粉末活性炭吸附技術在水廠應用中的關鍵問題

粉末活性炭吸附技術在水廠應用中的關鍵問題

提要:粉末活性炭吸附技術作為水廠改善水質的有效措施，運行方式靈活，費用低廉，效果明顯。通過綜合研究成果，對粉末活性炭吸附技術在水廠應用中應重點解決的問題進行了探討。
關鍵詞:　粉末活性炭　水質　有機物 　　
1　應用狀況
　　粉末在給水處理中的使用已有70年左右的歷史。自從美國首次使用粉末活性炭去除氯酚產生的嗅味以后，活性炭成為給水處理中去除色、嗅、味和有機物的有效方法之一。國外對粉末活性炭吸附性能作的大量研究表明：粉末活性炭對三氯苯酚、二氯苯酚、農藥中所含有機物，三鹵甲烷及前體物以及消毒副產物三氯醋酸、二氯醋酸和二鹵乙腈等等均有很好的吸附效果，對色、嗅、味的去除效果已得到公認。
　　粉末活性炭在歐、美、日等國應用很普遍，美國80年代初期每年在給水處理中所用粉末活性炭約2.5萬t，且有逐年增加趨勢。我國60年代末期開始注意污染水源的除嗅、除味問題。粉末活性炭在上海、哈爾濱、合肥、廣州都曾試用過。近年來，我國對粉末活性炭的研究和應用逐漸重視，同濟大學、哈爾濱建筑大學等都作了較為深入的研究，已取得不少實用性成果。
　　粉末活性炭應用的主要特點是設備投資省，價格便宜，吸附速度快，對短期及突發性水質污染適應能力強。
2　制約技術應用的瓶頸
　　根據我們的研究表明：自來水廠中應用粉末活性炭吸附技術，是一項非常有前景的技術。但是，由于未能很好地解決該技術在應用方面存在的局限性，難以發揮粉末活性炭技術的優勢，導致技術應用不能達到實際效果。在自來水廠中的應用必須解決理論依據和應用兩大類問題。
2.1　理論上應解決的問題
　　(1)根據水廠原水的水質狀況，特別是有機物分子量的分布狀況，確定投加粉末活性炭的炭種。
　　(2)根據水廠的實際水質情況，確定合理、經濟的投加量。
　　(3)根據水廠現有的生產工藝，確定合適、合理的投加點及投加方式，以解決粉末活性炭與混凝劑吸附競爭的矛盾，提高粉末活性炭使用效率。
　　作為一種普遍性的規律：在相同條件下，不同的粉末活性炭炭種對有機物吸附處理的能力相差較大(去除率相差16%)。同樣，根據水廠制水工藝的特點，不同投加點的影響也較大，這主要是由于原水的特性以及混凝與吸附競爭的結果，而投加量的確定在工程應用中應根據目標期望值(出廠水CODMn)以及運行成本來綜合考慮。
　　粉末活性炭投加作為一種應急性的措施，在一些水廠已經得到了嘗試，但對該技術的應用成效褒貶不一。我們的研究表明：針對水廠各異的實際情況，必須很好地探索解決上述三個問題的合適方式；特別是針對不同的處理工藝流程，選擇合理的投加點和投加方式是至關重要的。因此在該技術的應用方面，必須引起足夠的重視，才能經濟、有效地發揮粉末活性炭除污染的作用。
2.2　工程應用中應解決的問題
　　(1)應用中粉塵飛揚的污染問題。在自來水廠應用中，由于粉末活性炭在諸多環節如裝卸、拆包、配制、投加過程中勞動強度大、容易引起粉塵飛揚，造成工作環境惡劣，操作人員抵觸情緒較強，也成為制約粉末活性炭技術應用的一個關鍵的、實質性的問題。
　　根據資料報道，有些自來水廠采用負壓配制投加方式進行粉末活性炭投加。該方式已經基本解決了粉塵污染的問題，但仍難以避免粉末活性炭 (20 kg/袋)在搬運、拆包過程中造成的粉塵飛揚以及勞動強度大的問題，特別是處理能力大于10萬m3/d的自來水廠，每小時的粉末活性炭用量一般在60 kg左右(以投加量15 mg/L計算)。
　　(2)應用中精確制備和定量投加粉末活性炭的問題。為穩定粉末活性炭吸附除污染的效果，應在一定范圍內盡量保證投加計量的準確，這不僅關系到處理效果，也與制水成本密切相關。根據合適的參數建造的整個粉末活性炭儲存、配制、投加設備或系統必須能很好地防止在各個環節造成的不穩定因素，如在輸送投加過程中的堵塞問題，會造成流量不穩定，從而影響除污染的效果。
　　(3)設備或系統的自動化控制。為進一步降低粉末活性炭投加設備的操作強度，如何實現自動化操作、與水廠原有自動化控制系統相配以及如何根據水質變化情況自動追蹤調整，以滿足穩定出水水質的目的，這也是制約該技術應用的關鍵因素。
　　(4)投資、成本控制。粉末活性炭技術的應用最為關鍵的問題是投資以及成本的控制，為滿足新的《生活飲用水衛生規范》(主要是CODMn＜3 mg/L，特殊情況下不超過5 mg/L)，大多數水司均面臨技術改造的問題。對大多數水司而言，水質污染一般是間斷性或突發性的，常規工藝在大多數時間是能夠滿足新的規范要求的，因此粉末活性炭技術是一項實用性非常強的技術，其投資相對較省，成本較低、投用靈活。
　　例如，處理能力為10萬m3/d的自來水廠，設備的投資在120萬元左右，1 m3水投資在1 2元左右，較之生物處理方法投資(1 m3水投資100元左右)以及臭氧生物活性炭工藝投資(1 m3 水投資250元左右)具有很大的優勢；同時增加的處理成本約為0.02元/m3(以每年平均污染期使用粉末活性炭投加設備90 d，平均投加量為15 mg/L計算)。
3　結論
　　根據我們長時間的理論研究以及工程實踐表明：粉末活性炭投加作為一項應急性的水質改善手段，只要正確解決技術使用上的炭種選擇、投加點、投加方式等問題，可以較好地提高水廠的出廠水水質，特別是對有機物(CODMn)、色度等水質指標的改善 ；同時該技術已經取得了工程實踐的檢驗，解決了使用過程中的粉塵污染、精確投加以及降低勞動強度實現自動化控制等諸多問題，并且該技術的使用投資少，效果明顯，運行成本低廉。