水处理离不开碳 真的吗？

导语：碳源是影响生化过程脱氮除磷能力与效率的主要因素，碳源不足，将影响脱氮除磷最佳效果的实现。在污水处理工艺中，如果碳源不足，通过外加碳源来提升水质净化效果。常用的外加碳源有甲醇、乙酸、酒业废水、乙酸盐、淀粉、葡萄糖和食品加工废水等。另一种方式是内加碳源，指的是在污水处理净化中直接借助污水处理中的自身性元素进行污水处理净化，常见的污水处理内加碳源净化选择有污水水解和污泥水解两种。

碳，一种常见的元素，在地球上的含量大概占地壳重量的1%，但却是作为生命起源、生物圈形成与演化必不可少的元素之一，它是地球上一切有机生物的骨架元素，所以地球中的生命也被称为碳源生命。

大家知道碳在人类初期以及在工业中的重大用途吗？大家知道炭和碳正确用法嘛？大家想了解碳家族与水有何关系吗？今天小编就带你了解我们熟悉的碳。

一、碳与人类文明的发展

人类的文明发展史几乎离不开碳材料。人类学会钻木取火，意味着初次学会使用碳材料（木材的主要成分就是碳元素组成的），从此碳与我们密不可分；正是有了碳，人类懂得木材取暖、用火驱散野兽、用火煮熟食物，体力和智力都有所提高，为进化为所谓的“智人”奠定坚实基础，人类开始在自然中立足并飞速发展。

人类将一种含有铜元素比较高的孔雀石和木炭一起放到窑里烧到1000℃左右，就可以炼出铜来，使人类进入金（铜）石并用的过渡时期，铜器等生产工具的使用极大地提高劳动生产率，推动社会发展。类似的原理，人类将铁矿和木炭一起高温反应而炼出铁。

十八世纪初，焦炭作为还原剂被广泛用于高炉炼铁、炼钢工业；人类发掘了煤炭资源，用其燃烧的热量转换为电力，直到今天，煤炭发电仍然占在电力供应中占有重要的比重。今天，碳材料已经作为工业基础广泛应用于机械工业、电子工业、电器工业、航空航天、核能工业、冶金工业、化学工业等。

一个又一个新型碳材料的发现，带给人们无限的惊喜和期待，也刷新人们对于碳材料的感知和认识，近40年来，人类在碳材料方面取得重大突破。从富勒烯、碳纳米管、石墨烯到石墨炔都是碳的同素异性体，虽然只是碳原子之间的成键方式及空间结构发生了变化，但这些新材料及其衍生物表现出各自优异的力学、电学及化学性质，为其在各领域的广泛应用奠定基础。从碳材料家族中最古老的金刚石、石墨，到传统的炭黑、多孔碳、活性炭、高纯石墨等，在工业生产、人们生活中发挥出巨大的作用。

二、碳材料领域近40年重大突破

碳、炭傻傻分不清

碳家族既然在人类生活中发挥如此大的作用，那大家知不知道，它们在水处理领域中也大有用处？

在正式介绍前，我们先考考大家，你能区别我们常说的炭、碳、生物碳和活性炭这些名词的含义吗？

炭指的是碳的单质，它包括木炭，炭黑和活性炭；“碳”指的是碳元素，并不指具体物质，化合物名称中，都应该用碳，如一氧化碳，二氧化碳，二硫化碳等等。

活性炭是指为增强表面特性的应用而人为采用极高温（通常>700℃）、物理化学手段（如高温气体或化学试剂）活化的，高比表面积的、高吸附特性的多孔性物质。

生物碳是一种碳含量极其丰富的木炭。生物炭指的是生物残体在缺氧的情况下，经高温慢热解（通常<700°C,目标产物是木炭）产生的一类难熔的，稳定的、高度芳香化的、富含碳元素的固态物质。

三、当碳遇见了水

碳在污水处理及净水工艺中应用很广泛，主要有以下几个方面。

1、碳源对污水生化处理工艺的重要作用

碳源不足导致生化处理单元的脱氮除磷效果不能达到理想状态，从而影响出水水质的稳定。生化处理为什么需要碳源，要从生化过程理解。生物脱氮，是反硝化细菌利用亚硝化细菌和硝化细菌联合作用生成的硝酸盐混合液，在缺氧条件下分解碳源产生的能量，将硝酸盐转换成氮气；生物除磷，是聚磷菌在厌氧条件下分解进水中的碳源等营养物质合成自身的能量同时释放体内的磷，再在好氧条件下利用合成的能量超量吸收磷，通过排除剩余污泥，达到除磷的效果。

所以，碳源是影响生化过程脱氮除磷能力与效率的主要因素，碳源不足，将影响脱氮除磷最佳效果的实现。在污水处理工艺中，如果碳源不足，通过外加碳源来提升水质净化效果。常用的外加碳源有甲醇、乙酸、酒业废水、乙酸盐、淀粉、葡萄糖和食品加工废水等。另一种方式是内加碳源，指的是在污水处理净化中直接借助污水处理中的自身性元素进行污水处理净化，常见的污水处理内加碳源净化选择有污水水解和污泥水解两种。

2、活性炭在水质净化作用

在水质净化中使用的活性炭主要有颗粒活性炭和粉末活性炭两种形式，目前使用较多的是颗粒活性炭。由于活性炭特有的高比表面积，使其具有很强的吸污去污能力。

除了颗粒活性炭外，目前还出现了活性炭纤维，它是一种纤维状活性炭，比表面积大、孔径窄、微孔容积大，比颗粒活性炭具有更佳的吸附容量和更快的吸附动力学性能，可再生循环使用，是一种理想环保材料，在净水领域具有广阔的应用前景。

四、生物炭与水质净化中的应用

生物炭具有巨大的比表面积，发达的孔隙结构和丰富的含氧官能团（羧基、酚/氢醌类物质），同时又富含矿物质，如钾、钙、镁、铁磷等物质，特有理化特性使其通过表面吸附、络合反应、离子交换以及形成沉淀等对水中的污染物进行富集而达到去除的效果。

随着材料领域的不断发展，越来越多具有新性能、新结构、能够满足不同需求的新型生物炭复合材料， 通过负载材料能够改善生物炭基本的理化性质， 给予生物炭更多的表面活性位点， 同时还能增强生物炭的回收利用率，其综合性能通常优于单一生物炭材料的材料被开发和利用。所以生物炭在水质净化领域上还具有较大的应用潜力。

五、结语：

碳家族的成员除了本文提到的上述物质之外，还有很多新兴材料不断涌现，如石墨烯衍生物材料、掺硼金刚石薄膜材料，他们不仅在污水整理、水质净化实现应用甚至在海水淡化方面也表现不俗。随着科技的进步，碳的家族将迎来更多的新成员，水处理的“碳时代”刚刚开启。