关于活性炭去除水中余氯的半脱氯值的讨论
作者对表征活性炭去除水中余氯的半脱氯值进行了讨论，发现影响半脱氯值的因素较多，特别是粒径影响较大，具体测定中应预控制。 关键词 活性炭，半脱氯值，余氯
活性炭作为一种水处理药剂(净水剂)应用十分广泛。活性炭可以除臭去色并去除水中微量有害物质。在纯水和饮用水的制备中，活性炭已成为去除水中有机物和余氯的一个必不可少的手段。众所周知，活性炭对余氯的去除效果很好，使用也有相当长的一段时间，但是对于判断活性炭去除余氯性能好坏却没有一个理想指标。
从理论上讲，活性炭吸附余氯，其吸附能力的好坏主要取决于吸附容量和吸附速度，二者缺一不可。在水处理工业应用中，主要要求在较短的接触时间内得到较高的吸附量，亦即高的吸附速率，而不是单纯强调吸附容量的大小。所以，必须找到一个合适的指标可将二者有机地结合。以往曾有一些理论上的推导及计算，如吸附带的厚度、穿透时间等等，这些都必须在已知吸附容量及吸附质的扩散系数的前提下来模拟计算，直观性较差。最近，建设部制定了净水器用活性炭吸附水中余氯的半脱氯值的测定方法。并建议测得的活性炭半脱氯值可以用来判断活性炭在水处理中去除水中余氯的好坏。
半脱氯值测定方法是在给定条件下，让含氯水通过活性炭柱后，出水中余氯浓度恰好等于进水余氯浓度一半时所需要的炭层高度。 试验装置如图1。
1—水槽；2，3，5，7—活塞(或夹子)；
4—转子流量计；6—测定管，内装活性炭吸附层。
图1 半脱氯值试验装置
1 试验条件
1)试验用水余氯浓度恒定C＝5.0 mg/L±0.5 mg/L(pH恒定7.0～7.5)； 2)水的流速v＝36 m/h(1 cm/s)；
3)活性炭层高度L＝10 cm±0.1 cm，炭样的粒度为1.0～2.5 mm，并经预处理。控制水的温度T＝(20±3) ℃。
试验结果按下式计算：
H1／2＝0.301 0H÷(logC0－logC)
式中H1／2、H、C、C0分别表示半脱氯值(cm)、活性炭层高度(cm)、进、出水余氯浓度(mg/L)。其最终半脱氯值的判断标准是小于6 cm。
我们在进行活性炭脱除水中余氯规律的研究中，采用了半脱氯值指标，因为半脱氯值作为判断活性炭去除水中余氯性能好坏有一定直观性，且测试方法比较简单。但实际使用中却发现半脱氯值的测定结果规律性不好，与活性炭对水中余氯的吸附容量和吸附速度的测定结果不吻合。比如，我们曾对九种活性炭按上述标准方法测其半脱氯值，结果见表1。
表1 九种活性炭的半脱氯值
活性炭编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 半脱氯值H1／2 6.01 8.16 5.43 5.37 5.23 7.30 6.80 13.6 7.36 /cm 注：粒径1.0～2.5 mm范围内，＜1.25 mm和＞1.25 mm颗粒各占50%。 根据表1数据得出的结论是3＃、4＃、5＃三种炭样半脱氯值小于6 cm，认为是合格炭样。而1＃、2＃、6＃、7＃、8＃、9＃六种炭样半脱氯值大于6 cm，为不合格炭样。这与我们在吸附容量和吸附速度的测定结果出现了明显的差异，尤其是一些粒径分布特殊的炭样更为悬殊。研究其原因，经研究认为，主要是该半脱氯值测定方法的误差所致，其误差来源主要有如下几个方面。
1.1 活性炭粒径对半脱氯值的影响
活性炭粒径大小对吸附性能的影响十分重大，因为它影响吸附速度、吸附带厚度。标准测定方法中对粒径虽做了规定，但发现根据1.0～2.5 mm选出的炭样误差很大。因为不同种类的活性炭粒径分布状况差别悬殊，在我们实验室中的九种炭样中就发现有的大都为1.25 mm以下的小颗粒，有的大都为1.25 mm以上的颗粒，为了测得粒径的影响程度，我们以同一种活性炭为样品，选用活性炭粒径为＞2.5 mm，2.5～1.25 mm，1.25～0.9 mm及＜0.9 mm四个组分，在实验室规定的条件下，分别测出其半脱氯值，结果见表2。
表2 粒径对半脱氯值的影响(9＃炭) 粒径/mm ＜0.9 0.9～1.25 1.25～2.5 ＞2.5 6.62 11.5 20.32 半脱氯值H1／2/cm 2.34 从表2可以看出，粒径对半脱氯值的影响非常大，根据表2结果计算可得，活性炭粒径每变动0.1 mm，半脱氯值变化可达0.6 cm。按标准中规定的1.0～2.5 mm范围筛选试验样品无疑会带来很大的偏差，即使表1中我们试验的活性炭样在1.0～2.5 mm的范围内按＜1.25 mm和＞1.25 mm重量比1∶1混合，显然也是没有克服粒径带来的巨大误差，所以这可能就是半脱氯实测值与真实的吸附容量和吸附速度之间存在较大差异的原因。由此可见，在使用半脱氯值这个测试方法时必须严格控制粒径的范围，根据半脱氯值的误差不得超过1.0 cm的要求，故要控制粒径的范围在±0.05 mm之间，否则实测值将没有实际意义。
1.2 流速对半脱氯值的影响
流速对活性炭吸附能力的影响是很大的。半脱氯值的标准中仅对流速做出规定，而没有给出允许的波动范围，这会给实际应用带来一定的偏差。所以，我们又在改变流速的情况下，选取3＃、9＃二种炭样进行半脱氯值的试验，试验结果见表3。
表3 流速对半脱氯值的影响
碳样 流速v/cm.s－1 0.16 0.25 0.33 0.50 1.00 1.50 2.00 编号 3＃ 半脱氯值 1.26 2.10 2.16 2.97 5.43 6.14 7.77 H1／2/cm 1/H1／2/1.cm－1 0.79 0.48 0.46 0.34 0.18 0.16 0.13 9＃ H1／2/cm 2.06 3.29 3.98 7.36 9.78 10.9 1/H1／2/1.cm－1 0.49 0.30 0.25 0.13 0.10 0.09 从表3可看出，随流速增大，半脱氯值增高，在1 cm/s附近，流速对半脱氯值影响大约是［0．3(3#炭)～0.6 cm(9＃炭)］/0.1 cm/s。因此，在半脱氯值测定中，流速允许波动的范围应是±0.1 cm/s。
另外，从本试验中还可看出，随着流速增大，半脱氯值上升，活性炭对余氯吸附的吸附带加长，活性炭装置的运行周期(与1/H1／2成正比的值)下降，从流速与1/H1／2关系中可找到活性炭在工业装置中吸附余氯的适当流速范围。
当流速增加，活性炭床工作周期下降。但流速达到一定值后，对工作周期的影响减少，这一结论对实际应用有一定的指导意义，可以用于选择活性炭床运行流速。根据上述实验结论看出，半脱氯值的应用场合很多，它不仅可以作为活性炭除氯性能的评判，在活性炭的选型中使用，也可以在选择活性炭床的最大流速和最佳工作周期上起到指示作用。在实际的工业现场应用中，半脱氯值是一个很有用的指标。 1.3 温度和pH对半脱氯值的影响
温度和pH均会影响活性炭对余氯的吸附，故在半脱氯值测定的标准中规定的条件必须严格遵守，否则，会带来较大的误差。 2 结语
半脱氯值指标，不失为一个可较好地将活性炭对余氯的吸附容量和吸附速度综合表述的指标。它可以快速、简洁、有效地表征活性炭去除余氯的性能。在实际应用中，有较强的实用性，既可作为活性炭除氯性能的评选方法，也可为去除余氯活性炭床工作条件的选择提供参考。但半脱氯值测定方法本身存在较大的误差，主要是活性炭粒度和流速以及温度与pH应当严格予以控制。
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