給水處理中的有機物危害已引起人們的廣泛重視，工業給水處理與城 市自來水處理均開始使用活性炭吸附技術。在活性炭吸附水處理中選擇合適的活性炭十分重要，只有選擇吸附容量高的活性炭才能保證使用壽命長、更換次數少 、費用省。
吸附容量高的活性炭以前是按照國標方法 〔1, 2〕 進行選擇，以碘值 、亞甲基蘭吸附值高的活 性炭為好。筆者曾指出活性炭的碘值、亞甲基蘭吸附值與給水處理中活性炭的使用 壽命相關性不好，因此不應釆用碘值及亞甲基蘭吸附值等考察水處理用活性炭的吸附容量，并提出采用活性炭對天然水中 4 種典型有機物 ( 腐殖酸、富里酸、木質素 、丹寧 ) 的吸附等溫線來評價活 性炭 〔3, 4, 5〕，該觀點引起廣泛關注，并以此制定了 DL/T 582—2004《火力發電廠水處理用活性炭使用導則 》 〔6〕(2004 年正式頒布執行)。近年來，關 于 碘 值 、亞 甲 基 蘭 吸 附 值 等 指 標 不 能 反 映 給 水處理中活性炭對有機物吸附性 能的觀點已逐漸為人們接受，涌現了眾多給水處理用活性炭的選擇方法 〔7,8, 9, 10, 11, 12, 13, 14〕。一個好的水處理用活性炭選擇方法，除能分辨不同活性炭對水中有機物的吸附性能外，還應具有直觀性強 、方法簡便 、試驗樣品易得 、便于推廣應用等特點，而 DL/T 582—2004 雖已被證實可正確選擇給水 處理用活性炭 〔3 6〕，但其方法復雜 、試驗用樣品不易取得，難以進行推廣。因此尋找更好的活性炭選擇方法很有意義。
筆者認為，焦糖脫色率具有直觀性強 、方法簡便 、試驗樣品易得的特點，并能評價活性炭對有機物的吸附性能，可用其篩選給水處理用活性炭。
1 焦糖脫色率
焦糖脫色率是糖用活性炭的一個主要性能指標，用以考察活性炭對糖液色素的脫除力。有研究認為，活性炭的焦糖脫色率在某種意義上可反映活性炭的大孔含量。高尚愚等 〔15〕對碘值 、亞甲基蘭吸附值、焦糖脫色率與活性炭 孔隙結構的對應關系進行了研究，認為碘值與活性炭中半徑為 0.55 nm 的孔隙數量有關，亞甲基蘭吸附值取決于活性炭中半徑為0.8 nm 孔的發達程度，而焦糖脫色率主要受半徑 1.4 nm 以上的孔隙數量制約。據此觀點，碘值、亞甲基蘭吸附值及焦糖脫色率所反映 的吸附質分子體積( 也可視作分子質量) 之比約為 1∶3.08∶(>16.5)。
由于焦糖脫色率所反映的分子體積水平與 DL/T 582—2004 中的 4 種大分子天然有機物相似，而且焦糖脫色率測定方法簡單、樣品易得 〔16〕，便于推廣應用，因此筆者提出以焦糖脫色率考察活性炭對水中有機物的吸附性能 〔17, 18〕，并進行了相關研究。
2 吸附試驗所用吸附質的分子質量分布
活性炭對物質的吸附性主要從活性炭孔徑與吸附質分子尺寸是否匹配的角度進行分析，僅當吸附質分子直徑小于活性炭孔徑的某一比例時 ( 如 1/3)，吸附過程才能有效進行。因此必須考察活性炭的孔徑，使其與水中的有機物分子大小及分布相適應。
由于給水處理水源多為天然水，筆者曾對天然水中溶解態有機物 的分子質量分布進行測定 ( 超濾法，UV254)，見表 1。從表 1可見，天然水中溶解態有機物的相對分子質量大，可達數萬以上，分布也較廣，但不同天然水體的溶解態有機物分子質量分布規 律 很 相 似，相 對 分 子 質 量 在 2 000 以 下 的 約 占 40%~60%，>1 萬的約占 10%~30%。
由于天然水中有機物的相對分子質量大部分在數千以上，用于吸附此類有機物的活性炭應具有較大的孔徑，換言之，表征活性炭吸附性能的 指標應能反映活性炭較大孔徑 的孔數量，用于測定活性炭吸附性能指標的吸附質也應具 有較大的分子質量，且其分子質量分布要與天然水中的有機物分子質量分布相似，這樣測定指標才能真正反映給水處理中使用的活性炭真實吸附能力。
測定了活性炭吸附性能試驗所用吸附質的分子質量及其分布，結果見表 2。
對比表 1 、表 2 的數據可以看出，碘和亞甲基蘭 的相對分子質量很小，與天然水中的有機物相差太大，因此碘值和亞甲基蘭 吸附值無法評價活性炭在水 處 理 中 的 吸 附 性 能 ; 丹 寧 的 相 對 分 子 質 量 為 1 701.2，與天然水中相對分子質量 <2 000 的有機物相近( 該部分有機物在天然水中占較高比例，為40%~ 60%)，用丹寧酸值 〔14〕進行表征可一定程度上反映活性炭在水處理中的吸附性能，但不全面，因為其不能代表其余的高分子質量有機物。當然與碘值和亞甲基蘭吸附值相比，丹寧酸值的測定結果已接近水處理應用情況，因此國外也有研究者關注活性炭的丹寧酸值指標。
以天然水中的 4 種有機物 ( 腐殖酸 、富里酸 、木質素 、丹寧 ) 作吸附質，通過測定活性炭的吸附等溫線 可 篩 選 出 吸 附 容 量 高 的 活 性 炭 (DL/T 582— 2004)。由于既有代表大分子的物質 ( 腐殖酸 、木質素 )，也有代表中低分子的物質 ( 富里酸 、丹寧 )，因此 DL/T 582—2004 能準確選擇出高吸附性能的水處理用活性炭，并在許多實際應用中得到證實。
以腐殖酸值和丹寧酸值作為水處理用活性炭的吸附性能指標 〔7, 8〕，是對 DL/T 582—2004 的簡化，它可反映水中高 、低分子質量有機物的吸附情況，所以用該方法選擇活性炭也有實際的工程案例。但遺憾的是，該方法使用的 腐殖酸是試劑腐殖酸，分子質量偏大，水溶性差。
從表 2 可以看出，焦糖的分子質量分布與天然水中有機物的分布范圍 ( 表 1 ) 相似，既有高分子質量部分又有低分子質量部分，而且各分子質量區段所占百分數也相似，所以用焦糖脫色率來評價水處理用活性炭的吸附性能可能更具代表性。另外，該方法較簡單、成熟，有利于推廣應用。
焦糖脫色率測定所用焦糖有 A、B 2 種 制 取 方法(GB/T 12496.9—1999)，其中 B 法應用較多，而且 B 法焦糖的分子質量分布更為理想，筆者采用 B 法焦糖進行活性炭的吸附性能試驗。
ASTM 標準要求用吸附等溫線法測定用于液相吸附的活性炭 ( 試驗方法與 DL/T 582—2004 相似)，但對具體的吸附質沒有規定 〔19〕。
3 活性炭吸附性能試驗
由于以水中 4 種有機物來評價活性炭吸附性能的方法(DL/T 582—2004) 己得到廣泛驗證和實際應用，故以 DL/T 582—2004 作為基準，將焦糖脫色率方法的試驗結果與其進行比較，以判斷焦糖脫色率方法能否選出高吸附容量的活性炭。這類試驗進行了多次，列舉若干試驗結果進行介紹。
3.1 初步試驗
試驗選用 4 種常用的水處理活性炭和 1 種大孔吸附樹脂 ( 也是用于吸附天然水中的有機物 )，采用焦糖脫色率方法和 DL/T 582—2004 測定其吸附性能，這 5 種吸附劑的相關參數列于表 3，吸附性能試驗結果見表 4。
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由表 4 可以看出，按 DL/T 582—2004 方法選擇出吸附能力最好的吸附劑是 3#，其次為 1# 和 2#，最差的是 4# 和 5#; 焦糖脫色率法的測定結果基 本一致，僅最末排序有所差異。與 A 法相比，B 法焦糖脫色率的測定結果更接近 DL/T 582—2004 的結果，且測定數值高 ( 可能與 B 法焦糖的相對分子質量偏低有關 )，有利于實際操作和性能區分。
對比表 3、表 4 可以看出，DL/T 582—2004 和焦糖脫色率法的選擇結果與活性炭的 比表面積相關性不好，但與其中孔發達程度有關，說明這 2 種方法反映的是活性炭對大分子有機物的吸附情況。4# 活性炭的中孔雖也較發達，但其中孔大多集中在 2~ 2.5 nm 區間，對大分子有機物的吸附效果不好。
丹寧酸值法采用對數坐標進行計算，其測定結果有時偏差很大。
3.2 擴大試驗
為進一步驗證上述規律，筆者又搜集了 10 種國內常用的水處理用活性炭，對其焦糖脫色率和按 DL/T 582—2004 方法測定的結果進行對比，活性炭的參數列于表 5，其吸附性能測定結果見表 6。
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此次擴大試驗進一步驗證了焦糖脫色率法的測定結果與 DL/T 582—2004 的結果是一致的，其與活性炭的中孔發達程度成正相關，因此可用焦糖脫色率(B 法) 指標篩選給水處理用活性炭。給水處理中應選擇焦糖脫色率高的活性炭，焦糖脫色率越高，活性炭對水中有機物的吸附性能越好，一般來講焦糖脫色率不應低于50%。
筆者認為焦糖脫色率法可代替 DL/T 582—2004 對活性炭進行選擇。
3.3 實際應用
上述試驗證實了焦糖脫色率可表征給水處理用活性炭的吸附性能，筆者用該方法為某工業企業篩選給水處理用活性炭，該企業提供 4 種待選活性炭，其性能參數及試驗結果如表 7、表 8 所示。
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由表 8> 可知，4 種活性炭的強度都 >95%，符合水處理要求 ; 2# 活性炭的漂浮損失略高，可在價格計算時予以修正，其余物理性能參 數均在要求之內。吸附性能方面，碘值和亞甲基蘭吸附值以 1# 最高，比表面積 2# 最大，但中孔則是 3# 最發達，按照 DL/T 582—2004 方法 3# 最好，焦糖脫色率也是 3# 最高，達 54.48%，所以推薦該廠使用 3# 活性炭。具體參見污水技術資料更多相關技術文檔。
4 結論
(1)用焦糖脫色率評價水處理用活性炭的吸附性能，其結果與 DL/T 582—2004(以天然水中的 4 種典型有機物進行評價)的結果一致，均可反映活性炭的中孔發達程度，故可用焦糖脫色率篩選給水處理用活性炭。
(2)焦糖脫色率越高，活性炭對水中有機物的吸附性能越好。建議給水處理用活性炭的焦糖脫色率(B 法) ≥ 50%。
(3)焦糖脫色率(B法)可按 GB/T 7702.18— 1997 方法進行測定，但最后應稀釋后再比色，以減少誤差，稀釋倍數一般為 10 倍。
