粒狀活性炭（GAC）經(jīng)常作為一種吸附介質(zhì)被應(yīng)用在很多地表水處理廠中。同時(shí)，許多水廠也將粒狀活性炭作為過(guò)濾材料使用。包括原料、生產(chǎn)工藝、顆粒大小及顆粒形狀在內(nèi)的若干因素，對(duì)最終的粒狀活性炭過(guò)濾吸附效果具有很大的影響。
煤，椰殼和木質(zhì)物料是粒狀活性炭常見(jiàn)的原料。選擇不同的原料對(duì)產(chǎn)品的吸附和過(guò)濾性能有很大的影響。因其獨(dú)有的多孔性和高硬度的雙重優(yōu)點(diǎn)，在自來(lái)水處理中幾乎總是使用煤基粒狀活性炭。與選用原料同樣重要的是其生產(chǎn)工藝：壓塊活化工藝或直接活化藝。
用于水處理的活性炭的有效的加工方法是壓塊活化工藝。該工藝包括以下步驟：
⑴優(yōu)良冶金煤被研磨成粒徑大約50微米的細(xì)粉。
⑵加入煤焦油或石油基黏合劑。
⑶在液壓機(jī)幾噸的壓力下，將煤粉壓成煤餅。
⑷將煤餅破碎成要求的顆粒大小。
⑸將顆粒物置于425℃的特定氣氛中烘烤，去除部分揮發(fā)性有機(jī)化合物——炭化。
⑹最后，置于1000℃的特定氣氛中進(jìn)行熱法（物理法）活化。
這種壓塊活化方法以外的工藝有：
(a) 壓條活化法，其工藝是將煤粉和粘結(jié)劑的混合物擠出成形，在炭化活化前不進(jìn)行高壓結(jié)塊及破碎/篩分；
(b) 直接活化法，省去了最初處理步驟，直接將原煤進(jìn)行破碎，篩分，炭化和活化處理。
這些不同工藝生產(chǎn)的活性炭具有不同的特性。壓塊活化工藝生產(chǎn)的活性炭是吸附活性（活性在顆粒中分布好）和粒徑/形狀（顆粒表面粗糙，在過(guò)濾吸附器中有較好的裝填密度）的較佳組合，因而在凈水處理中效果較好。
設(shè)計(jì)考慮因素
粒狀活性炭顆粒一般比傳統(tǒng)的沙質(zhì)濾料大，為使其在地表水水廠中有效發(fā)揮粒狀活性炭的優(yōu)點(diǎn)，需要考慮幾項(xiàng)設(shè)計(jì)和活性炭性能方面的因素。
不同的顆粒大小及形狀具有不同的用途。在飲用水處理中，不規(guī)則粒狀活性炭的處理效果優(yōu)于柱狀活性炭。不規(guī)則粒狀活性炭可以密集填裝，減少空隙，因而加強(qiáng)了過(guò)濾和吸附效果。
粒狀活性炭的顆粒大小通過(guò)目數(shù)表示。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)采用美制篩網(wǎng)表示顆粒大小（美國(guó)）。通常用篩網(wǎng)標(biāo)識(shí)注明大部分顆粒的最大和最小尺寸。例如，12×40粒狀活性炭表示絕大部分的活性炭通過(guò)12目篩網(wǎng)但不通過(guò)40目篩網(wǎng)。
起先，12×40目的粒狀活性炭是作為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樵摮叽缃咏匙拥挠行С叽�。后�?lái)為了保持其過(guò)濾特性而降低壓降，引入了8×30目的產(chǎn)品。這使得產(chǎn)品有較高的過(guò)濾率，并一直是自來(lái)水市場(chǎng)的常用產(chǎn)品。大顆粒的出現(xiàn)推動(dòng)了更大粒徑的粒狀活性炭產(chǎn)品的發(fā)展，如8×16和8×20目活性炭。此類產(chǎn)品正有效地應(yīng)用在直接過(guò)濾的水處理廠中，因?yàn)樗鼈兛梢栽诟畹拇矊雍透叩倪^(guò)濾速度中保持壓降在可接受的范圍內(nèi)。
過(guò)濾器中的粒狀活性炭在開(kāi)始使用時(shí)需進(jìn)行反沖洗，以對(duì)顆粒進(jìn)行分層。經(jīng)過(guò)反沖洗，最小的顆粒集聚在過(guò)濾器的最上層，而最大的顆粒沉淀在最下層。粒度分布可通過(guò)兩個(gè)參數(shù)得到進(jìn)一步描述：有效粒徑和均一系數(shù)。有效粒徑一般以毫米測(cè)量，相當(dāng)于粒狀活性炭的10%最小粒徑部分的直徑。從力學(xué)角度看，在過(guò)濾器上層的粒狀活性炭的尺寸與壓降和過(guò)濾效率有關(guān)。顆粒越小，壓降越大，而過(guò)濾效率則越好。
均一系數(shù)是無(wú)量綱值，表示粒狀活性炭粒徑的均一性。均一系數(shù)值為1，表示所有顆粒大小完全一致，系數(shù)越大，表示不同性越高。美國(guó)自來(lái)水協(xié)會(huì)（AWWA）標(biāo)準(zhǔn)B604-96將均一系數(shù)定義為：對(duì)同一過(guò)濾材料的代表性樣品，其60%通過(guò)的篩網(wǎng)孔徑與10%通過(guò)的篩網(wǎng)孔徑之比。
密度以每立方厘米克數(shù)計(jì)量（g/cc），測(cè)定需要填滿一定容量的過(guò)濾器的活性炭數(shù)量。高密度活性炭比較受歡迎有以下原因。首先，高密度粒狀活性炭產(chǎn)品具有更多的有效結(jié)構(gòu)。其次，密度較大的產(chǎn)品表示每立方米的體積可以填裝更多的粒狀活性炭。另外，密度越大的產(chǎn)品強(qiáng)度更高，可以承受頻繁的反沖洗。對(duì)于原先為沙濾設(shè)計(jì)的空間有限的過(guò)濾器，這一點(diǎn)就尤為重要。
磨損值表示粒狀活性炭對(duì)磨損的耐力，數(shù)值越高表示耐磨力越強(qiáng)。這一參數(shù)在飲用水處理應(yīng)用中非常重要，因?yàn)榻?jīng)常性的高強(qiáng)度反沖洗可以迅速使較軟的粒狀活性炭性能降低。當(dāng)粒狀活性炭同時(shí)用于過(guò)濾、吸附并作為微生物載體等介質(zhì)時(shí)，反沖洗更加頻繁，這一特性就變得更加重要。基于在全球水處理30多年的實(shí)驗(yàn)和評(píng)估結(jié)果，壓塊活化方法生產(chǎn)的煙煤基粒狀活性炭，在自來(lái)水的處理中具有多孔吸附性、過(guò)濾、生物載體能力和耐磨損性的完美結(jié)合。這一結(jié)論是基于對(duì)不同原料的粒狀活性炭的比較和對(duì)不同加工工藝的比較結(jié)果。
用于地表水處理的粒狀活性炭用量需要滿足與水有充分的接觸時(shí)間以便于吸附，同時(shí)有足夠的床層深度以便進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^(guò)濾。粒狀活性炭的吸附和過(guò)濾性能與顆粒大小緊密相關(guān)。
如前所述，顆粒越小，過(guò)濾效率越好。另外，粒狀活性炭的床層越深，過(guò)濾器的過(guò)濾能力越強(qiáng)。也許有人認(rèn)為床層越深、頻粒越小就可獲得較佳的過(guò)濾效果，其實(shí)不然，這樣做將導(dǎo)致壓降損失過(guò)人。較好的解決方法是選擇可提供有效過(guò)濾，同時(shí)壓降最小的床層深度和顆粒大小。床層深度、顆粒大小和過(guò)濾效率可通過(guò)下列比率表示：（炭床深度）/（活性炭的有效粒徑）。
典型的地表水處理系統(tǒng)需要依靠重力使水流通過(guò)整個(gè)粒狀活性炭床層。在淺床層過(guò)濾器中的較大流速一般為5-7米/小時(shí)，但單一介質(zhì)的深床層流速可超過(guò)22m/hr。在為吸附和過(guò)濾預(yù)設(shè)接觸時(shí)間的基礎(chǔ)上選擇適當(dāng)?shù)牟僮髁魉伲瑫r(shí)也需保持一定水流速度以保證整個(gè)工廠的經(jīng)濟(jì)性。
由于被過(guò)濾出的物質(zhì)在過(guò)濾介質(zhì)上的堆積，需要進(jìn)行定期反沖洗。決定是否或何時(shí)進(jìn)行反沖洗的因素有：
a)出水質(zhì)量，用濁度或/和顆粒計(jì)數(shù)測(cè)量。
b)按預(yù)定期限或壓降。同時(shí)，操作經(jīng)驗(yàn)在很大程度上決定反沖洗的周期。
反沖洗包括過(guò)濾器暫停運(yùn)行和對(duì)過(guò)濾介質(zhì)的快速逆流沖洗。盡管反沖洗的頻率和時(shí)間隨具體安裝情況變化，但有其共同的操作方法。在使用表面沖洗方法的工廠中，一般采用低速?zèng)_洗過(guò)濾器的上層。之后反洗速率升至37-42m/hr，時(shí)間10-15分鐘，從過(guò)濾器中清洗掉被過(guò)濾出的雜質(zhì)顆粒。
在深床層過(guò)濾器和過(guò)濾較難的情況下，需要使用空氣沖刷。通常將水排放至過(guò)濾介質(zhì)的表面位置，壓縮空氣在每單位平方米炭床以70-140立方米/小時(shí)的速度，28-70kPa壓力注入�？諝鈱�(duì)整個(gè)過(guò)濾器進(jìn)行從下到上的沖刷�？諝鉀_刷結(jié)束后，再以37-42米/小時(shí)的流速，進(jìn)行10-15分鐘的反沖洗以將過(guò)濾器中的雜質(zhì)顆粒沖洗出來(lái)。
應(yīng)該指出的是，由于溫度影響水的粘度，需要調(diào)整反沖洗速度彌補(bǔ)溫度差異的影響。例如，如果水的溫度為1-2℃，24米/小時(shí)的反沖洗速度將使粒度為8×30的活性炭床層膨脹22%；如果水的溫度為24℃，此反沖洗速率度將使床層只膨脹10%。在夏天，由于水溫的升高，需要提高反洗速度以彌補(bǔ)粘度的影響。
在反沖洗階段需要同時(shí)考慮到其它介質(zhì)的共同存在。盡管有些過(guò)濾器貝使用粒狀活性炭，但很多過(guò)濾器組合使用沙子和粒狀活性炭進(jìn)行過(guò)濾。在反沖洗過(guò)程中，床層會(huì)變成流化狀態(tài)，如果沒(méi)有重視到沙子和粒狀活性炭的共同存在，就會(huì)發(fā)生過(guò)濾器內(nèi)部介質(zhì)混合和無(wú)效反沖洗。