭的原料。

　　与原煤颗粒活性炭相比，压块破碎颗粒活性炭可以通过配煤生产，便于调节活性炭产品的孔结构和强度，有利于活性炭的净化应用。

　　压块活性炭产品的漂浮率较低、强度高，比较适用于液相处理，并且压块活性炭产品质量稳定可控、工艺较为成熟具有良好的吸附性能、再生性能以及较低的生产成本，已经成为目前市政自来水厂深度净化处理工艺的最佳选择。

 

　　净化水用煤质颗粒活性炭相关标准

　　中国水处理用煤质活性炭现行标准主要为国家标准GB/T 7701.2—2008《净化水用煤质颗粒活性炭》及行业标准CJ/T 345—2010《生活饮用水净水厂用煤质活性炭》。

　　GB/T 7701.2—2008要求水处理用颗粒活性炭技术指标包括漂浮率、装填密度、亚甲蓝吸附值(亚甲蓝值)、碘吸附值(碘值)、粒度、强度、水分、苯酚吸附值、水溶物及pH等10项指标；

　　CJ/T 345—2010要求水处理用颗粒活性炭技术指标除GB/T 7701—2008要求的9项外(无苯酚吸附值指标)，还包括孔容积、比表面积、酚值、二甲基异莰醇吸附值、有效粒径、均匀系数、锌、砷、镉、铅含量等额外10项指标。要求的10项指标与CJ/T 345—2010关于pH、水分、水溶物、装填密度、粒度等5项指标的要求一致，pH要求处于6~10之间，水分要求不大于5%，水溶物含量要求不大于0.4%，装填密度要求不小于380 g/L。

　　不同的指标对比如下表1所示。由表1可以看出，CJ/T 345-2010对于煤质颗粒活性炭吸附相关的主要性能要求更高。

　　表 1 水处理煤质颗粒活性炭国家标准与行业标准指标差异值对照

 

　　此外，CJ/T 345—2010要求孔容积不小于0.65 mL/g，比表面积不小于950 m2/g，酚值不大于25 mg/L，有效粒径处于0.35~1.5 mm，均匀系数不大于2.1，锌、砷、镉、铅的质量分数分别小于500μg/g、2μg/g、1μg/g、10μg/g。在2019年住建部发布的相关行业标准《生活饮用水净水厂用煤质活性炭(征求意见稿)》中，增加了关于汞指标的限定，要求汞质量分数小于1μg/g。

　　综上所述，行业标准CJ/T 345—2010不仅对活性炭主要吸附能力提出要求，还对活性炭中易产生污染的重金属成分做出限制，对颗粒活性炭生产原料及工艺的要求更加严格。

　　李景乐, 解 炜. 水深度净化用活性炭的指标及选择 [J]. 煤炭加工与综合利用, 2021(8): 85-88.