活性炭的性能介绍更换周期及吸附量的计算

⼀、活性炭基本介绍

活性炭⼜称活性炭⿊。是⿊⾊粉末状或颗粒状的⽆定形碳。活性炭主成分除了碳以外还有氧、氢等元素。活性炭在结构上由于微晶碳是不规则排列，在交叉连接之间有细孔，在活化时会产⽣碳组织缺陷，因此它是⼀种多孔碳，堆积密度低，⽐表⾯积⼤。

⼆、活性炭净⽔原理

活性炭是⼀种很细⼩的炭粒，有很⼤的表⾯积，⽽且炭粒中还有更细⼩的孔——⽑细管。这种⽑细管具有很强的吸附能⼒，由于炭粒的表⾯积很⼤，所以能与杂质充分接触。这些杂质碰到⽑细管被吸附，起净化作⽤。 三、活性炭的要求

好的活性炭必须具有吸附容量⼤、使⽤寿命长、机械强度⾼、灰份低、易冲洗、出⽔⽔质好等特点，它不但能除去异臭、异味、提⾼⾊度，⽽且对⽔中的各种有毒有害物质如：氯、酚、汞、铅、砷、氯化物、洗涤剂、农药、化肥等污染物具有很⾼的去除率。

具体主要技术指标如下：

1、粒度（10—24⽬2.0—0.8mm ）：≥95%

说明：通常来说，颗粒越⼩的活性炭，⽐外表积越⼤，也就是吸附效果越好，但是颗粒越⼩，损耗也会越⼤，粉尘也会越多。

2、碘吸附值：≥1000mg/g

说明：⼀般来说碘吸附值越⾼，活性炭的吸附能⼒越强。 3、⽐表⾯积：1000---1200m2/g

说明：若取1克活性炭，将⾥⾯所有的孔壁都展开成⼀个平⾯，这个⾯积将达到1000平⽅⽶（既⽐表⾯积为1000g/m2）！影响活性炭吸附性的主要因素就取决于内部孔隙结构的发达程度。（及⽐表⾯积越⼤，活性炭的吸附效果越好）。4、亚甲兰脱⾊⼒：≥10mL/g说明：除⾊能⼒。5、耐磨强度：≥95%

说明：即耐磨损或抗磨擦的性能；强度越⾼，活性炭性能越好。6、⼲燥减量：≤10%

说明：⼲燥减量及指⽔分，此值越低，活性炭质量越好。7、灼烧残渣：≤3%

说明：灼烧残渣及指灰分，此值越低，活性炭质量越好。8、充填⽐重：0.48---0.55g/mL

说明：充填⽐重及指密度，⼀般密度越⼩，活性炭的吸附⼒越好。9、PH值：6—8

活性炭使⽤寿命的简单计算公式： 活性炭的质量假设为m(千克)； 给⽔活性炭吸附量(7%)=0.07m(千克) =70m(克)

（给⽔活性炭吸附量根据活性炭的质量好坏有所不同） ⽔流量=L(吨每⼩时) 进⽔有机物含量为a(毫克每升)=a（克每吨） 进⼊活性炭有机物=a（克每吨)×L(吨每⼩时)=a*L(克每⼩时) 活性炭寿命=70m(克)/a*L(克每⼩时) =70m/a*L(⼩时) 由以上公式在知道了⽔流量，进⽔有机物含量，使⽤活性炭质量的情况下就可以⼤致推测出活性炭的使⽤寿命，反之亦可推测出其他参数值。 四、活性炭的分类

由于原料来源、制造⽅法、外观形状和应⽤场合不同，活性炭的种类很多，在这⾥按照活性炭材质及结构的不同并在净⽔⾏业的运⽤进⾏以下分类。4.1、煤质活性炭 4.1.1、煤质活性炭特点

煤质活性炭采⽤优质煤为原材料,经过炭化→冷却→活化→洗涤等⼀系列⼯序研制⽽成。其外观普遍为⿊⾊圆柱状活性炭，不定形煤质颗粒活性炭，⼜称破碎炭。圆柱形活性炭⼜称柱状炭，⼀般由粉状原料和粘结剂经混捏、挤压成型再经炭化、活化等⼯序制成。也可以⽤粉状活性炭加粘结剂挤压成型。具有发达的孔隙结构，良好的吸附性能，机械强度⾼，易反复再⽣，造价低等特点。 4.1.2、煤质活性炭⽤途

煤质活性炭⽤于有毒⽓体的净化，废⽓处理，⼯业和⽣活⽤⽔的净化处理，溶剂回收等⽅⾯。并且⼴泛应⽤于⼯农业⽣产的各个⽅⾯，如⽯化⾏业的⽆碱脱臭（精制脱硫醇）、⼄烯脱盐⽔（精制填料）、催化剂载体（钯、铂、铑等）、⽔净化及污⽔处理；电⼒⾏业的电⼚⽔质处理及保护；化⼯⾏业的化⼯催化剂及载体、⽓体净化、溶剂回收及油脂等的脱⾊、精制；⾷品⾏业的饮料、酒类、味精母液及⾷品的精制、脱⾊；黄⾦⾏业的黄⾦提取、尾液回收；环保⾏业的污⽔处理、废⽓及有害⽓体的治理、⽓体净化；以及相关⾏业的⾹烟滤嘴、⽊地板防潮、吸味、汽车汽油蒸发污染控制，各种浸渍剂液的制备等。4.2、⽊质活性炭 4.2.1、⽊质活性炭特点

⽊质活性炭采⽤优质⽊屑、椰壳等为原料，经粉碎、混合、挤压、成型、⼲燥、炭化、活化⽽制成。具有⽐表⾯积⼤，活性⾼，微孔发达，脱⾊⼒强，孔隙结构较⼤等特点，孔隙结构⼤，能有较吸附液体中的颜⾊等较⼤的各种物质、杂质。 4.2.2、⽊质活性炭⽤途

⽊质活性炭主要⽤于⾷品、酒类、油类、饮料、染料、化⼯、⾃来⽔净化、污⽔处理、降COD、药⽤活性炭等。能有效吸附⽔中的游离氯、酚、硫和其它有机污染特，特别是致突变物（THM）的前驱物质，达到净化除杂去异味。产品更具脱⾊、提纯、除杂、除臭、去异味、载体、净化、回收等功能。4.3、纤维活性炭 4.3.1、活性炭纤维特点

活性炭纤维（ACF），亦称纤维状活性炭，是性能优于活性炭的⾼效活性吸附材料和环保⼯程材料。其超过50%的碳原⼦位于内外表⾯，构筑成独特的吸附结构，被称为表⾯性固体。 它是由纤维状前驱体，经⼀定的程序炭化活化⽽成。较发达的⽐表⾯积和较窄的孔径分布使得它具有较快的吸附脱附速度和较⼤的吸附容量，且由于它可⽅便地加⼯为毡、布、纸等不同的形状，并具有耐酸碱耐腐蚀特性。

4.3.2、活性炭纤维⽤途

适⽤于处理含酚、医药、硫醇等难以⽣化分解的有机废⽔。因其吸附量⼤，吸附速度快，脱附性能好，再⽣容易，可使装置⼩型化，连续化。⼯程设计简单⽽灵活，运⾏费⽤低，不产⽣⼆次污染。 可⽤于⾷品、饮料、医药、制糖、酿酒⾏业⽣产中的脱⾊除臭，饮⽤⽔之净化、杀菌，⾃来⽔中去除余氯等⽤途。 五、活性炭的对⽐

表1 活性炭的对⽐（1）⽊质活性炭⼀般⽐煤质活性炭吸附⼒更强，⽐表⾯积更⼤，吸附效果更好，⽽同碘值的活性炭也只有⽊质中的椰壳的效果最好。 （2）纤维活性炭⽐普通活性炭⽐表⾯积⼤、吸脱附速率快、吸附效率⾼。 六、活性炭的识别因⽊质活性炭⽐煤质活性炭成本⾼许多，⽽且成品活性炭材质⼀般不容易被普通⼤众所识别。市场上常有不法销售商利⽤消费者⽆法识别材质的弱点，⽤煤质活性炭假冒椰壳活性炭销售，不管是民⽤还是⼯业⽤领域，此现象都较为严重。以下是简单区分它们的⼏个⽅法 1、⽊质活性炭其主要特点是密度⼩、⼿感轻，拿在⼿⾥的重量明显⽐煤质活性炭轻。相同重量的活性炭，⽊质活性炭体积⼀般⼤于煤质活性炭。 2、⽊质活性炭形状⼀般为破碎颗粒状、⽚状，⽽成型活性炭，如柱状、球状活性炭，多为煤质炭。 3、因果壳活性炭密度⼩，⼿感轻，因此可以将活性炭放到⽔⾥，煤质炭⼀般沉底较快，⽽果壳活性炭浮在⽔中的时间更长，随着活性炭吸附⽔分⼦达到饱和，加重⾃⾝重量才会逐步全部沉⼊⽔底，当活性炭全部沉底后，会看见每颗活性炭外⾯都包裹着⼀个⼩⽓泡。 4、果壳活性炭为⼩分⼦孔隙结构，将活性炭放到⽔⾥，其吸附⽔分⼦时所排空⽓会产⽣许多⾮常细⼩的⽔泡（⾁眼刚好能看见），密密⿇⿇的不停浮向⽔⾯。⽽煤质活性炭⼀般为⼤分⼦孔隙结构，所产⽣的⽓泡相也对较⼤。 七、活性炭的选购在⽆检测设备的情况下如何简单识别活性炭吸附值的⾼低呢？这⾥介绍⼏种⽐较容易的⽅法供参考。 1、直接看⼚家提供的指标。活性炭常⽤吸附指标主要有：碘吸附值、四氯化碳（CTC）吸附值、亚甲蓝吸附值，碘吸附值⽤来表⽰活性炭对液体物质的吸附能⼒，四氯化碳吸附值⽤来表⽰活性炭对⽓体物质的吸附能⼒，亚甲蓝吸附值是⽤来表⽰活性炭脱⾊能⼒的。这三种指标越⾼，表明活性炭的吸附能⼒越强。因此在购买活性炭时可根据⾃⼰的使⽤情况结合⼚家提供的这些指标来选购适合⾃⼰⽤途的活性炭。 2、看体积：上⾯已经介绍过了，要想提⾼活性炭的吸附性能，只有尽可能多地在活性炭上制造孔隙结构，孔隙越多，活性炭越酥松，相对密度也就会越轻，因此好的活性炭⼿感上会⽐较轻，在同等重量包装的情况下，性能好的活性炭会⽐劣质活性炭体积⼤许多。 3、看⽓泡。将⼀⼩把活性炭投⼊⽔中，由于⽔的渗透作⽤，⽔会逐渐浸⼊活性炭的孔隙结构中，迫使孔隙中的空⽓排出，从⽽产⽣⼀连串的极为细⼩的⽓泡，在⽔中拉出⼀条细⼩的⽓泡线，同时会发出丝丝的⽓泡声。这种现象发⽣得越剧烈，持续时间越长，活性炭的吸附性就越好。 4、看脱⾊能⼒。活性炭吸附能⼒的另⼀个表现就是脱⾊能⼒，活性炭具有能将有⾊液体变成浅⾊或⽆⾊的神奇能⼒，这其实就是因为活性炭吸附了有⾊液体⾥的⾊素分⼦的原因造成的。正因为活性炭的这种特性，被⼴泛应⽤于制糖⼯业领域中红糖变⽩糖的⽣产过程中。取两只透明杯⼦，在⼀只杯⼦⾥放⼊纯净⽔，然后滴⼊⼀滴红墨⽔（这⾥可以⽤任何⼀种便于观察但不改变⽔的性质的⾊素都可以，例如蓝墨⽔、打印机彩⾊墨⽔，但不能使⽤墨汁和碳素墨⽔），搅拌均匀后将⼀半有⾊⽔倒⼊另⼀个杯⼦中留作对⽐样。将活性炭放⼊有⾊⽔中，数量应达到⽔的⼀半或更多，这样效果会⽐较明显，静置10—20分钟后与对⽐⽔样进⾏对照，在同等条件下，脱⾊效果越强说明活性炭吸附性越好。 选购活性炭还应该注意以下⼏点： （1）活性炭包装最好是密封包装的。因为在空⽓中或多或少地弥漫着各种有机⼤分⼦物质，特别是象在刚装修不久的商店或家⾥的储藏柜⾥酚醛类物质浓度极⼤，这些物质都会被活性炭所吸附，⽇积⽉累，活性炭的吸附性能会因为吸附了这些物质⽽降低甚⾄⽆法使⽤。因此越是吸附值⾼的活性炭越应该采⽤密封包装以防⽌活性炭性能被外界⼲扰。

（2）现在市场上出现的假冒活性炭有的是⽤活性炭的半成品“炭化料”来冒充，炭化料只有经过“活化”过程才能成为真正的活性炭，⽽活化过程正是活性炭制造⼯艺中最重要的制造孔隙结构的过程。缺少了这个过程的炭化料可以说⼏乎没有任何吸附性能。炭化料由于没有进⾏活化造孔的过程，所以表⾯要⽐活性炭光洁，且颜⾊发⽩，略有⾦属光泽，⼿感上要⽐活性炭硬，且重量也重许多。还有相当⼀部分的假冒活性炭采⽤的是劣质原料搀硅藻⼟烧制，其碳含量极低，⼤部分为⽆活性的物质，这种碳颜⾊相对较⽩，⼿感⾮常重，颗粒长度较长，强度也很⾼，互相碰撞会发出类似陶瓷敲击时的清脆声⾳，⽤⼿掰开会发现断⾯上有⽩⾊细⼩颗粒选购时⼀定要注意以免上当。 ⼋、活性炭的注意事项8.1使⽤活性炭需注意事项

（1）使⽤前要清洗去除粉尘，否则这些⿊⾊的粉尘可能暂时会影响⽔质的清洁度。但建议不要直接⽤新鲜的⾃来⽔冲洗，因为活性炭的多孔隙⼀旦吸附⼤量⾃来⽔中的氯以及漂⽩粉，在随后放置到过滤器中使⽤时会对⽔质造成破坏。

（2）靠平时简单的清洗，是⽆法将活性炭的多孔隙中堵塞的杂物清洁⼲净的。所以，务必定期更换活性炭，以免活性炭因“吸附饱和”⽽失去功效。且更换的时机最好不要等它失效以后再更换，如此⽅可确保活性炭能不断地把⽔族箱⽔质中的有害物质去除。

（3）活性炭的处理⽔质的效率与其处理⽤量相关，通常为“⽤量多处理⽔质的效果也相对好”。

（4）定量的活性炭被使⽤后，在使⽤初期应该经常观测⽔质的变化，并留意观测结果，以作为多长时间活性炭失效⽽更换的时间判断依据。 8.2活性炭的运输和储存需注意事项

（1）活性炭在运输过程中，不得⽤铁钩拖拽，应防⽌与坚硬物质混装，不可强烈振动、磨擦、踩、砸，严禁抛掷，应轻装轻卸，以减少炭粒破碎，影响使⽤。 （2）应储存于阴凉⼲燥处，防⽌内外包装袋破裂，防⽌受潮和吸附空⽓中其它物质，影响使⽤效果。严禁与有毒有害⽓体或易挥发物质混放，存放要远离污染源。 （3）防⽌焦油类物质：在使⽤过程中，应禁⽌焦油类粘稠物质进⼊活性炭，以免堵塞活性炭孔隙或遮盖了活性炭展开表⾯，使液体不能与活性炭展开表⾯接触，失去应⽤效果，如液体中含有此类物质，应在液体进⼊活性炭床前进⾏清除设以达到好的应⽤效果。

（4）活性炭在储存或运输时，防⽌与⽕源直接接触，以防着⽕。九、活性炭更换周期和吸附量的计算案例1

活性炭的吸附量以及使⽤时间活性炭对不同的有机⽓体其吸附能⼒（⽤S表⽰）是不⼀样的，有以下表（参考《⼯业通风》，孙⼀坚主编第四版）：

按⼀个排污企业150mg/m3，风量在50000m3/h，⼀天⼯作时长15⼩时算，活性炭的平衡保持量取30%，1t活性炭达到饱合的时间为：T(d)=m*S/C*10-6（kg/mg）*F*t(15h/d)m：活性炭的质量，kg；S：平衡保持量，%；C:VOCs总浓度，mg/m3；F:风量，m3/h。

则T=1000*0.3/150*10-6*50000*15=2.67d

也就是1t的活性炭在上述条件下，2.67天就达到饱合了。

案例2⽅法⼀：

蜂窝活性炭⽐重：0.45g/cm31克/⽴⽅厘⽶=1000千克/⽴⽅⽶

参数：单套设备排风量：25000m3/h，废⽓总浓度为119.5mg/m3，运⾏8h/d所采⽤蜂窝活性炭吸附的平衡保持量取75%计。⼀块蜂窝活性炭质量：0.1×0.1×0.1×450kg/m3=0.45kg

单套设备需要蜂窝活性炭量为：0.8×1.31×1.33÷0.001=1400块×0.45=630kg根据活性炭更换周期计算公式：T=m×S÷C×10-6×Q×t式中：

T—周期，单位天

M—活性炭的质量，单位kgS—平衡保持量，%10-6—系数Q—风量，单位m3/hT—运⾏时间，单位h/d

T1=630×0.75÷119.5×10-6×25000×8=7.91天所以单套设备蜂窝炭更换周期为约8天

⽅法⼆：

蜂窝炭1g能吸附600mg的有机废⽓

⼀块蜂窝活性炭质量：0.1×0.1×0.1×450kg/m3=0.45kg单套设备蜂窝炭重量

0.8×1.31×1.33÷0.001=1400块×0.45=630kg设备蜂窝炭的吸附能⼒为：630kg=630000g

630000g×600mg=378000000mg

总过滤量为25000m3/h×119.5mg/m3=2987500mg/h吸附满周期T2

378000000mg÷2987500mg/h=126.52h每天⼯作8⼩时算T2=126.52h÷8=15.81天

因为T2>T1所以本项⽬活性炭更换周期为8—15天、建议10天⼀换