表面吸附及其在工业和环境保护中的应用
1.3 商用活性炭的粒径和形状
商业活性炭的生产形式多种多样。因此，根据其粒度和形状，它们可分为粉末、颗粒和成型。
粉状活性炭 (PAC) 的粒径非常小（通常直径小于 100 μm）。与大颗粒相比，它们的优势在于吸附过程中扩散阻力更小，因此吸附率更高。粉状活性炭通常由锯末经化学活化制备。它们更适用于液相吸附，且应用简便。将 PAC 直接加入溶液中，搅拌，短暂接触，然后通过过滤分离。
颗粒活性炭 (GAC) 的粒度相对于 PAC 较大，因此外表面积较小。因此，吸附物质的扩散是一个重要因素。虽然颗粒状或成型炭比粉末状炭更昂贵，但如果利用率高，它们可能更经济，因为它们可以再生和重复使用。颗粒状或成型炭更适合固定床操作中的连续或循环处理。可以通过调节粒度分布来控制床层上的压降。根据所用床层的高度来选择粒度。可以使用各种原材料（例如烟煤、次烟煤、石油焦和泥炭）通过物理活化法制备 GAC。
挤压活性炭是通过将含碳原料与粘合剂（通常是木材、煤焦油或其他泥土）预混合而获得的。然而，人们曾尝试使用树脂、石油产品或其他粘合剂来实现这一目的。造粒工艺包括制备由细磨煤粉和焦油组成的糊状物、挤压颗粒并干燥。生产圆柱形颗粒的最常见方法是通过喷嘴挤出包含煤粘合剂的塑性糊状物。将所得的线材切割成所需尺寸的圆柱形颗粒。形成的颗粒在干燥后进行碳化。已经开发出许多用于造粒活性炭的方法，从而可以生产球形颗粒。这种颗粒比圆柱形或不规则颗粒具有明显的优势，后者特别容易塌陷或磨损。
减少织物整理对环境影响的工艺
2.3.6 粉末活性炭处理
废水中的有毒和坚硬化合物可以用活性炭吸附。 粉状活性炭 (PAC) 处理主要用于去除持久性有机化合物（例如农药和杀菌剂）和有机化合物（例如 AOX、BTEX、MAH 和 PAH）。在这种 PAC 处理中，生物降解过程不受干扰地进行，渗透液成分会发生变化。PAC 被投加到曝气池中。最佳投加量通过实验确定。随着工艺过程中污泥量的增加，可能需要额外的污泥处理系统。由于添加的活性炭的停留时间取决于系统中污泥的龄期，因此 PAC 工艺难以控制。
活性炭（PAC）的存在可以改善污泥的沉降。活性炭添加量越大，产生的污泥越多。应注意粉尘的形成。一个缺点是颜色（黑色沉淀物）。活性炭的存在会影响剩余污泥的去除率。
饮用水净化中的界面科学
2.4.1. 粉末活性炭
粉状活性炭(PAC) 可以在混凝之前、化学添加过程中或沉淀阶段（砂滤之前）添加。前一种情况下，活性炭在混凝过程中从水中去除，后一种情况下则通过过滤去除。顾名思义，PAC 呈颗粒状，粒径通常在 10 到 100 微米之间。PAC 的优点之一是可以在出现问题时短期使用，不再需要时停止使用。对于可能只是周期性出现的问题，例如藻类毒素或味道和气味，这可能是一个主要的成本优势。PAC 的缺点是它目前不能重复使用，而是与处理污泥或反冲洗水一起处理。
稻壳活性炭的生产及其在去除水中天然有机物的性能：综述。
9.1 粉状活性炭
粉状活性炭 通常由直径为 10 至 100 μm 的颗粒组成 (Newcombe, 2006)。此类活性炭尚未得到充分开发，因为其密度、硬度和磨损指数等特性通常较低。由于活性炭通常在使用后丢弃，其生产成本通常较低 (Parsons 等人, 2014)。活性炭常用于去除饮用水中导致异味和味道的 NOM (Carrière 等人, 2009)，但它对去除 DBP 前体无效 (Carrière 等人, 2009)。活性炭可用于水处理的各个阶段，包括混凝前、化学添加过程中或砂滤前的沉淀阶段 (Newcombe, 2006)。然而，由于需要在使用后将活性炭从水中分离，因此其使用存在一些实际困难 (Gupta 等人, 2009)。根据 Newcomb (2006) 的研究，在混凝之前或混凝过程中施用的 PAC 可在混凝过程中从水中去除，而在砂滤前的沉降阶段施用的 PAC 可通过过滤去除。然而，研究表明，与同时施用 PAC 和混凝相比，在混凝前施用 PAC 可提高 NOM 去除率 (Duane 等人，2003 年；Tomaszewska 等人，2004 年)。当 PAC 吸附降低 NOM 浓度时，这也会降低混凝剂的用量。另一方面，在混凝后（或在砂滤前的沉降阶段）施用 PAC 会导致浊度增加，因为 PAC 不会被掺入絮凝物中。PAC 也可单独施用而不进行混凝，但 NOM 去除率低至 4% 至 75% (Uyak 等人，2007 年)。总体而言，化学凝结与 PAC 的联合应用可能比单独使用化学凝结更符合《消毒剂/DBP 法案》第一阶段的要求（Najm 等人，1998 年），是一种更具成本效益的替代方案。
从文献综述中发现，使用稻壳制成的粉末活性炭对 NOM 进行吸附去除的研究很少。
其中，值得一提的是 El-demerdash 等人 (2015) 的研究，他们研究了使用稻壳粉末活性炭去除 NOM 和 THM。在他们的研究成果中，NOM 的去除范围为 9.7% 至 76.1%，而 THM 的去除范围为 12.0% 至 58.8%，具体取决于活性炭的剂量（mg L -1） 。Kalderis 等人 (2008a) 研究了腐殖酸在稻壳提取的 PAC 上的吸附。每克活性炭的最大负载量为 11.59 毫克腐殖酸。作者将低最大负载量归因于稻壳活性炭的微孔性和低 Fe 2 O 3 和 CaO 含量。这与 Daifullah 等人的研究结果一致。 (2004) 报道称，具有较高中孔率的稻壳活性炭对腐殖酸的吸附能力比具有较低中孔率的活性炭高 20%。还有报道称，碳表面存在酸性氧化物如 SiO2 和 P2O5 （ 通常 存在 于灰分中）会降低溶液的 pH 值，从而增加腐殖酸的吸附（Daifullah 等人，2004 年）。Diamadopoulos 等人。（1992 年）发现无灰活性炭对黄腐酸的吸附能力较低。在他们的研究中，与灰分含量高且表面积小于 300 m2/g -1 的活性炭 相比，表面积超过 1000 m2/g -1的 活性炭对 黄腐酸的吸附能力明显较低 。作者认为，活性炭灰分含量增加导致富里酸吸附能力增强，这是因为富里酸能够与构成灰分很大一部分的金属氧化物和金属离子相互作用。这些结果表明，稻壳活性炭中灰分的存在会对水中NOM的去除产生显著影响。表8列出了先前关于稻壳活性炭与商用活性炭和其他低成本吸附剂的NOM去除效率的研究结果。
表 8. 稻壳活性炭与商用活性炭和其他低成本吸附剂的 NOM 去除效率总结。
| 吸收剂 | 姓名/姓名/DBP 扣除额 | 去除效率（%） | 推荐 |
|---|---|---|---|
| 稻壳聚合氯化铝 | 姓名 | 9.7-76.10 | Al-Damardash等人（2015年） |
| 仅限商业 PAC | 姓名 | 71.20 | Joseph等人（2012） |
| 稻壳聚合氯化铝 | 三卤甲烷 | 12-58.8 | Al-Damardash等人（2015年） |
| 明矾+商业PAC | 姓名 | 19-92.0 | Joseph等人（2012） |
| FeCl 3 + PAC 商业 | 姓名 | 2.5-84.0 | Joseph等人（2012） |
| PAC椰子棕榈 | 文档 | 77.00 | Ribave Teixeira等人（2017） |
| 烟煤基活性炭 | 三羟甲基四氢呋喃 | >85.00 | Iriarte-Velasco等人（2008） |
| 商业活性炭 | 目录 | 42-45.00 | Lokkonen等人（2014） |
| 商业活性炭 | 文档 | 58-68.00 | Lokkonen等人（2014） |
| 稻壳活性炭 | 化学需氧量 | 70.00 | Kalderis等人（2008a,b） |
注： THMFP 是三卤甲烷形成的可能性。
从表8的数据可以看出，稻壳活性炭的NOM去除效率与市售活性炭相当。因此，稻壳活性炭可以作为昂贵的市售活性炭的潜在替代品。然而，为了更好地比较两种吸附剂，仍然需要将稻壳活性炭和市售活性炭置于完全相似的水环境中。
含油废水处理
Shahriar Jafarinejad，《 石油废物处理与污染控制》，2017 年
6.4.3.1.2 粉状活性炭活性污泥处理
活性炭（ 粉状活性炭 (PAC) 和颗粒活性炭 (GAC)）因其较大的吸附表面积而长期用于水和废水处理（Tri，2002；Jafarinejad，2015e）。粉状活性炭的直径小于 200 目（Tri，2002）。使用 PAC 的活性污泥处理类似于传统的 AS 工艺，但在此工艺中，PAC 被添加到曝气池或混合液中。通过生物降解和吸附的结合可以实现并增强污染物的去除（Tri，2002；IPIECA，2010）。图 6.6 显示了一个典型的粉状活性炭处理（PACT）工艺的示意图。大部分 PAC 与活性污泥一起回收，但系统需要不断加入新鲜的碳。PACT工艺通常用于处理石油工业废水，这类废水必须满足特定污染物的严格标准（IPIECA，2010）。根据Tri（2002）的研究，PACT工艺通常比单纯的生物降解或吸附工艺更有效地去除有机化合物。PAC投加量和悬浮固体浓度（混合液，PAC）与污泥龄的关系如下：
图 6.6 . 典型粉末活性炭处理 (PACT) 工艺示意图。
改编自IPIECA，2010年。《水和废水处理利用与管理》。IPIECA运营最佳实践系列，伦敦，英国。
其中， Xp 为 平衡 PAC MLSS 含量（mg/L）， Xi 为 PAC 投加量（mg/L）， θc 为固体停留时间（d）， θ 为水力停留时间 (HRT) ( d ) 。碳投加量通常在 20 至 200 mg/L 之间。单位碳的有机物去除率随污泥龄的增加而增加，从而提高了工艺效率 (Tri, 2002)。
水处理过程中的膜老化
粉末活性炭挑战试验
粉状活性炭(PAC) 挑战试验是另一种可以弥补微生物挑战试验缺点的替代方法 。该试验的原理与微生物挑战试验相同，唯一的区别在于，PAC 是将控制剂量的 PAC 引入系统，而不是噬菌体或孢子替代物。 为了模拟贾第鞭毛虫 和 隐孢子虫，PAC 的粒径必须与 这些微生物的粒径范围相同 (Van Hoof、Bruns、Nahrstedt、Panglisch 和 Gimbel，2003)。该方法依赖于粒子计数器，因此存在粒子计数的缺点。此外，该测试的灵敏度受 PAC 粒子粒径分布的影响很大，如果监测不当，可能会导致膜污染。
膜生物反应器强化废水微污染物去除策略：最新进展与未来展望
4.2 增强生物和膜性能的外部添加剂
可以将多种添加剂直接添加到生物反应器中，以增强生物处理效果并减少膜污染，从而提高 MBR 废水处理的整体性能。常见的添加剂包括活性炭、生物炭、生物载体和微生物接种剂。 粉状活性炭 (PAC) 是一种广泛使用的吸附剂，它具有较高的比表面积，可通过直接吸附增强微污染物去除，并通过生物膜形成增强生物降解 (Gutierrez 等人，2021)。Asif 等人 (2020b) 向 MBR 中添加了 20 g/L PAC，观察到与对照组相比，所有八种微污染物的总体去除率提高了 10% 至 40%。活性炭也可以是颗粒状的，用作 MBR 中的流体介质。Lim 等人 (2020b) （2019）开发了一种单级厌氧流化床MBR，利用活性炭（GAC）完全去除低浓度合成废水中的双氯芬酸、布洛芬和磺胺甲恶唑。这些微污染物去除率的提高可归因于它们在GAC上的吸附以及形成的生物膜增强的生物降解作用。
近年来，人们开始使用生物炭和其他生物载体来提升MBR的性能，以降低活性炭的成本。生物炭是一种微孔碳材料，可以作为吸附剂或生物载体，支持微生物生长，从而进一步去除生物过程中的污染物。Cheng等人（2021年）将0.5 g/L柚子皮提取的生物炭引入厌氧MBR，使磺胺嘧啶和磺胺甲恶唑的去除率提高了30%以上。此外，Yu等人（2018年）的研究表明，使用海绵塑料生物载体 的MBR可以有效地富集嗜热菌属（Thermomonas ） ，使磺胺嘧啶和磺胺甲恶唑的去除率分别提高15%和17%。值得注意的是，可以通过接种微生物试剂来开发生物MBR，从而直接强化生物处理。例如，Aydin 和 Ken (2020) 在 MBR 中添加了浓度为 3×108 斑块 形成单位/mL 的 Pyophage 混合物，以增加污泥的代谢和吸附，使红霉素和磺胺甲恶唑的去除率高达 99%。
这些碳添加剂和生物载体也能有效控制膜污染，从而保持MBR性能。Cheng等人（2021）的研究表明，添加生物炭可以通过吸附污泥中的SMP和EPS来降低膜压升高，并将膜污染周期从12天延长至19天。然而，这些添加剂的剂量应根据不同的废水处理情况进行调整，以降低运行成本并防止膜损坏。Akram和Stuckey（2008）的研究表明，将PAC添加量从1.6 g/L增加到3.4 g/L会增加混合液的粘度，从而使膜通量降低44%。（Son等人，2021）。
饮用水净化中的界面科学
2.4. 活性炭在饮用水净化中的应用
饮用水净化中通常使用两种形式的活性炭： 粉状活性炭 和颗粒活性炭。
2.4.1. 粉末活性炭
粉状活性炭 (PAC) 可以在混凝之前、化学添加过程中或沉淀阶段（砂滤之前）添加。前一种情况下，活性炭在混凝过程中从水中去除，后一种情况下则通过过滤去除。顾名思义，PAC 呈颗粒状，粒径通常在 10 到 100 微米之间。PAC 的优点之一是可以在出现问题时短期使用，不再需要时停止使用。对于可能只是周期性出现的问题，例如藻类毒素或味道和气味，这可能是一个主要的成本优势。PAC 的缺点是它目前不能重复使用，而是与处理污泥或反冲洗水一起处理。
2.4.2. 颗粒活性炭
颗粒活性炭 (GAC) 在欧洲和美国广泛用于去除微量污染物，例如农药、工业化学品以及味道和气味。它在澳大利亚的应用也日益广泛，尤其用于去除味道和气味，并防止供水中可能出现的有毒藻类大量繁殖。其粒径比活性炭 (PAC) 更大，通常在 0.4 至 2.5 毫米之间。颗粒活性炭通常用作常规处理之后、消毒之前的最终处理步骤。GAC 的优点在于它能够为水源意外污染提供永久性屏障，并且大量的活性炭提供了非常大的表面积。缺点在于它的使用寿命有限，当其性能不再足以提供高质量的饮用水时，必须更换或再生。定期更换 GAC 会导致持续的高昂处理成本。再生过程需要将活性炭加热到极高的温度以蒸发吸附的化合物。与该过程相关的成本包括建立回收设施或运输至现有设施的资本成本、能源成本以及因侵蚀而造成的部分 GAC 损失。
GAC过滤通常与臭氧结合使用。当与臭氧结合使用时，有时被称为BAC或生物活性炭。然而，这是一个误称，因为所有GAC过滤器在投入使用后几周到几个月内都会发挥生物过滤器的作用。
“尾气”逸散溶剂排放处理。
John B. Durkee II，《 溶剂清洗：方法与机械》，2014 年
4.3 活性炭吸附剂的特性
活性炭是一种全球性产品 E 、 F 。 现实世界中存在基质 G 、 H ，它们是受损产品，可以转化为碳，然后通过各种工艺进行活化。
活性炭如此丰富的原因在于其在实际应用中具有广泛的应用。这些应用包括 从发电厂或炼油厂排放的大量废气中去除至少 H2S 、 SO2 、 NOX 、 HCN 、HCOH（甲醛）、NH3 、 汞和 CO2 ，以及控制清洁操作产生的温室气体排放。除了使用活性炭 (GAC) 进行空气净化的应用外，PAC 还可能用于水净化。
上述每种吸附应用都最好使用不同的活化吸附剂。您可以选择具有不同特性的产品：最小孔径、孔径和体积分布、单位体积负载的总表面积 8 。特别是，活化方法 I 。
对用户来说，这是个好消息。市面上有很多实力雄厚、经验丰富、竞争力强的活性炭 9供应商 。没有理由与一家看起来不靠谱的公司合作。
坏消息是，活性炭的制备、使用和回收是一个价值至少 40 亿美元的全球产业，而用于溶剂回收或清洁操作回收的资金在该产业规模中微不足道。
就蒸汽扩散处理在商业规模上用于回收溶剂而言，它与加油站的温室气体排放有关（或曾经与此有关），特别是在加利福尼亚州，用于胶带行业（密封胶带）凹版印刷和香烟纤维素包装的溶剂的回收。
全球活性炭贸易的大部分目的是去除水中的氯胺，使其适合饮用。