净水技术|水厂用活性炭检测机构的现状及发展
随着我国城市化进程的加快，城镇水环境的恶化和水资源的短缺对我国生态环境保护和可持续发展的制约作用日益显著。日益严重的饮用水水源污染和逐步提高的饮用水水质标准对饮用水常规处理工艺均提出了严峻的挑战。活性炭深度处理技术因其能高效去除微量有机物和消毒副产物前体物等优点，在饮用水处理中得到了越来越广泛的推广和应用。目前主流的活性炭处理技术有活性炭吸附技术、臭氧活性炭联用技术、活性炭与膜分离联用技术等。活性炭质量性能的优劣直接影响饮用水处理工艺的处理效果，因此活性炭检测能力的建设是供水安全保障的重要环节。
本文对国内水厂用活性炭的使用和检测现状进行了调研分析，在水厂用活性炭现行标准和检测机构等方面进行分析讨论，并提出水厂用活性炭检测机构的发展建议。
活性炭产品种类繁多，按原料性质不同可分为木质活性炭、果壳类活性炭、煤质活性炭、石油焦活性炭和其他活性炭。我国活性炭产业工业布局特点如下：煤质活性炭生产厂商主要集中在山西和宁夏两省，目前这两大基地的煤质活性炭产量占全国煤基活性炭产量的90%左右；果壳活性炭生产以河北为主；木质活性炭生产主要集中在福建、江西、浙江南部以及东北地区。由于煤质活性炭具有成本低、生产加工便捷、原料来源广泛等优势，我国生活饮用水处理工艺运行中使用的绝大部分是煤质炭，而木质炭和果壳炭在实际生产中的应用较少。
煤质活性炭按照形状来分，可分为颗粒活性炭和粉末活性炭。颗粒活性炭主要用于生活饮用水水厂深度处理，处理工艺有吸附活性炭技术、生物活性炭技术、臭氧活性炭联用、颗粒活性炭与膜处理联用技术等。目前我国水厂用煤质颗粒活性炭主要有1.5 mm圆柱状活性炭、原煤破碎活性炭、压块（片）和圆柱破碎活性炭，其主要材质和优劣点如表1所示。
表1 煤质颗粒活性炭分类一览表
从表1可知，conm地区盛产煤破碎活性炭、压块（片）和圆柱破碎活性炭、粉末活与其他两种煤质颗粒活性炭不同，压块（片）和圆柱状破碎活性炭不是单一煤种的制品，而是用配煤经磨粉、成形、炭化、活化、破碎、筛分而制得，即将孔隙不同的煤种按照一定的比例混合搭配，甚至可能添加一些可改变孔隙结构分布的化学试剂。这种制备工艺，一方面碾压出毛面，提高了活性炭的挂膜性能；另一方面，使活性炭的颗粒变小，提高了活性炭与水的接触面积和活性炭的吸附效果，同时提高了活性炭滤层的过滤性，减少了生物泄露的风险。这不仅解决了原料单一性所导致的性能局限问题，同时也大幅度提高了煤质活性炭的产品性能。2010年以后，压块（片）和圆柱状破碎活性炭为国内各地众多大型水厂所普遍选用，如无锡、上海、北京、郑州、济南、苏州、长春、嘉兴等地的水厂。2013年全国已建和在建的深度处理工程调查汇总结果表明，在94个深度处理工程中，使用柱状活性炭的深度处理水厂有22家，使用原煤破碎炭的有14家，而使用压块（片）和圆柱状破碎活性炭的有31家。
粉末状活性炭主要应用于水源突发性污染应急投加以及与其他工艺的结合，比如与混凝剂、膜处理工艺或硅藻土联用等技术。生活饮用水处理用粉末状活性炭通常可分为200目和325目两个规格。粉末状活性炭是通过将各种活性炭的筛下物进行磨粉而制得，其中由压块（片）破碎炭、圆柱破碎炭和烟煤活性炭所制得的粉末状活性炭，比由圆柱状活性炭和活化无烟煤所制得的粉末状活性炭具有更高的碘值和亚甲蓝值。
许多研究学者对不同生产原料的活性炭进行了对比研究，但研究结果之间有较大的差异，其可能是由于活性炭厂家的产品质量不同以及不同地域间的水质存在差异所导致，因此在选择活性炭炭种时，不仅要兼顾指标，还应针对当地水源开展前期试验研究，根据试验结果和实际工艺需求，选取合适的活性炭，保障饮用水的预期处理效果。
活性炭标准是为了指导生产商生产出适合于饮用水处理的活性炭，以及帮助使用者选购活性炭并检测活性炭特性而制定的，其目的在于有效引导和规范行业的良性健康发展。我国水厂用活性炭所涉及的技术标准可分为两大类别：净水用木质活性炭标准和净水用煤质活性炭标准。目前我国现行的水厂用活性炭标准如表2所示。
表2 水厂用活性炭技术标准对照表
净水用木质活性炭现行国家标准为GB/T 13803.2-1999《木质净水用活性炭》，依次经历了1992年发布和1999年修订。GB/T 13803.2-1999中的活性炭技术指标划分为一级品和二级品两个等级，如表2所示，技术指标有8项。与旧版木质活性炭检测标准相比，现行标准的最大改变是由以前的“优级品、一级品、二级品”的三级划分制度改为了“一级品、二级品”的二级制，并且部分关键技术指标限值也作了大幅度的调整。GB/T 13803.2-1999自2000年4月1日实施以来一直没有进行过修订，可能与我国生活饮用水处理工艺使用的绝大部分是煤质活性炭有关。
净水用煤质活性炭标准有国家标准和行业标准，其中国家标准为GB/T 7701.2-2008《煤质颗粒活性炭 净化水用煤质颗粒活性炭》，依次经历了1987年发布、1997年第一次修订和2008年第二次修订；行业标准为CJ/T 345-2010《生活饮用水净水厂用煤质活性炭》，于2010年发布。与木质活性炭国家标准相比，净水用煤质活性炭国家标准和行业标准均不再作等级划分，且技术指标数量更多，说明为适应市场的实际需求和提高活性炭行业的产品整体质量水平，我国正在提高净水用煤质活性炭的市场准入门槛。如表2所示，GB/T 7701.2-2008中的技术指标有10项。此外，GB/T 7701.2-2008在型式检验项目中除了这10项技术指标之外，还加入了孔容积、比表面积、腐殖酸吸附值和单宁酸吸附值四项，不过并未作技术指标要求。如表2所示，CJ/T 345-2010的技术指标有19项，与GB/T 7701.2-2008相比，CJ/T 345-2010的技术指标要求加入了孔容积、比表面积、有效粒径、酚值、均匀系数与金属含量。
与现行的国际先进标准进行比较分析，GB/7701.2-2008和CJ/T 345-2010的主要技术指标限值（如碘吸附值、亚甲蓝吸附值、酚值、水分和水溶物）已达到甚至超过其他标准，这对我国饮用水安全工作起到了重要的技术保障作用。此外，CJ/T345-2010还将净水用煤质活性炭的适用范围界定为生活饮用水的净化以及水源突发污染的净化处理，并且将指标要求划分为颗粒煤质活性炭和粉末煤质活性炭，这也是煤质活性炭行业标准与国家标准的一个重大区别。这种活性炭检测指标的划分方式更加符合活性炭在水厂的实际应用需求，为活性炭的质量检测提供了更明确的检测依据和判定依据。目前的国际先进标准中，美国标准和欧盟标准均已将活性炭技术标准划分为了颗粒活性炭标准、粉末活性炭标准和再生颗粒活性炭标准，而我国在再生颗粒活性炭标准的制定方面还相对薄弱。这可能是由于水厂用活性炭的再生在我国还处于起步阶段，应用于实际的再生技术还偏少。不过活性炭再生利用是资源优化配置的重要手段，符合建设资源节约型社会的国家战略发展需求。随着再生颗粒活性炭生产工艺的成熟，再生颗粒活性炭将在水厂得到更为普遍的应用，这也将推动国家及行业相关部门制定相应的再生颗粒活性炭标准。从我国活性炭标准的发展历程来看，虽然我国活性炭标准体系的初期建立主要借鉴了前苏联，标准的制定缺乏国际性，不过随着不断修订，我国活性炭标准向国际先进标准靠拢的趋势越来越明显，这与其他学者对活性炭标准的国际化发展趋势是向趋同方向发展的判断相一致。由此可见，活性炭标准的发展对我国活性炭产品的质量性能提升和国际市场竞争力提高起到了十分重要的推动作用。
煤质活性炭和木质活性炭由于原材料的不同，采用的生产工艺，即活化方式也不同，从而产品性能有一定的差异，因此检测方法也有所不同。GB/T 13803.2-1999的检测方法按GB/T 12496《木质活性炭试验方法》的相应标准进行测定，GB/T 7701.2-2008检测方法分别按GB/T 7701.2-2008中规范性附录和GB/T 7702《煤质颗粒活性炭试验方法》的相应标准进行测定，而CJ/T345-2010的检测方法分别参照GB/T 7701.2-2008中规范性附录、GB/T 7702《煤质颗粒活性炭试验方法》和CJ/T 345-2010中规范性附录的相应规定。通过对标准进行梳理发现，GB/T 7701.2-2008有7项指标的现行检测方法是参考美国试验与材料协会的ASTM标准对旧标准进行修订或采用，在主要技术内容上等效采用相应ASTM标准的内容，包括水分、强度、装填密度、pH值、碘吸附值、水溶物和粒度，体现了我国检测方法标准向ASTM标准靠拢的趋势。
（1）发展多元化市场经营模式，创建品牌化的第三方检测机构。
活性炭检测机构应根据自身和区域行业的发展水平建立自己的市场营销体系，实现经营模式从单一的活性炭产品检验发展到涵盖质量体系认证、咨询培训、验货、鉴定等多元化的服务。第三方检测机构可通过提升检测能力、检测设备、检测环境、检测服务等建立我国品牌化的第三方活性炭检测和认证机构，建立并完善质量管理体系，不断健全活性炭检测手段，根据客户需求为客户提供各类专业性的质量检测认证服务，而不仅仅局限于有关的法规和标准。
（2）重视专业技术人员的培养，加强交流合作。
在可持续发展战略中，文化培养和人才发展是一个行业长期健康发展的保障。检测机构，说到底是一个服务型公司，而检测服务是通过专业的人才得以实现，因此检测机构在不断提升检测设备、检测环境和检测服务的同时，也应重视检测及相关管理人才的培养。通过制定形式多样的职业技能和管理技巧培训，建立全方位的专业技能、专业道德和管理能力培训体系，为提升服务能力奠定基础。目前检测机构能力验证主要通过政府监测部门标样考核完成，检测行业还应积极组织开展实验室间的比对和能力验证，第三方检测实验室不仅要与政府机构实验室比对，还应与国际化实验室比对，不断提升自身能力及我国活性炭检测行业的整体检测水平。
（3）建立全生命周期的活性炭检测体系。
城镇给水处理设备产品的技术性能和运行状况，直接关系到供水系统的运营安全和供水水质。用户在采购、使用、运行、维护等过程中，都需要了解设备产品的特性和状态，以便更好地指导生产运行。首先通过国家/行业产品质量标准进行规范，要求生产企业建立设备/产品性能指标的检测能力，用于自有产品的质量控制和性能检测。其次逐步通过政策或市场机制，引导用户根据自身条件和能力，建立关键指标的检测能力，定位于检测设备产品使用中的性能或状态；暂不具备条件的用户，引导其通过与高校、科研院所或社会企业合作建立检测能力。最终，建立从活性炭种类比选、采购交货质检、运行性能评价，到活性炭再生更换的活性炭全生命周期检测体系，提高活性炭产品性能，提升饮用水安全保障。
质量检测是产品生产和实际应用的基础性工作，具有不可替代的作用。随着深度处理工艺在给水行业的推广应用，水厂用活性炭质量控制要求将日趋严格，相关的活性炭质量检测必将受到企业和用户的重视。一方面国家相关职能部门对标准的制定要有全局观念，要引进并吸收国际同类产品的质量标准，逐步建立既与国际接轨，又符合我国国情的活性炭标准体系；另一方面活性炭检测机构需要不断优化管理机制和检测能力，结合市场需求，探索适合我国水厂用活性炭的检测模式，积极推动我国水厂用活性炭检测市场的健康发展，为饮用水安全保障技术发展发挥重要作用。
本文节选自《水厂用活性炭检测行业与业务的现状及发展》，发表在《净水技术》2017年第五期“行业导向与研究进展”栏目。全文可获取第五期杂志进行阅读。
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