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(chǎn)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(nóng)藥中所含有機物，三鹵甲烷及前體物以及消毒副產(chǎn)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(fā)性水質污染適應能力強。
2　制約技術應用的瓶頸
　　根據(jù)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(fā)揮粉末活性炭技術的優(yōu)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(jù)和應用兩大類問題。
2.1　理論上應解決的問題
　　(1)根據(jù)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(jù)水廠的實際水質情況，確定合理、經(jīng)濟的投加量。
　　(3)根據(jù)水廠現(xiàn)有的生產(chǎn)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(guī)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(jù)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(jù)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(jīng)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(jīng)濟、有效地發(fā)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(huán)節(jié)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(huán)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(jù)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(jīng)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(wěn)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(jù)合適的參數(shù)建造的整個粉末活性炭儲存、配制、投加設備或系統(tǒng)必須能很好地防止在各個環(huán)節(jié)造成的不穩(wěn)定因素，如在輸送投加過程中的堵塞問題，會造成流量不穩(wěn)定，從而影響除污染的效果。
　　(3)設備或系統(tǒng)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(xiàn)自動化操作、與水廠原有自動化控制系統(tǒng)相配以及如何根據(jù)水質變化情況自動追蹤調整，以滿足穩(wěn)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(wèi)生規(guī)范》(主要是CODMn＜3 mg/L，特殊情況下不超過5 mg/L)，大多數(shù)水司均面臨技術改造的問題。對大多數(shù)水司而言，水質污染一般是間斷性或突發(fā)性的，常規(guī)工藝在大多數(shù)時間是能夠滿足新的規(guī)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(yōu)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(jù)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(jīng)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(xiàn)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。