活性炭在環境保護中的應用研究

于 濤

（長春市環境保護研究所吉林長春130000）

活性炭在環境保護中的應用研究

于 濤

（長春市環境保護研究所吉林長春130000）

在環境保護中活性炭的應用起到了一定有效作用，它是一種具有吸附功能的炭質，在水及空氣污染中都有一定的應用效率，而且不會造成二次污染的情況，下面本文將對活性炭在水處理及空氣污染環境中的應用進行探究，具體內容如下。

活性炭；吸附功能；環境保護；應用研究

活性炭的應用比較廣泛，最早在食品加工、藥品制作、化工原料生產等領域被廣泛使用，隨國家社會經濟的不斷進步，活性炭應用的范圍越來越廣泛，現在在水處理及空氣污染等方面的應用也越來越多。活性炭是一種黑色的多孔固體材料，由碳為主的成分和其他灰分組成，構造中孔隙比較多，有極強的吸附功能，屬于一種優質吸附劑。活性炭在水或溶劑中均不會發生溶合現象，具有較強的抗酸、抗熱、抗堿和穩定性，因此，被廣泛應用于水處理或空氣污染等環境保護中，并呈現出顯著的應用效果。

1 活性炭作用機理

活性炭具有極強吸附功能的原因就是由于其屬于一種固體材料，其結構表面有一種不飽和原子力場，可以降低其他分子的能量，將其吸附在活性炭結構上，并促使吸附到的分子聚集。同時在活性炭生產時，已經除掉了具有揮發性的有機物，所以其結構會出現很多小孔隙，孔隙的形成就是晶格組成時形成的，而這些小孔隙占據整個結構的70%～80%，孔隙的分布及形態各異，因而促使孔隙壁不斷增加，而1g活性炭的孔隙壁面積要比整體活性炭表面積多出500m2～1700m2，因此促成活性炭吸附能力的強大。活性炭吸附能力極強的原因除了與孔隙多及表面積大有關外，還受結構表面的化學性質影響。活性炭表面的化學性質屬于非極性，其產生電荷作用要根據其凈化條件的不同，自身結構會隨之產生不同的電極而放出正電荷，活性炭在放出電荷后，凈化環境中的分子會爭先恐后向前聚集，從而更加強了其吸附作用。在孔隙壁與表面化學結構均能產生吸附作用中，孔隙壁的吸附力更強。

2 在環境保護中活性炭對水處理應用

環境保護中對水的保護和處理是非常關鍵的，在很多發達國家利用活性炭處理水的概率達40%，但我國利用活性炭處理水的概率非常低，因為利用活性炭進行水處理，其成本很高，所以在我國工業用水或城市用水等方面，其應用率會比較低。但活性炭對水的處理效率非常好，因為它具有較強的吸附功能，同時在吸附飽和后，可經過再次處理后繼續使用，同時不會影響吸附效率，因此是一種較為有效的水處理方法。下面通過對活性炭在人們生活用水、工業用水、生活污水及工業廢水上的應用，觀察其應用效率。

2.1 活性炭對人們生活用水及上水源水的處理

在水的應用中，人們生活用水的質量要求非常高，對其中含有的pH、毒性、生物耗氧量、臭味和大腸桿菌等的控制都有非常嚴格的規定。而將活性炭用于生活用水的凈化中，具有較高的應用效果。它可以有效的將水中的臭味、及各種雜質利用吸附性進行去除，同時不會二次生成鎂或鈣等重金屬物質或氯化氫等化合物，與漂白粉或氯等的凈化相比較，有較高的使用效率，無二次毒害。而且隨著人們生活水平的不斷提高，對自身健康及生活質量標準的要求也逐步提高，傳統的凈化水的應用已經不能滿足人們的要求，因此我們國家也在逐步加強活性炭凈化生活用水的利用率，但實際的應用中活性炭的成本很高，會阻礙相關部門實施的效率，因此也應加強對活性炭凈化生活用水的進一步研究，盡量降低費用，從而使人們都能用水更健康的水。

2.2 活性炭對工業用水的處理

在工業用水中，水質的要求需根據應用差異來制定相關標準，在高純度用水上，多為醫藥行業、化學工業或電子工業等領域應用比較多。利用活性炭進行高純度水的處理，可有效去除水中的農藥殘留、二氧化碳、膠質、有機物或因高壓法形成的熱原和氣體等，對高純度水的處理效果非常高，從而提高了工業用水的安全性。

2.3 活性炭對城市居民生活污水的處理

對污水處理，活性炭的應用目的就是除掉污水中含有的危害物質及異味，促使污水經處理后能夠再次被利用，提高再利用率。污水中的有害物質包括汞、油、苯酚等金屬物，還有COD、TOC及BOD等污染指標及臭味等。利用活性炭對污水的處理有兩個處理過程，一個叫二級處理，一個叫三級處理。二級處理是將廢水置于預處理裝置，經化學混凝沉淀后進行砂濾，再利用活性炭吸附，之后排放。三級處理是將廢水置于預處理裝置，進行混凝沉淀或者混凝浮選，經過生物氧化處理后，再進行砂濾，砂濾完成后進行活性炭吸附處理，之后可直接排放也可再次殺菌。

在人們生活污水的處理上，可以進行二級處理，也可進行三級處理，但一般采用三級處理，三級處理的污水其中含有的有機碳含量明顯小于5mg/L，高錳酸鹽指數可顯著低于105mg/L，具有較高的凈化率，再次使用或排放對土地等環境的影響甚微。

2.4 活性炭對工業廢水的處理

工業廢水對環境的污染非常嚴重，由于不同工業有不同的生產方法和排污方法，其污水中含有的雜質、污染物、各種有害成分等也不同，造成廢水排污的參差不齊，導致污染物和有毒物質隨水流流失對江河湖泊造成危害和污染，影響環境。而在工業廢水的處理上，利用活性炭進行水質凈化是非常重要的，一般工業部門也采用二級處理或三級處理，其中仍以三級處理為主，經三級處理的水質危害物質可明顯降低，增加了再次利用的效率。尤其對于水源短缺的城市或地區，它可以有效進行補給，而且經活性炭處理的廢水水質較好，無二次毒害，可全部回收利用，也可部分利用，同時能夠將其中的個別物質提出再次使用，節約了能源。

在環境處理中對水的處理是一項非常關鍵的部分，因為水是生命之源，與人們的生產、生活息息相關，無論是人們生活飲用的水還是工業使用的水，都有一定的質量標準，為確保使用的安全性，同時污水與工業廢水的處理，對人們的生產和生活同樣有至關重要的影響，所以要加強對水環境的處理。在采用活性炭進行水處理的應用上，起源最早的國家是芝加哥，隨著社會不斷發展，逐漸將活性炭的應用擴展到了對城市用水及工業生產等領域中。因為活性炭具有極強的吸附能力，同時結構又有非常多的孔隙組成，孔隙越多吸附能力就越強，尤其在水中，活性炭可利用表面極強的吸附能力，對水內含有的一些酚類、苯類、鉛、汞及鉻等重金屬物質、農藥、洗滌劑或其他化學物質等起到顯著的吸附和去除作用，同時活性炭具有較強的穩定性，不會發生溶解等情況，而且操作簡單方便，還不會占用較大空間，在處理水凈化或廢水時，容易操控，對不同濃度的水溶液都有較好吸附作用，而且在濃度越高的水溶液中吸附能力越強，所以是一種應用率較高的水處理物質，同時活性炭具有飽和后再次使用的功能，對水處理后不會造成水的二次污染，因而無論是在生活用水、工業用水還是生活廢水或工業廢水的處理上，它都有較強的效果，而且不會造成廢水處理后對土地或江河湖泊等的污染。

3 在環境保護中活性炭對空氣污染處理的應用

3.1 活性炭對室內空氣污染的防治

在人們日常生活的居室內，由于人們來回走動或腋臭等，會造成室內空氣污染；廚房炒菜涌出的油煙也會造成室內空氣污染；裝潢應用的粘膠或各種揮發性溶劑均對室內造成污染；廁所內異物的影響也會造成空氣污染，在室內各種原因造成的空氣污染中，均含有不同程度的一氧化碳、二氧化硫、三氫化氮、硫化氫和二氧化碳等危害物質，對人們健康會造成危害。因此應在燃氣灶部位放置活性炭，利用其吸附功能對有害氣體進行吸附；同時還可以利用活性炭制作成的各種炭制品，放于室內角落或電器附近，讓其吸附污染物，從而使室內空氣盡量減少污染。

3.2 活性炭對煙氣脫硫的處理

空氣污染的防治已經成為了一項各國都非常重視和正在處理的問題，在我國，燃煤和石油的利用會增加空氣中硫的含量，導致空氣污染。硫在空氣中流動會造成天氣的變化，近幾年來，有很多地方發生硫酸雨，造成土地和空氣被硫酸破壞，因此要加強對硫酸的處理。方法有很多，一種就是人們生產生活中不要利用硫能源或進一步減少硫使用；或者利用石灰乳進行硫化物中和，形成亞石膏，再將亞石膏置于水泥中利用，這樣會造成硫能力的大量損失；或者利用高壓電場法進行硫化物的化學作用，促使其形成肥料和稀硫酸等物質，但其中形成的一種硫化氫物質，在處理上非常棘手，效果也不明顯；再有一種方法就是進行活性炭脫硫。活性炭脫硫具有很好的凈化空氣作用，將氧氣和二氧化硫同時置于100℃高溫下，通過化學作用，可形成三氧化硫，將其置于水蒸氣狀態，利用活性炭的極強吸附能力對三氧化硫進行吸附，之后再利用氨水洗、水蒸氣加熱或水洗等方法，將硫集體收集，通過生產再次應用，這樣不僅達到脫硫目的，還可以節省能源利用。實際操作中也存在問題，就是活性炭的應用量比較大，需要高昂的費用支撐，造成一定經濟負擔，但活性炭脫硫對煙氣中的硫化物去除又具有較高效率，所以應該加強對此方法的探究，研制出一種既節省費用又可以進行有效除硫的方法。

3.3 活性炭對汽車尾氣污染的防治

現在影響城市空氣環境質量的一個重大污染因素就是汽車尾氣，社會在不斷發展，人們經濟利益也在隨之不斷改善，汽車的應用率逐年增加，從而造成對城市空氣環境的污染。具有關學者研究報道，影響我國城市空氣污染的汽車尾氣污染占60%～70%，在汽車尾氣污染中汽車燃油造成的污染占30%～40%，說明汽車尾氣排出的碳氫化合物或燃油揮發是造成城市污染的主要因素，它們被紫外線照射會形成繚繞的煙霧，導致城市彌漫在煙霧中。燃油的揮發不僅是一種能源浪費，對司機造成健康危害，對廣大人民的健康同樣會造成危害，這些煙霧中含有各類危害因子，如甲苯、烯類、二異氰酸甲苯脂、醛類或酮類等等，人們長期在這種環境下生活，會造成眼部、皮膚或氣管等損傷，使人們出現咳嗽、頭暈、眼脹等癥狀，重癥者會造成血液疾病，嚴重威脅人們的健康。在很早以前歐美等國家已經開始應用活性炭對燃油揮發進行處理，利用它的高強度吸附能力來附著危害微粒，減少尾氣污染，從而使空氣變得清新怡人。我國也逐步將活性炭試用于汽車尾氣污染中，取得了一定效果，同時還加強了對活性炭在空氣污染中應用的研究和探索。

4 活性炭應用展望

活性炭在環境保護中的應用效率，無論是發達國家還是發展中國家，目前均已經認識到其使用的重要性，并根據活性炭使用的機制及特性，加強了對活性炭深入研究和開發的重視。同時也有學者預測了活性炭未來應用的效率，在像中國等發展中國家，活性炭的利用率應增加超過10%的利用率；像歐美發達國家將增加4%的利用率；而世界整體利用水平將增加12×104t。因為活性炭其飽和后可再次利用，不影響效率，基于其獨特的性能，研究者們將進一步提高對其再生的創造，比如溶劑再生利用、電化學再生利用等，擴大其應用范圍，使其更具有應用效率。而且在水處理的應用中，隨著社會經濟的不斷發展和進步，人們生活水平和方式的不斷改變和提高，研究者們將進一步加強活性炭對水環境處理利用的深入探索，進一步加深和提高活性炭高質量的應用效率。

5 結語

通過本文的研究，我們對活性炭的性質及應用機理進行了分析和了解，同時通過對活性炭在水處理及空氣污染處理中的應用進行了分析，深刻了解活性炭對水凈化與廢水處理的應用效果，它不僅具有較強的凈化處理作用，而且沒有二次危害，加強了人們用水的安全性，也大大提高了廢水的再次利用率；在空氣污染中，活性炭利用其吸附作用對室內空氣污染、煙氣脫硫及汽車尾氣等進行作用，提高了人們生活空氣環境的潔凈度，較大程度上改善了人們的居住環境，有效減少了疾病的發生率。總之，隨著國家的不斷強大，社會經濟的不斷發展，在利用活性炭治理環境的決策上，一定會加大研究及實施力度，進一步提高活性炭對環境保護的應用率。

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