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1、 专题 I S u b j e c t 编辑 徐航 l 活性炭吸附及其组 文 王鹏 一、活性炭吸附技术 目前 ，市 场 上 的家 用 净 水 系 统 普遍 采 用 吸 附分 离技 术 。其 中 活 性 炭 吸 附 过 滤 技 术 是 开 发 最 早 、 也 是较 为成 熟 的 净水 技 术 。 利 用 活 性炭 的 吸 附 原理 ，可 以去 除 水 中多 种 有机 污 染物 、异 味 、 余 氯 等 ，该 技术 已被 广 泛应 用 于 净 水 领 域 。 尤 其 是 椰 子壳 活 性炭 孔 隙 结 构 发 达 ，比 表 面积 大 ，吸 附 性 能 强 ，是 一 种 极优 良的 吸 附 剂 。
2、椰 子 壳 活 性 炭 的 制 作 过 程 是 ，先 将 椰 子 壳 炭 化 ，即 由 高 温 烧 制 成 坚 硬 的 炭 块 ，然 后 进 行 活 化 过 程 ，通过 大 约 6 o o J 9 0 0 摄 氏 度 的高 温 使 炭 颗 粒 内部 产 生微 小 气 孔 。在 这 些 气 孔 中 ，体 积 较 大 的称 为大 孔 ，约2 5 纳 米 ；较 小 的 称 为微 孔 ，约 1纳 米 。 这 两 种 气 孔 的 比例 决 定 了能 否 有 效 去 除 污 染 物 ， 因 为大 孔 不 仅 可 以吸 附 污 染 物 ， 更重 要 的是 ，大 孔 为 进 入 小 孔 的污染 物提供 通道
3、。 4 6 I 质量与认证 2 0 1 4 1 2 合 r-7 肖 毒 一 闩 母 颗 粒 状 活 性炭 与 高 密度 压 缩 活 性 炭 是 最 常 见 的 两 种 应 用 形 式 。 由于 颗 粒 状 活 性炭 的颗 粒 间 缝 隙较 大 ，不 能 很好 地保 证 水 与 活 性 炭 的 接 触 时 间 ，净化 效 果 由 流 速 和 进 水 水 质 决定 。 高 密度 压 缩 活 性 炭 利 用 特殊 工 艺 加 大 了活 性 炭 的密 度 ，保 证 了 活 性炭 吸 附 表 面 积 与 水 的充 分 有 效 接触 ，其 炭 粒 之 间形 成 了具 有 特 定 孔 隙分 布 的立 体交错
4、 网状 结构 ， 水 流须从 孔隙之 间流 过， 因而增 加 了高密度 压 缩活 性炭 的 吸附能 力，同时也 能 够机 械 截 留粒 径 大 于 孔 隙 尺 寸 的 物 质 。 另外 ，通 过 特 殊 处 理 的 活 性炭 还 可 以去 除部 分 重 金 属 ，如 铅和汞 。 二、杀菌离子技术 目前 ，越 来 越 多 的 人 对 家 用 净 水器 提 出 了可 以生 饮 的要 求 ， 即 出 水 可 以 直接 饮 用 ， 因此 饮 用 水 的微 生 物 安全 性 成 为 家 用 净水 技术 器 必 须解 决 的 问题 。但是 ，活 性 炭 吸 附分 离技 术 并未 从根 本 上 实 现 对饮
5、 用 水 中病 原体 的消毒 。为 了 同时达 到 杀菌 抑菌 的效 果 ，活 性炭 常 与载银 活 陛炭 或 碘树 脂 、 KDF ( 一 种 高纯 度铜合 金 ) 、紫 外 线消 毒等技 术联 合使 用。 载 银 活 性 炭 是 将 附 载 的 银 离 子 释 放 到 水 中 ， 当 水 中 银 离 子 达 到 一 定 浓 度 时 ，起 到 抑 制 水 中微 生 物 繁 殖 的作 用 ；碘 树 脂 是 利 用 释 放 的 碘 离 子 进 行 杀 菌 ；KDF利 用 释 放 出 的 锌 离 子 达 到 杀 菌 作 用 。 杀 菌 效 果 取 决 于 这 些 杀 菌 离 子 的 浓 度 ，浓
6、度 越 高 ，杀 菌 效 果 就 会 越 好 。 一 旦 水 中 的 杀 菌 离 子 超 标 ，就 会 影 响 饮 用 水 的 口感 、 危 害 人 体 健 康 。 而 浓 度 过 低 ，则 起 不 到 有 效 的 杀 菌 、 抑 菌 的 作 用 。 杀 菌 离 子 的 浓 度 很 难 控 制 ，更 难 保 证 该 过 滤 材 料 自 始 至 终 都 具 备 杀 菌 效 果 。 相 比 之 下 ，高 密 技 泪 黼 一 懈 一 刮 领 删 辫 一 蝴 度 活 性 炭 与 紫 外 线 消 毒 技 术 联 用 ，是 一 种 净 化 效 果 较 为理 想 的 技 术 组 合 。 三、紫外线消毒技术
7、l 紫外线消毒原理 紫 外 线 属 广 谱 杀 菌 射 线 ，是 一种 波 长 范 围 在 1 0 0 -3 8 0 n m的 电 磁 波 ，其 中具 有 消 毒 能 力 的 波 段 是2 0 0 - 2 8 0 n m ，即UV- C，又 称 短 波 紫 外 线 、灭 菌 紫 外 线 。紫 外 线 杀 菌 的 原 理 是 ，利 用 紫 外 线 光 量 子 的能 量 ，破 坏 各 种 微 生 物体 的 核 酸 结 构 ，使 微 生 物 丧 失 复 制 和 繁 殖 的能 力 。 因 为 ，脱 氧 核 糖 核 酸( DNA)在 2 5 4 n m 左 右 有 最 大 的 吸 收率 ，所 以2 5
8、4 nm的紫 外 线 对 微 生 物 具 有 非 常 好 的灭 活 效 果 ，从 而 在 不 使 用 任 何 化 学 药 剂 的情 况 下达 到消 毒杀菌 的 目的 。 2紫外线消毒 技术标 准 紫 外 线 消 毒 效 果 取 决 于 紫 外 线 的 辐 射 强 度 和 辐 照 时 间 ， 即 辐 照 剂 量 ， 也 称 紫 外 线 剂 量 。 城 镇 给排 水 紫外 线 消毒 设 备 ( GB T 1 9 8 3 7 - 2 0 0 5)规 定 了城 镇 生 活饮 用 水 的 有效 紫 外 线 剂 量 标 准 为4 0 mJ c m 。 美 国NS F ANSI 标 准5 5，是 目前 内容
9、 最 为 详尽 的 有 关微 生 物 水 处理 系 统 的测 试 标 准 ，其 中规 定 了A类 系统 和B类 系 统 。A类 系 统 可 以 处 理 微 生 物 污 染 的饮 用 水 ，B类 系 统 是 对 已经 处 理 或 消 毒 的 公 共饮 水 或 经其 他 卫 生 部 门测 试 且 符 合 人体 饮 用标 准 饮 水 的 补 充 杀 菌 处理 。 A系统 的 紫外 线 剂 量 不小 于 4 0 mJ c m ， 验证 微生 物是MS 2 噬 茵体 ；B类 系 统 的剂 量要 求不小 于 1 6 mJ c m ， 验 证微 生物采 用 S c e r e v i s i a e ( 酿
10、 酒 酵母 菌) 。 3 紫外线消毒技术的特点 足 够 的紫 外线 辐 照剂 量理 论 上 可 以杀 死 的微 生物 包括 细菌 、 病 毒 、 真 菌 、 孢 子 、 原 虫 ，且 杀菌 速 度 快 ，大 多数 都 在 1 秒 之 内 ，尤其 对抗 氯 性 的两 虫( 贾 第 鞭 毛 虫和 隐孢 子 虫 )具有 明显 的 优 势 。紫 外线 的 穿透 能力 低 ，对 水 质 有 一 定 的 要 求 。 水 的透 光 率 、水 层 厚度 和 进水 流量 都会 影 响 紫 外 线 对 于 微 生 物 灭 活 的 效 果 。 家用 净水 器 的水 源 为市政 自 来 水 ，在 进入 紫 外线 消毒
11、 之 前会 先 经过 预 处理 、超滤 、活 性炭 吸 附 等 去 除 水 中 的 颗 粒 物 和 有 机 物 ，处理 后 ，水 的浊 度一 般 不会 超过散 射 浊度 单位( 1 NTU) ，水 质 良好且 稳定 ，其对 紫外 线 的影 响可 以忽 略不计 。 紫外 线 消毒 技术 与载 银 活性 炭 、杀菌 树脂 等 杀 灭细菌 、病毒 的方 式 不 同 ，它不 向水 中释 放任 何 化 学 物 质 ，不 生 成 有 害 的 消 毒 副产 物 ，是一 种 非常成 熟 的饮 用水 物理 消 毒技 术 ，具 有其 他技 术不 可 比拟 的优 势 ，在水 处 理领 域 的应 用 日趋广 泛 ，如
12、城 镇 污水 消毒 ，生活 饮 用水 或饮 用净 水 消 毒 ，纯 水制 备 ，城 市污 水再 生 利 用 消毒 等 。虽然 紫 外线 消毒 技术 在 污水 处理 、市 政 用水 处理 中存 在不 具 有持 续消 毒效 果 以及 消毒 后微 生 物 的光复 活 等 问题 ，但在 直 接饮 用 的家 用净 水器 中则 不是 问题 。欧 洲及北 美 的许 多 国家均 已将 紫 外 线 技 术 列 为用 水 终 端 及 小 型 给 水 系 统 的首 选 方 法 ， 紫 外 线 消 毒 技 术 在 我 国 净水 系 统 中的应用也 逐渐 得到 重视 。 4 笨 0 约紫 外线 消毒 技 术 应用 的因
13、雾 紫 外 线 消 毒 技 术 虽 然 是 一 项 成 熟 的技 术， 但在 家 用 净 水器 中 的应 用 并 不广 泛 ， 只 有 少 数 的 几 个 品 牌 推 出 了带 有 紫 外 线 功 能 的 净 水 器 。对 此 ，笔 者 认 为 可 以从 以下 三 个 方 面 来 分 析 ： 首 先 ，家 用 净 水 器 的使 用特 点 是 多 频 次 ，短 时 间 的制 备 饮 用 水 ，一般 的紫外 线 灯管 需 要3 到 5 秒 或 更长 的预 热 时 间才能 点 亮 发 出 起 到 杀 菌 作 用 的紫 外 线 ， 无 法 达 到 即开 即饮 的要 求 。 因 此 只 有 在 净 水
14、时可 以 即 刻 点 亮 并 且 快 速 达 到 稳 定 状 态 的 紫 外 线 灯 管 才 适 合 用 在 家 用 净 水 器 。 第 二 ，紫 外 线 消 毒 装 置 除 了 要 选 择 合 适 的 紫 外 线 灯 管 外 ，还 需 要 配 套 的 电路 设 计 ， 紫 外 线 灯 管 如 果 一 直 处 于 点 亮 的 状 态 ，不 仅 会 浪 费 能 源 、缩 短 灯 管 的使 用寿 命 ，也 会 加 热 存 储 在 净 水 器 内部 的 水 ，所 以 要 通 过 紫 外 线 灯 管 控 制 电 路 实 现 灯 管 在 水 流 入 时 启 动 ，水 流 停 止 时熄 灭 的 功 能 。 第 三 ，紫 外 线 灯 管 需 要稳 定 可 靠 的 供 电 才 能 工 作 ， 通 用 的供 电 方 式 需 要 通 过 金 属 连 接 器 来 实 现 。在 净 水 的过 程 中 ，如 果 无 法 做 到 水 电分 离 ， 则金 属 连 接 器 容 易 生 锈 ，造 成 接触 不 良 ，带 来 安 全 隐患 。 质量与认证 2 0 1 4 1 2 I 4 7
