一、工作原理

吸附作用

物理吸附：活性炭具有高度发达的孔隙结构，这是其吸附能力的关键。孔隙分为微孔（孔径小于 2nm）、中孔（孔径 2 - 50nm）和大孔（孔径大于 50nm）。其中，微孔提供了巨大的比表面积，是物理吸附的主要场所。当含有杂质的水通过活性炭时，水中的分子会在范德华力的作用下被吸附到活性炭的孔隙表面。例如，对于水中的小分子有机污染物，如苯、甲苯等，会被吸附在微孔中；对于一些大分子有机物，如腐殖酸等，则可能被吸附在中孔或大孔中。

化学吸附：活性炭表面的官能团也对吸附过程有一定的影响。其表面含有羟基、羧基等官能团，这些官能团可以与水中的某些杂质发生化学吸附。例如，对于水中的重金属离子，如汞离子（Hg²⁺）、铅离子（Pb²⁺）等，官能团可以与它们发生离子交换或络合反应，从而将重金属离子吸附在活性炭表面。

过滤作用

除了吸附作用外，活性炭过滤器还起到过滤的功能。活性炭颗粒之间存在一定的孔隙，当水通过滤层时，水中的悬浮颗粒、胶体等杂质会被拦截在活性炭颗粒之间的孔隙中或滤层表面。例如，水中的泥沙、藻类、细菌等杂质会被阻挡在滤层外，从而实现对水的初步净化。

二、结构组成

罐体部分

罐体材料：活性炭过滤器的罐体通常采用不锈钢、碳钢或玻璃钢等材质。不锈钢（如 304、316 不锈钢）罐体具有出色的耐腐蚀性，能够承受多种化学物质的侵蚀，而且强度较高，适用于处理对水质要求严格或含有腐蚀性成分的水。碳钢罐体成本相对较低，但为防止生锈，一般需要进行防腐处理，如涂漆或衬胶。玻璃钢罐体质轻，耐腐蚀性能良好，并且具有良好的绝缘性，常用于小型过滤器或对设备重量有要求的场合。

罐体形状与接口：罐体形状大多为圆柱形，两端有椭圆形或球形封头。罐身上设置有多个接口，包括进水口、出水口、反冲洗进水口、反冲洗排水口、人孔和窥视孔。进水口和出水口用于正常过滤流程中水的进出；反冲洗进水口和排水口用于定期反冲洗操作，以清除活性炭表面吸附的杂质；人孔方便工作人员进入罐内进行检查、维修或更换活性炭；窥视孔则用于观察过滤过程和活性炭的状态。

内部构件

支撑层与承托层：在罐体内底部通常有支撑结构，用于承载活性炭滤料，防止其泄漏。支撑层之上可能会有承托层，一般采用石英砂或砾石等材料，其作用是进一步稳固活性炭滤层，同时也能起到初步过滤较大颗粒杂质的作用。承托层的厚度通常在 100 - 300mm 之间，颗粒粒径从下往上逐渐减小。

布水系统：位于罐体顶部，主要作用是将进水均匀地分布到活性炭滤层表面。常见的布水方式有穿孔管布水和喷头布水。穿孔管布水是在布水管道上开有许多小孔，使水通过小孔均匀地洒落在活性炭滤层上；喷头布水则是通过喷头将水喷射成均匀的水雾状，确保水能够均匀地进入滤层进行过滤，避免局部水流过快或过慢，从而保证过滤效果的均匀性。

集水系统：位于罐体底部，主要由多孔板和滤帽组成。多孔板上有大量均匀分布的小孔，过滤后的水通过这些小孔汇集到集水系统的出水管道。滤帽安装在多孔板的小孔上，其功能是防止活性炭颗粒随水流出，同时保证水能够顺利通过，有效地收集经过过滤后的清水，确保出水水质的稳定性。

三、活性炭种类与特性

椰壳活性炭

来源与制备：椰壳活性炭是由椰子壳经过高温炭化和活化处理制成的。椰子壳本身含有丰富的碳元素，经过这些处理后，形成了具有高度发达孔隙结构的活性炭。

性能特点：它具有孔隙发达、比表面积大、吸附性能优异的特点。尤其是对小分子有机污染物、余氯、重金属离子的吸附效果非常好。椰壳活性炭的强度较高，在使用过程中不易破碎，能够保持良好的滤层结构。例如，在饮用水深度净化中，椰壳活性炭可以有效去除水中的异味、余氯和一些有害的有机微量污染物。

果壳活性炭

来源与制备：主要是以核桃壳、杏仁壳等果壳为原料，经过类似椰壳活性炭的炭化和活化工艺制成。

性能特点：果壳活性炭的孔隙结构也比较发达，对水中的色素、有机杂质等有良好的吸附能力。其性能与椰壳活性炭相似，但价格相对较低，

煤质活性炭

来源与制备：以煤炭为原料，通过一系列物理和化学方法加工而成。

性能特点：它具有较大的比表面积和丰富的孔隙结构，价格相对便宜。煤质活性炭对大分子有机物和部分重金属离子有较好的吸附效果，适用于处理含有较多大分子有机污染物的工业废水或对水质要求不是特别高的预处理环节。

四、性能优势

良好的净化效果

活性炭过滤器能够有效去除水中的多种杂质，包括有机物（如挥发性有机物、农药残留、石油类污染物等）、余氯、重金属离子（如汞、铅、镉等）、色度和异味等。例如，对于水中的余氯，去除率可达 90% 以上；对于某些有机污染物，如多环芳烃，也能有较高的去除率，从而显著改善出水水质。

稳定运行特性

只要定期进行反冲洗和维护，活性炭过滤器能够保持长期稳定的运行。活性炭的使用寿命会因进水水质、处理流量等因素而有所不同，一般在 1 - 3 年左右。通过合理的操作和维护，如控制进水水质、避免过高的过滤速度等，可以延长活性炭的使用寿命，减少设备的更换频率和运行成本。

操作与维护简便性

操作相对简单，反冲洗操作可以根据设定的时间、压力差或流量等参数自动进行，也可以手动控制。通过窥视孔可以方便地观察活性炭的状态和过滤过程，便于及时发现问题并进行处理。例如，当发现排水口水质突然变差或者压力差异常增大时，可以通过窥视孔检查活性炭是否出现堵塞或流失等情况。

高度的适应性

可以根据不同的水质条件和处理要求，通过调整活性炭的种类、滤层厚度、过滤速度等方式进行优化。对于不同类型的水源，如地表水、地下水、工业废水等，以及不同的水质变化情况，都能够取得较好的处理效果。例如，对于污染程度较重的工业废水，可以采用孔隙更发达、吸附能力更强的活性炭，并适当增加滤层厚度来提高处理效果。

五、应用场景

饮用水处理领域

在饮用水处理中，活性炭过滤器是重要的深度处理设备。无论是自来水厂的集中供水处理，还是家庭、办公楼等小型饮用水处理系统，都可以使用活性炭过滤器来去除水中的余氯、有机污染物和异味。例如，在自来水厂，经过沉淀、过滤、消毒后的水，再通过活性炭过滤器进行深度净化，能够进一步提高饮用水的安全性和口感，使居民用水更加健康、舒适。

工业水处理领域

预处理环节：在工业废水处理中，活性炭过滤器可以作为预处理设备，用于去除废水中的部分有机物和重金属离子，减轻后续处理工艺（如生物处理、化学沉淀等）的负担。例如，在电镀废水处理中，活性炭过滤器可以吸附废水中的重金属离子和部分有机添加剂，使后续的化学沉淀或离子交换处理更加高效。

深度处理环节：活性炭过滤器也可以作为工业废水深度处理设备，进一步净化废水，使其达到排放标准或回用标准。比如在印染废水处理中，经过生物处理后的废水，通过活性炭过滤器可以去除剩余的染料和助剂等有机污染物，使废水能够达标排放或回用，减少水资源的浪费。

泳池水处理领域

游泳池水中含有消毒剂（如氯）、有机物（如人体分泌物、护肤品残留等）等杂质。活性炭过滤器可以有效去除水中的余氯、有机物和异味，保持泳池水质清澈透明，为游泳者提供良好的游泳环境。同时，它还可以减少泳池消毒剂的使用量，降低泳池运营成本。例如，在公共游泳池的循环水处理系统中，活性炭过滤器的设备之一。