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技术问答

粉状活性炭在供水处理中的应用

发布时间:2020-11-23点击:

摘要:随着国内水体环境的不断恶化,对水质安全和质量的日趋重视,粉状活性炭以其优良的吸附性能,成为给水处理中除去色、嗅、味以及有机物的有效方法之一,阐述粉状活性炭在供水处理中的投加方法,湿式投加系统设计注意事项,投加点的选择以及投加量如何确定。

1、粉状活性炭在供水处理中的作用

自1929年美国新米尔福水厂首次使用粉状活性炭去除氯酚产生的嗅味以来,粉状活性炭在水处理中的使用已有80多年的历史,随后的研究发现它对水中的色嗅、味的处理效果都非常明显。粉状活性炭在欧、美、日等国应用很多美国上世纪80年代初期每年在给水处理中所用粉状活性炭约2.5×104t,且有逐年增加趋势。我国上世纪60年代末期开始注意污染水源的除嗅、除味问题。粉状活性炭在哈尔滨、合肥、广州等都曾试用过。粉状活性炭投加技术已经成为供水处理中除去色嗅味以及有机物的有效方法之一。

目前,随着国内对水质安全和质量的日趋重视,特别是为满足2006年国家标准化委员会、卫生部联合发布的《生活饮用卫生水标准》(主要是CODMn<3mg/L,特殊情况下不得超过5mg/L),大多数供水厂均面临技术改造的问题,各级政府也对各地方水厂提出深度处理的要求。但是对大多数供水厂而言,水质污染一般是间断性和突发性的,常规工艺在大多数时间是能满足新规范要求的,相对于深度处理的大量资金投入,很多水厂更需要设备投资省,价格便宜,见效快,对短期及突发性水质污染适应性强的改造技术。2005年底发生的松花江水污染事件,是对我国城市供水行业应对水源突发污染事件能力的考验。根据污染物硝基苯的去除特性,应急处理中在取水口处投加粉状炭把安全屏障前移,是应急处理取得成果的关键措施。因此,投加粉状活性炭技术是一项适应能力强的技术,其特点是设备投资少,成本较低,吸附速度快,投用灵活,目前已广泛应用于自来水行业。

粉状活性炭在供水处理中的应用

2、粉状活性炭投加方法

粉状活性炭投加的方式有两种,分别为干式投加和湿式投加。干式投加采用水射器作为主要投加工具,干式投加具有建设投资少,运行费用低,无管道堵塞,提高活性炭利用率,适用于变投加点工艺。湿式投加方式先将粉状活性炭配成一定浓度的炭浆再用泵投加。在对粉状活性炭进行投加时,投加方式需要结合场地条件、投加量来进行选择。湿式投加是将干粉状活性炭加水调制成一定浓度的炭液后用泵投加,湿法投加工艺在全球已有近百年的使用历史,其工艺和相关的设备已经非常成熟,但这种工艺设备组成比较庞大,占用空间多。粉状炭相对密度小不易与水混合,常浮于水面甚至扬尘调制成浆液进行湿投,解决了干式粉状活性炭投加方式的粉尘污染问题,改善了操作环境,避免干式粉状活性炭易燃、易爆的危险性。

3、粉状活性炭湿式投加系统设计注意事项

很多研究中都使用湿式投加方式。某县供水厂及某市供水厂新增加粉末状活性炭投加装置,供应商也都是推荐使用湿式投加方式。供应商选用这种投加方式主要考虑的也是场地条件和投加量,供应商在设计投加系统时还充分考虑系统可靠性以及减少对环境的影响。

安全可靠性主要体现在系统设计中,特别是料仓系统、炭浆槽、投加泵和管路系统。系统的可靠性设计主要有以下几点:

3.1、吨包和25kg小包系统共用。

吨包及25kg小包共用系统原因是吨包炭厂家调运不及时也可以储存25kg小包预备应急,一旦吨包系统出现故障可以采用小包袋装应急,所以多了一道安全防范措施。

3.2、多级分离杂料确保系统稳定运行。

由于粉状活性炭通常会夹杂一些杂料,如木片、袋片、水泥块,大块的杂料一旦进入料仓,容易引起后续设备的故障。在粉料进入小料仓时经过一道细格栅,去除杂料保证给料机的安全运行,两级炭浆槽之间的精密筛网确保去除颗粒杂质防止堵塞水泵和管道。

3.3、设计应急投料口确保系统在很不利情况下也能使用。

在炭浆槽设置应急投口,这主要是考虑到极端情况(上料系统,料仓系统不能运行)仍能保证系统运行。应急投料口设置网筛防止袋片和垃圾进入炭浆槽。

3.4、放空阀门和反冲电磁阀设计

浆槽底部设置放空口,防止浆槽底部杂质的过度累积。炭浆管路设置自来水清洗管道,运行结束时自动开启电磁阀进行冲洗,防止管道内炭沉积堵塞管道。

3.5、电气的可靠性设计

所有动力设备可以自动运行,也可以手动单独运行。当自动控制出现问题时,仍能手动开启,进行炭粉投加。

尽量减少到对环境的影响。将容易产生噪音的空压机放在设备间内,隔绝噪音,适当扩大料仓,根据某县供水厂产水量由常规的1m3扩大为3m3这样,即使在较大使用量下也可以保证24h加一次料,从而可以保证在白天加料,较大程度减少加料对工人的影响。

4、粉状活性炭投加点的选择

在对粉状活性炭投加点选择,粉状活性炭与水的接触时间是影响活性炭吸附效果的重要因素。为充分发挥粉状活性炭的吸附作用,需要使其与水充分接触反应,并保证足够的反应时间和尽量避免与混凝剂产生竞争吸附。另外,在滤池前段投加粉状活性炭,有可能穿透滤池而影响水质。所以粉状活性炭投加点的选择非常重要。

对于常规的混凝、沉淀过滤水处理工艺粉状活性炭的投加点可以有以下选择:原水吸水井投加、混凝前端投加、滤池前投加。不同粉状活性炭投加点优缺点分析如下:

4.1、在原水吸水井处投加粉状活性炭

优点:粉状活性炭与原水接触时间足够长,能充分发挥粉状活性炭的吸附作用。

缺点:存在与后续混凝反应竞争吸附有机污染物的问题。杜永灼等人认为,在吸水井中投加粉状活性炭缺点除与混凝去除有机污染物竞争外,还有就是大分子有机物堵塞活性炭的大孔、中孔、限制了较小分子在孔隙内的扩散迁移,并认为反应池中段投加时因为混凝竞争和絮体包裹都较小,所以吸附效果比较理想。

4.2、在混凝前端投加

理论上分析认为投加混凝剂后,在絮凝池中形成的微小絮体尺度发展到与粉状活性炭颗粒尺度相近的位置应作为较佳投加点。此点投加粉状活性炭颗粒和水中的絮凝体颗粒大小相当,不会产生竞争吸附。粉状活性炭吸附作用和混凝剂絮凝效果都比较好。

在混凝前端投加的优点是理论分析上的较佳状态。在实际操作中很难把握较佳投加点。如果控制不好,产生的结果是无论混凝剂和粉状活性炭投加多少,混凝剂产生的絮体会把粉状活性炭包裹起来,对水中其他有机物质的絮凝效果就会大打折扣,活性炭的吸附作用也会失效,这将增加水厂的处理成本,而且效果不佳。蒋峰等人的研究表明,粉状活性炭投加对混凝有负面影响,认为可能是由于粉状活性炭表面的负电荷影响了混凝效果。

4.3、在滤池前端投加

优点:不存在吸附与混凝竞争问题。

缺点:粉状活性炭进入滤池后,有可能会堵塞滤料层,使滤池过滤周期缩短以及部分活性炭穿透滤料层影响产水水质,而且吸附时间难以得到保证。

研究表明,在吸水井或混凝过程中投加粉状活性炭能较为明显提高对水中有机物的去除效果,在投加混凝剂30s后投加粉状活性炭去除效果好;另外在滤池前端投加粉状活性炭,能更好地发挥粉状活性炭的吸附作用,利用效率更高。某县供水厂考虑场地条件,选择在原水吸水井投加经过3km~5km的输送,活性炭与原水经过30min~60min的混合,充分发挥了作用,在源水轻度污染时,也能保证供水质量合格,特别是CODMn都能达到低于3mg/L的要求。

5、粉状活性炭投加量的确定

粉状活性炭的投加量一般需根据水质污染状态确定,《室外给水设计规范》中规定投加量“宜为5mg/L~30mg/L”,而工程应用中应根据目标期望值(出厂水CODMn)以及运行成本来综合考虑。从生产试验来看投加量并不需要一个精确的数字,事实上也很难做到。但是有两个原则需要满足:一是投加量上限以不穿透滤池为原则,同时考虑到经济因素; 二是投加量下限以出厂水各项指标符合要求为原则。

6、结语

随着国内水体环境的不断恶化,水质要求的不断提升,而目前我国的经济水平的限制,发展深度处理技术对我国大部分地区还不现实,且水源的污染呈现出不同时期的特点,因此发展灵活、经济的处理措施对现阶段的水处理工作更具有现实意义。

粉状活性炭以其优良的吸附性能,可吸附去除源水中大量有机物,而且投加粉状活性炭是一种见效快、成本低的投资方法。针对一些规模较大,设备陈旧的水厂基建投资省,不需增加特殊的设备和构筑物,应用灵活。因而对我国目前大部分供水厂的改造有着重要意义。