活性炭吸附法處理水的歷史及其現狀

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年的梵語原文：“在陽光下，用銅制容器中保存水并經炭過濾。”此法可以認為早期廣泛應用的處理技術之一。18世紀英國曾經用過內部炭化的木質容器來盛水。后來Sinclair和Dahke等人也都先后使用木炭凈化水。日本從江戶末期就開始將木炭用于水的凈化。19世紀90年代初，水質的污染在歐美逐漸嚴重，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臭味，從而促進了以去除水中臭味為目的的精制設備的開發和改進。自1900年臭斯特雷杰科發明制造活性炭始，1927年被認為是活性炭應用史上特別重要的時期，這是因為在這一年，由于原水中的苯酚和消毒用的氯反應產生的臭味，美國芝加哥和德國等地的自來水廠發生了廣大居民難以接受的自來水惡臭事故。這些事故都是用活性炭處理解決的。隨后，活性炭陸續用于處理飲用水、污水和工業廢水。

一次世界大戰后活性炭已基本進入工業化生產，這樣一來，即使僅從經濟效益方面來考慮，活性炭在除去水中臭味方面所發揮的作用也相當明顯。斯波爾丁（Spalding）于1929年開始將粉狀活性炭用于新澤西洲的新米爾福給水處理中，后來美國和歐洲各地也使用添加活性炭的方法來凈化水。在這以后，人們并未停步于使用粉狀活性炭，而是繼續開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，活性炭在水處理方面的用量逐年增加。因此，60年代初，歐美各國開始大量使用活性炭吸附法處理飲用水和工業廢水。到目前為止，活性炭吸附法已成為城市污水和工業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年代活性炭在自來水方面主要用于腥臭ABS苯酚的去除，同時為改善自來水水質，將活性炭利用于家庭用凈水器去除細菌的污染也已得到普及。

由于各方面的因素，我國在60年代才將活性炭技術用于處理污染水源的除臭、除味和工業廢水的凈化。60年代將活性炭用于二硫化碳廢水處理。自70年代初以來，粒狀活性炭用于處理工業廢水，不論在技術上，還是在應用范圍和處理規模上都發展很快，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上較大規模的應用，并取得了滿意的效果。世界上利用活性炭處理水的國家主要有美國、德國、英國、瑞典及日本。日本活性炭專家北川睦夫80年代末就估計美國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263百萬美元，分別占水處理專用化學品銷售額的18.3%、19.1%、和17.8%。

重金屬是環境中存在的主要污染物之一，它們以不同的化學形態與一些非金屬物質共生共存，一起排放。所有重金屬對生物都有潛在的危害作用，大部分重金屬能在生物體內積蓄，當積累超過一定的量時可引起生物中毒。含重金屬離子的工業廢水主要來源于機械加工、礦山開采業，鋼鐵及有色金屬的冶煉和部分化工企業。在處理重金屬廢水方面，由于利用活性炭吸附技術去除重金屬離子的方法具有設備簡單、占地面積小、可富集金屬使水得到重復循環利用，不產生二次污染的優點。另外，活性炭的化學性能穩定，耐酸堿，并可再生重復使用，因此活性炭吸附技術得到越來越廣泛的應用。近年來，國外學者利用活性炭在吸附處理含重金屬廢水方面的研究已有一些報道，但其中較多涉及到對重金屬絡陰離子的去除，如Cul、Cd、Hg、Zn等。國內學者也在活性炭對自來水中及飲用水中Pb等元素的吸附實驗研究及吸附機理研究方面作了大量的工作；對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⁺卻鮮有報道。鉻有三價（Cr³⁺）和六價（Cr⁶⁺）之分。一般認為，Cr³⁺在動物體內的肝、腎、脾、和血中不易積累。Cr⁶⁺對人體的危害非常大，包括對皮膚有刺激和過敏作用；對呼吸系統有損壞，對內臟有損害。隨著我國電鍍、皮革、染色、金屬酸洗和鉻酸鹽等工業的發展，重金屬污染物Cr⁶⁺對環境的污染越來越嚴重，如不經處理直接排放，將嚴重污染人類賴以生存的環境。而且水中Cr⁶⁺含量超過環境質量標準限值，飲用后有致癌危險。國家環保局早已把廢水中的Cr⁶⁺列為治理的要點。Cr⁶⁺是國家嚴格控制的一類污染物。它對人體及環境有巨大的危害性，在車間排放口應將其濃度控制在0.5mg·L^-1以下。因此，含Cr⁶⁺廢水的處理十分必要。對含鉻的廢水處理，目前主要采用生物法、離子交換法、化學還原法、電解法、化學沉淀法、電滲析法和吸附法。其中，吸附法因操作簡單，投資省，處理效果好而頗受重視。