粒狀活性炭（GAC）經常作為一種吸附介質被應用在很多地表水處理廠中。同時，許多水廠也將粒狀活性炭作為過濾材料使用。包括原料、生產工藝、顆粒大小及顆粒形狀在內的若干因素，對最終的粒狀活性炭過濾吸附效果具有很大的影響。

煤，椰殼和木質物料是粒狀活性炭常見的原料。選擇不同的原料對產品的吸附和過濾性能有很大的影響。因其獨有的多孔性和高硬度的雙重優點，在自來水處理中幾乎總是使用煤基粒狀活性炭。與選用原料同樣重要的是其生產工藝：壓塊活化工藝或直接活化藝。

用于水處理的活性炭的有效的加工方法是壓塊活化工藝。該工藝包括以下步驟：

⑴優良冶金煤被研磨成粒徑大約50微米的細粉。

⑵加入煤焦油或石油基黏合劑。

⑶在液壓機幾噸的壓力下，將煤粉壓成煤餅。

⑷將煤餅破碎成要求的顆粒大小。

⑸將顆粒物置于425℃的特定氣氛中烘烤，去除部分揮發性有機化合物——炭化。

⑹最后，置于1000℃的特定氣氛中進行熱法（物理法）活化。

這種壓塊活化方法以外的工藝有：

(a) 壓條活化法，其工藝是將煤粉和粘結劑的混合物擠出成形，在炭化活化前不進行高壓結塊及破碎/篩分；

(b) 直接活化法，省去了最初處理步驟，直接將原煤進行破碎，篩分，炭化和活化處理。

這些不同工藝生產的活性炭具有不同的特性。壓塊活化工藝生產的活性炭是吸附活性（活性在顆粒中分布好）和粒徑/形狀（顆粒表面粗糙，在過濾吸附器中有較好的裝填密度）的較佳組合，因而在凈水處理中效果較好。

設計考慮因素

粒狀活性炭顆粒一般比傳統的沙質濾料大，為使其在地表水水廠中有效發揮粒狀活性炭的優點，需要考慮幾項設計和活性炭性能方面的因素。

不同的顆粒大小及形狀具有不同的用途。在飲用水處理中，不規則粒狀活性炭的處理效果優于柱狀活性炭。不規則粒狀活性炭可以密集填裝，減少空隙，因而加強了過濾和吸附效果。

粒狀活性炭的顆粒大小通過目數表示。工業標準采用美制篩網表示顆粒大小（美國）。通常用篩網標識注明大部分顆粒的最大和最小尺寸。例如，12×40粒狀活性炭表示絕大部分的活性炭通過12目篩網但不通過40目篩網。

起先，12×40目的粒狀活性炭是作為行業標準，因為該尺寸接近沙子的有效尺寸。后來為了保持其過濾特性而降低壓降，引入了8×30目的產品。這使得產品有較高的過濾率，并一直是自來水市場的常用產品。大顆粒的出現推動了更大粒徑的粒狀活性炭產品的發展，如8×16和8×20目活性炭。此類產品正有效地應用在直接過濾的水處理廠中，因為它們可以在更深的床層和更高的過濾速度中保持壓降在可接受的范圍內。

過濾器中的粒狀活性炭在開始使用時需進行反沖洗，以對顆粒進行分層。經過反沖洗，最小的顆粒集聚在過濾器的最上層，而最大的顆粒沉淀在最下層。粒度分布可通過兩個參數得到進一步描述：有效粒徑和均一系數。有效粒徑一般以毫米測量，相當于粒狀活性炭的10%最小粒徑部分的直徑。從力學角度看，在過濾器上層的粒狀活性炭的尺寸與壓降和過濾效率有關。顆粒越小，壓降越大，而過濾效率則越好。

均一系數是無量綱值，表示粒狀活性炭粒徑的均一性。均一系數值為1，表示所有顆粒大小完全一致，系數越大，表示不同性越高。美國自來水協會（AWWA）標準B604-96將均一系數定義為：對同一過濾材料的代表性樣品，其60%通過的篩網孔徑與10%通過的篩網孔徑之比。

密度以每立方厘米克數計量（g/cc），測定需要填滿一定容量的過濾器的活性炭數量。高密度活性炭比較受歡迎有以下原因。首先，高密度粒狀活性炭產品具有更多的有效結構。其次，密度較大的產品表示每立方米的體積可以填裝更多的粒狀活性炭。另外，密度越大的產品強度更高，可以承受頻繁的反沖洗。對于原先為沙濾設計的空間有限的過濾器，這一點就尤為重要。

磨損值表示粒狀活性炭對磨損的耐力，數值越高表示耐磨力越強。這一參數在飲用水處理應用中非常重要，因為經常性的高強度反沖洗可以迅速使較軟的粒狀活性炭性能降低。當粒狀活性炭同時用于過濾、吸附并作為微生物載體等介質時，反沖洗更加頻繁，這一特性就變得更加重要。基于在全球水處理30多年的實驗和評估結果，壓塊活化方法生產的煙煤基粒狀活性炭，在自來水的處理中具有多孔吸附性、過濾、生物載體能力和耐磨損性的完美結合。這一結論是基于對不同原料的粒狀活性炭的比較和對不同加工工藝的比較結果。

用于地表水處理的粒狀活性炭用量需要滿足與水有充分的接觸時間以便于吸附，同時有足夠的床層深度以便進行適當的過濾。粒狀活性炭的吸附和過濾性能與顆粒大小緊密相關。

如前所述，顆粒越小，過濾效率越好。另外，粒狀活性炭的床層越深，過濾器的過濾能力越強。也許有人認為床層越深、頻粒越小就可獲得較佳的過濾效果，其實不然，這樣做將導致壓降損失過人。較好的解決方法是選擇可提供有效過濾，同時壓降最小的床層深度和顆粒大小。床層深度、顆粒大小和過濾效率可通過下列比率表示：（炭床深度）/（活性炭的有效粒徑）。

典型的地表水處理系統需要依靠重力使水流通過整個粒狀活性炭床層。在淺床層過濾器中的較大流速一般為5-7米/小時，但單一介質的深床層流速可超過22m/hr。在為吸附和過濾預設接觸時間的基礎上選擇適當的操作流速，同時也需保持一定水流速度以保證整個工廠的經濟性。

由于被過濾出的物質在過濾介質上的堆積，需要進行定期反沖洗。決定是否或何時進行反沖洗的因素有：

a)出水質量，用濁度或/和顆粒計數測量。

b)按預定期限或壓降。同時，操作經驗在很大程度上決定反沖洗的周期。

反沖洗包括過濾器暫停運行和對過濾介質的快速逆流沖洗。盡管反沖洗的頻率和時間隨具體安裝情況變化，但有其共同的操作方法。在使用表面沖洗方法的工廠中，一般采用低速沖洗過濾器的上層。之后反洗速率升至37-42m/hr，時間10-15分鐘，從過濾器中清洗掉被過濾出的雜質顆粒。

在深床層過濾器和過濾較難的情況下，需要使用空氣沖刷。通常將水排放至過濾介質的表面位置，壓縮空氣在每單位平方米炭床以70-140立方米/小時的速度，28-70kPa壓力注入。空氣對整個過濾器進行從下到上的沖刷。空氣沖刷結束后，再以37-42米/小時的流速，進行10-15分鐘的反沖洗以將過濾器中的雜質顆粒沖洗出來。

應該指出的是，由于溫度影響水的粘度，需要調整反沖洗速度彌補溫度差異的影響。例如，如果水的溫度為1-2℃，24米/小時的反沖洗速度將使粒度為8×30的活性炭床層膨脹22%；如果水的溫度為24℃，此反沖洗速率度將使床層只膨脹10%。在夏天，由于水溫的升高，需要提高反洗速度以彌補粘度的影響。

在反沖洗階段需要同時考慮到其它介質的共同存在。盡管有些過濾器貝使用粒狀活性炭，但很多過濾器組合使用沙子和粒狀活性炭進行過濾。在反沖洗過程中，床層會變成流化狀態，如果沒有重視到沙子和粒狀活性炭的共同存在，就會發生過濾器內部介質混合和無效反沖洗。