活性炭需要測(cè)定哪些性能指標(biāo)？
活性炭的質(zhì)量有多項(xiàng)物理與化學(xué)的指標(biāo)，如：水分、灰分、酸溶物、各種金屬和酸根的含量，以及它的吸附性能等。對(duì)于不同用途的活性炭，時(shí)常用不同的性能指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)活性炭是否適用。
在活性炭選擇之前，需要從活性炭生產(chǎn)廠商處取得完整的經(jīng)法定檢測(cè)單位檢測(cè)的技術(shù)性能參數(shù)報(bào)告或說(shuō)明書，作為選擇活性炭的依據(jù)之一。
由于各種活性炭生產(chǎn)過(guò)程不一樣，活性炭產(chǎn)品的性能差別也很大，其碘值、亞甲藍(lán)值、機(jī)械強(qiáng)度、比表面積、總孔容積、中孔容積、堆積容重等都是需要收集的活性炭性能技術(shù)指標(biāo)。
在飲用水處理中，影響活性炭處理效果和運(yùn)行成本的主要性能指標(biāo)為：吸附量、強(qiáng)度和摩擦系數(shù)、pH值、灰分、粒徑大小和粒度分布、水分和可溶物等。下面分別就這幾項(xiàng)指標(biāo)，在飲用水用活性炭選擇中的應(yīng)用進(jìn)行具體分析。
1.吸附量
表征活性炭吸附量的指標(biāo)很多，針對(duì)飲用水處理的自身特點(diǎn)，比較適用的吸附量指標(biāo)主要有碘值、亞甲藍(lán)值、丁烷值、四氯化碳值、糖蜜值、單寧酸值，這幾項(xiàng)指標(biāo)分別代表了活性炭對(duì)不同分子量有機(jī)物的吸附能力，其中以碘值和亞甲藍(lán)值是經(jīng)常使用的。
①碘值
碘值與活性炭對(duì)小分子物質(zhì)的吸附能力密切相關(guān)。它可以用于估算活性炭的比表面積和相對(duì)表征活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于以碘(分子量為254)為代表的分子量大約250左右、非極性和分子對(duì)稱的物質(zhì)來(lái)說(shuō)，碘值可以表征活性炭對(duì)這部分物質(zhì)的吸附能力。
②亞甲藍(lán)值
亞甲藍(lán)值在表示活性炭液相吸附性能時(shí)，主要反映活性炭的脫色能力，一般此值越高，表示活性炭吸附性能越好。相對(duì)應(yīng)的，對(duì)以亞甲藍(lán)分子(分子量為374)為代表的分子量大約370左右、極性和線性結(jié)構(gòu)的顯色物質(zhì)來(lái)說(shuō)，亞甲藍(lán)值可以表征活性炭對(duì)此類物質(zhì)的吸附能力。
亞甲藍(lán)值與碘值相類似，也反映了活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)，特別是微孔的數(shù)量。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，活性炭的碘值、亞甲藍(lán)值與活性炭對(duì)天然水中有機(jī)物的吸咐能力之間相關(guān)性能不好，因此，在選擇去除天然水中有機(jī)物的活性炭時(shí)，不宜采用這些指標(biāo)。
③丁烷值、四氯化碳值
丁烷值與四氯化碳值存在著很好的相關(guān)性，美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn)中顯示：四氯化碳活性=257×丁烷活性，R2=0.934(均按照ASTM-D5228-92)。兩值均可表征出活性炭樣品的微孔容積，是活性炭孔隙結(jié)構(gòu)的量度值，常表征活性炭的活化程度。兩值對(duì)表征活性炭對(duì)小分子量、非極性有機(jī)物去處能力，具有重要意義。
④糖蜜值
糖蜜值是以大分子量的焦糖作為吸附質(zhì)，活性炭作為吸附劑來(lái)測(cè)定的，它主要表征了活性炭對(duì)大分子有機(jī)物，特別是水源中的高分子量有機(jī)物的去除能力。由于焦糖分子量較大，因此難以進(jìn)入活性炭的微孔結(jié)構(gòu)中，只是被活性炭的大孔、中孔等吸附，因此可以反映出活性炭孔隙結(jié)構(gòu)中大孔、中孔的比例。
⑤單寧酸值
單寧酸(分子量為322)值表示吸附有機(jī)分子能力的指標(biāo)，在濃度一定的單寧酸溶液中加入活性炭的量，使單寧酸溶液濃度低于某個(gè)確定值所需要活性炭的量，因此，此值越低表示活性炭吸附性能越好。
單寧酸的性質(zhì)與天然有機(jī)物(NOM)中的代表物質(zhì)腐殖酸十分相近，糖蜜值和單寧酸值，兩指標(biāo)相互配合，能夠很好地判斷出活性炭孔隙結(jié)構(gòu)中大孔、中孔的比例，較好地反映出活性炭對(duì)天然大分子有機(jī)物的去除能力。
2.強(qiáng)度和摩擦系數(shù)
在飲用水的深度處理中，對(duì)炭后出水濁度控制很嚴(yán)格，即要求在砂濾池出水濁度的基礎(chǔ)上不再升高。因?yàn)樵诹罨钚蕴繉?shí)際應(yīng)用中，要考慮其在運(yùn)輸、反沖洗和再生時(shí)活性炭的破損情況，主要有3種力可使活性炭機(jī)械破裂而形成粉塵，造成出水濁度升高，即沖擊力、積壓力和磨損力，強(qiáng)度和摩擦系數(shù)便分別代表了沖擊積壓力和摩損力，反映出活性炭的耐破損能力，因此強(qiáng)度和摩擦系數(shù)作為選擇活性炭的首要控制指標(biāo)，要盡量選取高強(qiáng)度和摩擦系數(shù)的活性炭。如果強(qiáng)度低，則炭的結(jié)構(gòu)疏松，在反沖洗時(shí)，炭粒易脫落，由于微生物能附著在炭粒表面，會(huì)造成出水的生物安全性問(wèn)題。
3.pH值
pH值是活性炭表面化學(xué)性質(zhì)的重要表征。活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)對(duì)其吸附性能起到重要作用，表面酸堿性被認(rèn)為是控制吸附的重要因素。活性炭的表面酸性增加、或者說(shuō)極性的氧分子增加、或含氧官能團(tuán)的數(shù)量增加，使得活性炭的表面極性増加，從而有利于其對(duì)水分子的吸附，對(duì)水分子的吸附有可能因占據(jù)活性炭孔而降低了活性炭對(duì)疏水性化合物的吸附。
對(duì)于NOM為代表的中性條件下帶負(fù)電荷的有機(jī)物，如果活性炭的表面帶有中性條件下可水解的強(qiáng)堿性基團(tuán)的量，大于羧基等強(qiáng)酸性基團(tuán)的量，也就是說(shuō)pH大于7時(shí)，在中性的水體中活性炭表面就會(huì)帶有正電荷，這將有利于它對(duì)NOM的吸附。一般來(lái)說(shuō)，較高的pH值有利于活性炭對(duì)NOM的吸附，但不是越高越好，值過(guò)高預(yù)示著活性炭表面存在較多的強(qiáng)堿性基團(tuán)，從而導(dǎo)致活性炭表面親水性增加，也不利于對(duì)疏水性有機(jī)物的吸附。
4.灰分
灰分表明了活性炭中無(wú)機(jī)礦物質(zhì)的含量，灰分是活性炭中的雜質(zhì)，含量越低越好。灰分的組成一般有SiO2、Al2O3、Fe2O3以及一些其他金屬化合物，這些組成在用于飲用水處理時(shí)可能會(huì)影響活性炭的能力和某些安全性要求，一般來(lái)說(shuō)不直接影響活性炭的吸附性能。
有研究表明，活性炭除砷效果與其比表面積大小基本無(wú)關(guān)，而主要是與其灰分有關(guān)，即其中的金屬礦物組成起著決定性作用。
5.經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)
粒徑大小和粒度分布、水分、可溶物等指標(biāo)，主要是對(duì)活性炭的購(gòu)買和運(yùn)行成本產(chǎn)生重要影響。粒徑大小和粒度分布，可決定活性炭床的壓降和床層膨脹，是關(guān)系活性炭設(shè)備大小和運(yùn)行的重要參數(shù)，其中活性炭的有效尺寸和均勻系數(shù)，與活性炭的實(shí)際運(yùn)行效果有著直接的關(guān)系，在同樣的有效尺寸下，均勻系數(shù)越高，處理效果越好。水分和可溶物則關(guān)系著活性炭的購(gòu)買成本，兩指標(biāo)越高，則購(gòu)買成本越高。
綜合來(lái)說(shuō)，飲用水用活性炭實(shí)際購(gòu)買時(shí)，應(yīng)基于客戶的應(yīng)用和技術(shù)指標(biāo)要求，不是越貴的就是越好，只有合適，才是好用的。