果殼顆粒活性炭在水處理濾池中的使用方法

果殼顆粒活性炭在水處理濾池中的使用方法活性炭在水處理濾池的應用

近年來，水被有機污染的程度越來越嚴重（見表一）。在人們對生活質量的需求不斷提升的前提下，對飲用水質量的要求也越來越高。針對日益惡化的源水水質，采用預處理及深度處理工藝成為提高供水水質的必要手段，也是今后國內水處理發展的趨勢。深度處理中的臭氧活性炭工藝是目前處理微污染源水最有效的手段之一，在國內外研究應用已有70多年歷史。活性炭過濾是深度處理工藝的最后階段，更是必不可少的環節。對活性炭濾池科學的運行維護能夠有效的提高供水水質、節省制水成本、延長活性炭的使用周期。
2003年源水水質情況      
 表1      
項目名稱
 色度（度）
 氨氮（mg/L）
 總鐵（mg/L）
 錳（mg/L）
 CODMn（mg/L）
 
最大
 40
 5.00
 2.80
 0.472
 8.90
 
平均
 19
 1.23
 1.14
 0.228
 5.52
 

1活性炭應用工藝概況

1.1工藝原理
　　臭氧活性炭深度處理工藝利用臭氧的強氧化性改變大分子有機物的性質和結構、利用活性炭的吸附性能以及附著在活性炭表面上的生物膜的生物降解作用去除水中有機物，達到凈化水質的目的。

　　臭氧的氧化能力極強，僅次于氟，在活性炭過濾前投加臭氧可以殺死細菌、去除病毒、氧化水中有機物、提高水中有機物的可生化性，增強活性炭的去除，還可以延長活性炭的再生周期。

　　活性炭對分子量在1500以下的環狀化合物、不飽和化合物以及分子量在數千以上的直鏈化合物（糖類）有較強的吸附能力，對去除腐殖酸、異臭、色度、農藥、烴類有機物、有機氯化物、洗滌劑等有很好的效果，特別是對致突變物質及氯化致突變物前驅低了出水的致突變活性。
　　許多實驗研究證明，為了抑制飲用水中大腸桿菌的生長，需要達到AOC＜50μg/L，TOC＜2mg/L，活性炭表面附著的生物膜具有生物降解作用，在常規處理之后進行生物處理對致突物有一定的去除效果，使出水達到更好的生物穩定性，管網水也獲得了更長的保質期。

1.2 工程概況
　　水質作為一個技改項目在市人大會議上提出，并列為桐鄉市2003年為民辦實事的十件大事之一。采用生物接觸氧化預處理+常規處理+臭氧活性炭深度處理為全過程的水處理新工藝，一期工程設計規模為8萬m3/d，在原有常規處理工藝的基礎上新增預處理及深度處理工藝，2002年7月開工，2003年5月竣工投產;二期工程設計規模為7萬m3/d，為一套完整的預處理+常規處理+深度處理工藝，2003年8月開工，2004年7月竣工投產。兩期工程全部竣工并投入運行后，果園橋水廠的水處理工藝從原來的單一常規處理迅速躍升至國內先進水平。

1.3 設計參數

　臭氧投加點在活性炭過濾之前，根據實際水質情況投加量為1～3mg/L，臭氧接觸時間為15min。活性炭濾池分為10格，一期7格為1.5mm柱狀炭，3格為8×30目破碎炭，二期10格全部為12×40目破碎炭，利用原有反沖洗水塔中的砂濾池出水對炭層進行反沖洗，通過調節反沖洗閥門的開度來控制反沖洗強度，二期活性炭濾池在單水反沖洗的基礎上增加了氣沖洗。

　　結合果園橋水廠吸附試驗的結果，活性炭濾池的1.8m、濾速8m/h、接觸時間13.5min。

　　在活性炭濾池設計中，幾個重要的工藝參數特別需要引起重視：

　　①濾速。它是影響水質和運行管理的一項重要指標，與進水流量（即生產規模）和濾池面積有關，因此在正常運行中無法調整濾速，設計時首先必須考慮選擇合理的濾速。在一定的炭層厚度條件下，濾速越慢接觸時間越長，接觸時間越美水廠活性炭濾池的濾速一般為7.5～15m/h。
　　②炭層厚度。炭層厚度一般以SV值作為衡量標準。SV值表示單位時間內單位體積活性炭的處理水量，SV=Q/Cv，Q為每小時處理水量（m3/h），Cv為活性炭的體積（m3），SV值為4～8能保持較好的處理效果。歐美水廠活性炭濾池的炭層厚度一般為1.8～3.6m。
　　③排水槽距離炭層面的高度。間距過小易造成反沖洗時炭粒流失，間距過大則不利于反沖洗廢水及時排出，還會多消耗反沖洗用水。根據果園橋水廠現場實測，氣沖洗時由于濾板下產生的氣墊層以及氣體在水中占有了一部分體積，水位要上升45cm左右，新炭投入后使用一段時間，經數次反沖洗炭層日漸蓬松，炭層厚度較剛投入時增加約加炭層高度，設計時應適當留有余地。

2活性炭的選型
　　
                   活性炭是一種經過氣化（炭化、活化），具有豐富孔隙結構和巨大比表面積的炭質吸附材料。活性炭的吸附是水中污染物質在其表面的富集或濃縮。因原水水質和活性炭產品的性能差異較大，對活性炭的選型必須進行吸附試驗，速、接觸時間、反沖洗時的膨脹率等工藝參數。

　　在參考了美國水廠選用活性炭指標的基礎上，結合一年多吸附試驗的運行經驗，經過認真的分析比較，一期活性炭濾池選用了1.5mm柱狀炭和8×30目破碎炭兩種活性炭（主要指標見表二）。其選用理由：一是以上兩種炭在吸附試驗中均表現出較好的去除效果，二是希望進一步比較不同規格、不同指標活性炭在生產運行中去除效果的差別。粒徑大于1.5mm的活性炭由于濾料之間間隙太大，影響處理效果基本不予考慮。參考了一期的運行情況，二期選用的活性炭在主要指標上作了一定的調整和優化，大膽使用了粒徑更小的12×40目破碎炭（主要指標見表二），這種炭由于粒徑小，重量輕，運行維護比較麻煩，但粒徑易吸附水中的物質，處理效果也更好。

活性炭的投入

　　嵩山牌活性炭的吸附性能極強，因此在運輸途中以及保存過程中嚴格要求采用防紫外線材料制成的牢固且不易破損的包裝在空氣中，因為活性炭容易吸附空氣中的物質，影響使用效果。

　　活性炭的投入過程一般分以下幾個步驟：
　　
（1）投入前的濾池清洗。活性炭投入前對活性炭濾池需采取很嚴格的消毒措施，用出廠水將濾池內的所有雜質沖洗干凈，將濃度為15mg/L的將濾池沖洗干凈，直至沖洗出水不含余氯為止。
　　
（2）投入后的浸泡。投入活性炭后立即加入一定量不含余氯的濾后水，浸泡24小時以上，使活性炭濕透。歐美水廠一般將活性炭與水充分混合（在活性炭中加入15%左右的水），用泵打入濾池。這種方式便于活性炭的投入與取出，活性炭在投入過程中已經濕透，但是該方式需要增加附屬設備及管道，濾池的造價相應提高，并且高的要求，考慮到實際情況，果園橋水廠并未仿效。
　　
（3）沖洗。在浸泡過程中，所有的細小顆粒和未被浸透的炭會慢慢的浮上水面。經數次反沖洗，炭層中的細小顆粒和未被浸透的炭得以去除，炭粒孔隙中的空氣被置換出來，使活性炭的吸附能力得以充分發揮。生產出來的活性炭一般呈堿性，沖洗后其PH值達到行時出水PH值超標。
　　
（4）炭床分層。反沖洗時沖洗強度需逐漸增加到炭床的膨脹率為30%左右，并穩定保持10～15min。在此過程中，炭床發生分層，即大小顆粒重新分布，細小的顆粒隨沖洗水流上升排池。

4活性炭濾池的運行維護

（1）對進水濁度的控制。采用活性炭處理的目的是為了更有效的去除有機物，而不是為了截留懸浮固體，一般控制炭濾池的進水濁度此在今后的運行中對進水濁度應該提出更高的控制目標。

 （2）對進水余氯的控制。活性炭可的破壞，因此生產中必須控制活性炭濾池進水不得有余氯。

（3）保持活性炭吸附程度的相對均勻。活性炭濾池一般都采用方形池型，我們測量的反沖洗強度一般是指整格池的平均沖洗強度。方形池型在反沖洗時各個位置的沖洗強度并不一致，角上的沖洗強度相對較小，而池中間以及離反沖洗進水管近的位置，沖洗強度相對較大，運行一段時間后就會造成炭層面中間低、四周高，低的位置炭層較薄水頭損失較小，因此該處局部的濾速相對較大，運行負荷的增大使炭層薄的地方活性炭的使用周期縮短，造成單格池內活性炭在吸附飽和程度上的不均勻。因此在使用一段時間后需人工耙平，以保持池內活性炭在吸附飽和程度上的相對均勻。二期活性炭濾池增加了氣沖系統，由于氣沖時炭粒處于完全膨脹狀態，炭層能在氣沖結束后保持比較均勻的厚度。

（4）增加水中的溶解氧。成為生物活性炭取決于水溫、微生物利用的原水中所含基質的種類、水中細菌的濃度和種類、反沖洗方式和反沖洗周期以及溶解氧。臭氧的投加極大的增加了水中的溶解氧，并且使進入炭層內部的水中留有一定的余臭氧，保證了炭層中生物的需要。去除有機物、氨氮需要消耗大量的溶解氧，通常在1：4以上，每氧化1mgNH3—N為NO2—N，需要消耗3.34mg的溶解氧，每氧化1mgN02—N為NO3—N需要消耗1.14mg的溶解氧。經過投加臭氧，濾前水溶解氧能保持在12～15mg/L，基本處于飽和狀態，使活性炭的生物作用得以穩定發揮。

　　（5）對反沖洗的控制。隨著活性炭濾池運行時間的延長，炭粒表面及炭層中積累的生物和非生物顆粒的數量不斷增加，導致炭粒間隙減小，水頭損失增加，影響活性炭濾池的出水水質和產水量。如果反沖洗時炭層的膨脹率不足，下層的炭粒懸浮不起來，炭層就沖洗不干凈，如膨脹率過大，水流剪力就較小，炭粒不易碰撞，達不到沖洗效果。膨脹率隨著沖洗強度的增大而增大，沖洗強度過大，會造成炭粒的流失，由于反沖洗水的流速很大，會沖動承托層，破壞其級配排列，使炭層和承托層卵石混合在一起，即不利于再生又影響出水水質。合理的反沖洗可以充分除去過量的生物膜和截留的微小顆粒，而頻繁的反沖洗則使生物膜難以形成。因此反沖洗成為活性炭濾池運行維護的關鍵，是保證活性炭濾池成功運行的一個重要環節。

一般需注意以下幾個方面：

　　a. 至少采用砂濾池濾后水反沖洗，最好采用活性炭濾池出水，保證沖洗用水具有較低的濁度和較好的水質，即可以使沖洗后的炭層比較潔凈又避免炭層在沖洗過程中的無效吸附。

　　b. 保證合理的沖洗歷時、沖洗強度和膨脹率。我們以沖洗結束時排出水的濁度來作為沖洗強度和歷時是否達到沖洗目的的衡量標準。活性炭濾池反沖洗廢水中的微生物濃度一般不低于105個/mL，因此將反沖洗廢水的濁度作為一項主要檢測指標，一般以反沖洗廢水濁度≤5NTU作為反沖洗結束的前提。

      一般認為25%～30%的膨脹率是比較合理的，反沖洗強度與活性炭的粒徑有關，達到一定的膨脹率，粒徑越大所需的沖洗強度就越大，達到30%的膨脹率，1.5mm柱狀炭的沖洗強度為11L/s.m2,8×30目破碎炭的沖洗強度為10L/s.m2, 12×40目破碎炭的沖洗強度為7.7L/s.m2。由于水塔水量的限制，在以上的沖洗強度條件下，1.5mm柱狀炭和8×30目破碎炭的濾格最多只能持續8分鐘的沖洗歷時，12×40目破碎炭的濾格最多只能持續10分鐘的沖洗歷時，一期活性炭以反沖洗廢水濁度<5NTU作為反沖洗結束的前提，

    二期活性炭以反沖洗廢水濁度<3NTU作為反沖洗結束的前提，考慮到活性炭比較輕，反沖洗強度比較弱，在水塔水量允許的情況下應盡量延長其反沖洗歷時，以達到延長沖洗周期、避免炭粒過度磨損的目的。因此我們在參照反沖洗歷時內濁度變化（見表三、表四）的基礎上將一期沖洗歷時定為8分鐘，二期沖洗歷時定為10分鐘。
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