一、核心原理与结构组成

1. 工作原理

• 物理吸附：活性炭表面布满微孔（孔径约 10?1?~10??米），比表面积高达 500~1500 m2/g，通过范德华力吸附水中的有机物（如腐殖酸、农药残留）、胶体、色素、异味物质等。
• 化学吸附：部分活性炭经过改性（如氧化、还原处理），表面官能团可与水中余氯（Cl?）、重金属离子（如 Hg2?、Ag?）发生化学反应，形成稳定化合物。
• 催化作用：活性炭对某些化学反应具有催化能力，例如加速余氯分解为氯离子。

2. 典型结构

• 容器：多为钢制或玻璃钢材质，内部衬胶或涂覆防腐层，承受压力一般为 0.3~0.6 MPa。
• 滤料层：装填颗粒活性炭（粒径 1.0~2.0 mm，堆积密度 0.45~0.55 g/cm3），厚度通常为 1.0~2.0 米，根据水质调整。
• 布水系统：
  • 底部：多孔板 + 滤头（或石英砂垫层），确保进水均匀分布，防止活性炭流失。
  • 顶部：溢流堰或布水器，避免水流冲击滤层。
• 反洗系统：包括反洗进水阀、排水阀，用于清除滤层中的截留杂质。

二、运行操作流程

1. 启动前准备

• 装填与浸泡：
  • 新装活性炭需用清水浸泡 24 小时，去除粉末（浸泡时需搅拌，换水 2~3 次，直至出水澄清）。
  • 装填时避免活性炭与空气接触形成 “气阻”，需边注水边装填，确保滤层密实。
• 检查阀门与仪表：确认进出水阀、反洗阀开关灵活，压力表、流量计正常工作。

2. 正常运行

• 流速控制：
  • 饮用水处理：5~10 m/h（接触时间≥20 分钟）；
  • 工业水处理：10~15 m/h（根据污染物浓度调整）。
• 压力监测：运行压降通常为 0.05~0.1 MPa，若超过 0.15 MPa，需进行反洗。
• 运行周期：根据水质确定，一般每天运行 8~24 小时，或以出水指标（如余氯＞0.1 mg/L、COD 去除率＜50%）为切换信号。

3. 反洗操作

• 触发条件：
  • 运行压降超过设定值（如 0.15 MPa）；
  • 出水水质恶化（如浊度＞5 NTU）；
  • 累计运行时间达 24~48 小时（预防性反洗）。
• 反洗步骤：
  1. 排水：开启排水阀，将滤罐水位降至滤层上方 10~20 cm。
  2. 气水反洗（可选）：先通入压缩空气（强度 10~15 L/(m2?s)）曝气 5~10 分钟，松动滤层并剥离污染物；
  3. 水反洗：开启反洗进水阀，流速 15~20 m/h，时间 15~30 分钟，直至排水清澈无炭粉（反洗水可排入废水池或回用至前处理工序）。
• 注意：反洗流速不可过高，避免活性炭流失（建议初期反洗流速从低到高逐步调整）。

三、关键维护要点

1. 活性炭性能监测

• 定期取样分析：每 3~6 个月检测活性炭的吸附容量（碘值、亚甲蓝值），若碘值下降至初始值的 60% 以下，需更换或再生。
• 污染物穿透测试：监测出水 TOC（总有机碳）、余氯等指标，当接近进水值时，表明活性炭吸附饱和，需及时处理。

2. 防止滤层污染

• 预处理要求：进水浊度≤5 NTU（建议先经砂滤预处理），避免大颗粒杂质堵塞活性炭微孔；
• 控制余氯与铁锰：若原水余氯＞0.5 mg/L，需先通过还原剂（如亚硫酸钠）去除，否则会氧化活性炭并加速其失效；铁锰含量高时易形成氢氧化物沉淀，需先进行氧化过滤。

3. 活性炭再生与更换

• 化学再生：对于有机污染物为主的活性炭，可采用热再生（高温 800~900℃下焙烧）或化学药剂（如氢氧化钠、硫酸）洗脱，再生成本约为新炭的 30%~50%，但再生次数一般不超过 5 次。
• 更换周期：常规水处理中，活性炭更换周期为 1~3 年，水质差则缩短至 6~12 个月；更换时需彻底清洗滤罐，避免新旧炭混合影响效果。

4. 防腐与安全

• 定期检查罐体、管道的防腐层，尤其是反洗阶段水流冲击部位；
• 活性炭在储存和运行中需避免与强氧化剂（如高锰酸钾）接触，防止自燃；反洗时需确保排水通畅，避免罐体憋压。

四、常见故障与解决方法

五、应用场景与选型建议

1. 典型应用场景

• 饮用水处理：去除色度、嗅味、农药残留、卤代烃，改善口感。
• 工业循环水：吸附有机物防止微生物滋生，降低 COD 以满足回用要求。
• 污水处理深度处理：作为生化处理后的终端工艺，进一步降低 TOC、色度，确保达标排放。
• 锅炉用水预处理：去除余氯，防止树脂（离子交换器）氧化中毒。

2. 选型关键参数

• 活性炭类型：
  • 椰壳炭：吸附能力强，适合高要求场景（如饮用水、食品工业）；
  • 煤质炭：成本低，耐磨性好，适合工业废水处理。
• 滤罐尺寸：根据处理水量（Q）和流速（v）计算截面积（S=Q/v），高度通常为直径的 2~3 倍。
• 反洗水源：优先使用处理后的清水，若原水浊度低也可用原水反洗。

六、环保与经济性考量

1. 废水处理：反洗废水含盐量和有机物浓度较高，需纳入废水处理系统，避免直接排放。
2. 碳足迹管理：椰壳炭可再生性优于煤质炭，但若再生能耗高，需综合评估环保效益。
3. 运行成本：主要成本为活性炭更换（占 60%~70%）和反洗水耗（约为处理水量的 3%~5%），优化再生工艺可降低费用。