活性炭去除COD/重金属场景及活性炭选型

　　活性炭是一种具有高度发达孔隙结构和强吸附能力的多孔碳材料，广泛应用于水处理、空气净化、食品医药等领域。在工业废水处理中，活性炭能有效去除化学需氧量(COD)和重金属离子，但其吸附性能受活性炭类型、水质条件及运行参数影响。本文将从应用场景、吸附机理及选型要点三个方面进行详细解析，帮助用户优化活性炭使用方案。

　　一、活性炭去除COD的应用及机理

　　1. 适用场景

　　活性炭主要用于处理含有机污染物的废水，典型应用包括：

　　化工废水：含苯系物、酚类、染料中间体等高COD废水;

　　制药废水：抗生素、发酵液等难降解有机物;

　　食品加工废水：油脂、蛋白质等高浓度有机废水;

　　市政污水深度处理：进一步降低二级出水中的溶解性COD。

　　2. 吸附机理

　　活性炭去除COD主要依赖**物理吸附和化学吸附：

　　物理吸附：依靠活性炭的巨大比表面积(500~1500 m²/g)和微孔结构，通过范德华力吸附有机分子;

　　化学吸附：表面含氧官能团(如羧基、羟基)可与极性有机物发生化学反应，增强吸附效果。

　　影响因素：

　　pH值：酸性条件(pH 3~5)有利于吸附酚类、染料等有机物;

　　温度：低温(<30℃)更利于物理吸附;

　　有机物分子量：活性炭对中分子量(200~1000 Da)有机物吸附效果最佳。

　　二、活性炭去除重金属的应用及机理

　　1. 适用场景

　　活性炭可有效吸附水中铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)、铬(Cr)、砷(As)等重金属离子，典型应用包括：

　　电镀废水：含高浓度铜、镍、锌等;

　　矿山废水：含砷、铅、镉等毒性重金属;

　　电子行业废水：含贵金属(金、银)回收;

　　饮用水净化：去除微量铅、汞等有害金属。

　　2. 吸附机理

　　重金属吸附主要通过以下方式：

　　物理吸附：微孔截留金属离子;

　　离子交换：活性炭表面的含氧基团(如-COOH)与金属离子结合;

　　表面沉淀：在适宜pH下，金属离子形成氢氧化物沉淀并被活性炭捕获。

　　影响因素：

　　pH值：多数重金属在pH 5~8**时吸附最佳(如Cr⁶⁺需酸性条件，而Pb²⁺适合中性);

　　竞争离子：Ca²⁺、Mg²⁺等会与重金属竞争吸附位点;

　　活性炭改性：经硫化物、氧化剂或螯合剂处理的活性炭对特定金属(如Hg、As)吸附能力更强。

　　三、活性炭选型关键要点

　　1. 按孔隙结构选择

　　粉末活性炭(PAC)：粒径<0.1 mm，适用于应急处理或高浓度COD废水，但需后续过滤;

　　颗粒活性炭(GAC)：粒径0.5~4 mm，适用于连续流吸附塔，易再生;

　　蜂窝活性炭：低阻力，适合废气处理，但水处理应用较少。

　　2. 按表面化学性质选择

　　普通活性炭：适合非极性有机物(如苯、氯仿);

　　氧化改性活性炭：增加含氧基团，提升对重金属和极性有机物吸附能力;

　　硫浸渍活性炭：专用于汞(Hg)吸附，如烟气治理。

　　3. 运行参数优化

　　接触时间：一般需30~60分钟，可通过动态吸附实验确定最佳值;

　　投加量：COD去除通常需10~100 mg/L，重金属去除需50~500 mg/L;

　　再生方式：热再生(300~900℃)适用于GAC，化学再生适用于PAC。

　　活性炭是去除COD和重金属的高效吸附剂，但其性能高度依赖选型与运行条件。针对高COD有机废水，宜选用高比表面积粉末活性炭，并控制pH在酸性范围;对于重金属废水，需选择改性活性炭，并优化pH以增强离子交换作用。未来，活性炭技术将向定向改性和再生利用方向发展，以降低处理成本并提升环境友好性。企业在实际应用中应结合水质分析和小试实验，选择最经济高效的活性炭解决方案。