活性炭过滤器：结构与功能详解

活性炭过滤器在结构上与多介质过滤器相似，但其内部填充了具备强大吸附能力的活性炭，主要用于去除水中残留的有机物及吸附余氯，确保出水余氯含量≤0.1mg/L，SDI（污染指数）≤4。氯作为强氧化剂，对各类膜材料具有破坏性，尤其是反渗透膜对余氯极为敏感。因此，在以城市自来水为水源的纯净水生产线上，活性炭的核心功能是吸附余氯，从而有效保护反渗透膜（RO膜）。

活性炭在纯水制造中的四大作用

1. ‌降低水的氧化需求‌：通过吸附作用减少水中的氧化性物质。
2. ‌防止离子交换膜与反渗透膜污染‌：避免有机物进入膜系统，延长膜使用寿命。
3. ‌去除余氯，‌：确保出水余氯含量达标，保护反渗透膜。
4. ‌提升水质‌：吸附三卤化物（THM）等有害物质，提高水的整体质量。

活性炭的物理与化学特性

优质活性炭的比表面积通常超过1000m²/g，细孔总容积可达0.6-1.8mL/g。其吸附能力以物理吸附为主，无极性且可逆，但实验表明，活性炭也能进行选择性吸附（化学吸附）。当制作温度在300-500℃时，活性炭表面以酸性氧化物为主，在水中离子化后带负电荷；温度升至800-900℃时，活性炭则呈现两性性质。电位测定显示，活性炭通常带负电荷，在酸性条件下（pH较低）吸附效果更佳，而在碱性条件下（pH较高）吸附能力减弱。

如何挑选优质活性炭？

将活性炭倒入水中，优质活性炭会释放大量微小气泡，气泡越多、持续时间越长，吸附效果越好。待气泡释放完毕，劣质活性炭会使水变黑，而优质活性炭的水仍保持清澈透明。真正的活性炭成本较高，其生产需将炭化料在约1000℃高温下活化，这是活性炭制造的关键步骤。

活性炭的选择性吸附与再生

活性炭不仅能吸附电解质离子，还能进行离子交换吸附。经活性炭处理后，高锰酸钾耗氧量（COD）可从15mg/L（O₂）降至2-7mg/L（O₂）。此外，活性炭表面被吸附物质的浓度增加，可起到催化作用。然而，活性炭对醇类、高分子有机物或胶体有机物的吸附能力较弱。

在水处理系统中，活性炭使用前需预处理：粒状活性炭应先在清水中浸泡、冲洗去除污物，装柱后用2%HCl和4%NaOH溶液交替动态处理1-3次（流速18-21m/h，用量约为活性炭体积的3倍），每次处理后需淋洗至中性。进水悬浮物含量应控制在3-5mg/L以下。吸附终点控制方面，出水余氯含量需<0.1mg/L，或以有机物泄漏量作为控制点，出水中耗氧量与总阴离子含量的比值应<0.004，或COD<2mg/L。

活性炭吸附器的形式与再生

活性炭吸附器按碳床形式分为固定床、膨胀床和移动床三种，目前广泛使用的是固定床压力式吸附器。其结构类似压力过滤器，可单独作为吸附器，也可与石英砂组合成吸附过滤器。底部装0.2-0.3m厚承托层和石英砂滤料层，上部装填1.0-1.5m厚活性炭（滤速6-10m/h）；若作为单纯吸附器，承托层上无石英砂滤料层，活性炭层高2-3m（滤速3-10m/h，反冲洗强度4-12L/(S·m²)）。

活性炭可再生，通常采用高温加热法，分三个阶段：

1. ‌干燥阶段‌：温度150-300℃，对湿碳进行脱水干燥。
2. ‌焙烧阶段‌：温度300-600℃，使被吸附有机物热分解、炭化或气化，实现脱附。
3. ‌活化阶段‌：温度800-900℃，用水蒸气或二氧化碳气体对炭化表面进行活化。

由于水量较少，活性炭失效后通常直接更换，很少自行再生，一般一年左右更换一次。

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