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活性炭能有效吸附氯代烴、有機磷和氨基甲酸酯類殺蟲劑，還能吸附苯醚、正硝基氯苯、萘、乙烯、二甲苯酚、苯酚、DDT、艾氏劑、烷基苯磺酸及許多酯類和芳烴化合物。二級出水中也含有不被活性炭吸附的有機物，如蛋白質的中間降解物質，比原有的有機物更難被活性炭吸附，活性炭對THMS的去除能力較低，僅達到23-60%。活性炭吸附法與其他處理方法聯用，出現了臭氧-活性炭法、混凝-吸附活性炭法、Habberer工藝、活性炭-硅藻土法等，使活性炭的吸附周期明顯延長，用量減少，處理效果和范圍大幅度提高。

活性炭由于吸附現象發生在吸附劑表面上，所以吸附劑的比表面積是影響吸附的重要因素之一，比表面積越大，吸附性能越好。因為吸附過程可看成三個階段，內擴散對吸附速度影響較大，所以活性炭的微孔分布是影響吸附的另一重要因素。此外活性炭的表面化學性質、極性及所帶電荷，也影響吸附的效果。

活性炭的物理特性主要是指孔隙結構及其分布，這也是決定活性炭吸附性能的主要因素。活性炭在其活化過程中，會形成大量各種形狀和大小的孔隙，因而具有巨大的表面積。在炭水接觸過程中，極大的炭水接觸界面是活性炭吸附能力的基礎。

用于水處理的活性炭應有三項要求：吸附容量大、吸附速度快、機械強度好。活性炭的吸附容量附其他外界條件外，主要與活性炭比表面積有關，比表面積大，微孔數量多，可吸附在細孔壁上的吸附質就多。吸附速度主要與粒度及細孔分布有關，水處理用的活性炭，要求過渡孔(半徑20~1000A)較為發達，有利于吸附質向微細孔中擴散。活性炭的粒度越小吸附速度越快，但水頭損失要增大，一般在8~30目范圍較宜，活性炭的機械耐磨強度，直接影響活性炭的使用壽命。