活性炭吸附法處理水的歷史及其現(xiàn)狀

迄今為止，可查到的較早使用炭用作水處理的記載源自曼特爾（Mantell）所譯的公元前約200年的梵語(yǔ)原文：“在陽(yáng)光下，用銅制容器中保存水并經(jīng)炭過(guò)濾。”此法可以認(rèn)為早期廣泛應(yīng)用的處理技術(shù)之一。18世紀(jì)英國(guó)曾經(jīng)用過(guò)內(nèi)部炭化的木質(zhì)容器來(lái)盛水。后來(lái)Sinclair和Dahke等人也都先后使用木炭?jī)艋Ｈ毡緩慕瓚裟┢诰烷_(kāi)始將木炭用于水的凈化。19世紀(jì)90年代初，水質(zhì)的污染在歐美逐漸嚴(yán)重，為了滅菌而使用大量的氯，余氯的存在或水中化合物和氯作用出現(xiàn)臭味，從而促進(jìn)了以去除水中臭味為目的的精制設(shè)備的開(kāi)發(fā)和改進(jìn)。自1900年臭斯特雷杰科發(fā)明制造活性炭始，1927年被認(rèn)為是活性炭應(yīng)用史上特別重要的時(shí)期，這是因?yàn)樵谶@一年，由于原水中的苯酚和消毒用的氯反應(yīng)產(chǎn)生的臭味，美國(guó)芝加哥和德國(guó)等地的自來(lái)水廠發(fā)生了廣大居民難以接受的自來(lái)水惡臭事故。這些事故都是用活性炭處理解決的。隨后，活性炭陸續(xù)用于處理飲用水、污水和工業(yè)廢水。

一次世界大戰(zhàn)后活性炭已基本進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)，這樣一來(lái)，即使僅從經(jīng)濟(jì)效益方面來(lái)考慮，活性炭在除去水中臭味方面所發(fā)揮的作用也相當(dāng)明顯。斯波爾丁（Spalding）于1929年開(kāi)始將粉狀活性炭用于新澤西洲的新米爾福給水處理中，后來(lái)美國(guó)和歐洲各地也使用添加活性炭的方法來(lái)凈化水。在這以后，人們并未停步于使用粉狀活性炭，而是繼續(xù)開(kāi)拓了粒狀活性炭填充層的凈水裝置。由于粒狀活性炭的出現(xiàn)，活性炭在水處理方面的用量逐年增加。因此，60年代初，歐美各國(guó)開(kāi)始大量使用活性炭吸附法處理飲用水和工業(yè)廢水。到目前為止，活性炭吸附法已成為城市污水和工業(yè)廢水深度處理及污水源凈化的有效手段。從80年代后半期到90年代活性炭在自來(lái)水方面主要用于腥臭ABS苯酚的去除，同時(shí)為改善自來(lái)水水質(zhì)，將活性炭利用于家庭用凈水器去除細(xì)菌的污染也已得到普及。

由于各方面的因素，我國(guó)在60年代才將活性炭技術(shù)用于處理污染水源的除臭、除味和工業(yè)廢水的凈化。60年代將活性炭用于二硫化碳廢水處理。自70年代初以來(lái)，粒狀活性炭用于處理工業(yè)廢水，不論在技術(shù)上，還是在應(yīng)用范圍和處理規(guī)模上都發(fā)展很快，在煉油廢水、炸藥廢水、印染廢水、化工廢水等處理上都已在生產(chǎn)上較大規(guī)模的應(yīng)用，并取得了滿意的效果。世界上利用活性炭處理水的國(guó)家主要有美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、瑞典及日本。日本活性炭專家北川睦夫80年代末就估計(jì)美國(guó)和亞歐用于水處理方面的活性炭量占液相吸附用炭量的50%左右，日本占40%左右。1991年、1992年和1996年世界水處理炭銷售額分別為200、220、和263百萬(wàn)美元，分別占水處理專用化學(xué)品銷售額的18.3%、19.1%、和17.8%。

重金屬是環(huán)境中存在的主要污染物之一，它們以不同的化學(xué)形態(tài)與一些非金屬物質(zhì)共生共存，一起排放。所有重金屬對(duì)生物都有潛在的危害作用，大部分重金屬能在生物體內(nèi)積蓄，當(dāng)積累超過(guò)一定的量時(shí)可引起生物中毒。含重金屬離子的工業(yè)廢水主要來(lái)源于機(jī)械加工、礦山開(kāi)采業(yè)，鋼鐵及有色金屬的冶煉和部分化工企業(yè)。在處理重金屬?gòu)U水方面，由于利用活性炭吸附技術(shù)去除重金屬離子的方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、占地面積小、可富集金屬使水得到重復(fù)循環(huán)利用，不產(chǎn)生二次污染的優(yōu)點(diǎn)。另外，活性炭的化學(xué)性能穩(wěn)定，耐酸堿，并可再生重復(fù)使用，因此活性炭吸附技術(shù)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，國(guó)外學(xué)者利用活性炭在吸附處理含重金屬?gòu)U水方面的研究已有一些報(bào)道，但其中較多涉及到對(duì)重金屬絡(luò)陰離子的去除，如Cul、Cd、Hg、Zn等。國(guó)內(nèi)學(xué)者也在活性炭對(duì)自來(lái)水中及飲用水中Pb等元素的吸附實(shí)驗(yàn)研究及吸附機(jī)理研究方面作了大量的工作；對(duì)利用活性炭吸附法提取重金屬Pt、Pd、Ag等方面也做了一定的研究。然而，利用活性炭吸附處理電鍍廢水中的Cr⁶⁺卻鮮有報(bào)道。鉻有三價(jià)（Cr³⁺）和六價(jià)（Cr⁶⁺）之分。一般認(rèn)為，Cr³⁺在動(dòng)物體內(nèi)的肝、腎、脾、和血中不易積累。Cr⁶⁺對(duì)人體的危害非常大，包括對(duì)皮膚有刺激和過(guò)敏作用；對(duì)呼吸系統(tǒng)有損壞，對(duì)內(nèi)臟有損害。隨著我國(guó)電鍍、皮革、染色、金屬酸洗和鉻酸鹽等工業(yè)的發(fā)展，重金屬污染物Cr⁶⁺對(duì)環(huán)境的污染越來(lái)越嚴(yán)重，如不經(jīng)處理直接排放，將嚴(yán)重污染人類賴以生存的環(huán)境。而且水中Cr⁶⁺含量超過(guò)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限值，飲用后有致癌危險(xiǎn)。國(guó)家環(huán)保局早已把廢水中的Cr⁶⁺列為治理的要點(diǎn)。Cr⁶⁺是國(guó)家嚴(yán)格控制的一類污染物。它對(duì)人體及環(huán)境有巨大的危害性，在車間排放口應(yīng)將其濃度控制在0.5mg·L^-1以下。因此，含Cr⁶⁺廢水的處理十分必要。對(duì)含鉻的廢水處理，目前主要采用生物法、離子交換法、化學(xué)還原法、電解法、化學(xué)沉淀法、電滲析法和吸附法。其中，吸附法因操作簡(jiǎn)單，投資省，處理效果好而頗受重視。