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粉状活性炭吸附技术应用的关键问题

发布时间:2020-06-29 浏览

摘要:粉状活性炭吸附技术作为水厂改善水质的有效措施,运行方式灵活,费用低廉,效果明显。通过综合研究成果,对粉状活性炭吸附技术在水厂应用中应重点解决的问题进行了探讨。

一、应用状况

粉状活性炭在给水处理中的使用已有70年左右的历史。自从美国首次使用粉状活性炭去除氯酚产生的嗅味以后,活性炭成为给水处理中去除色、嗅、味和有机物的有效方法之一。国外对粉状活性炭吸附性能做了大量的研究表明;粉状活性炭对三氯苯酚、二氯苯酚、农药中所含有机物,三卤甲烷及前体物以及消毒副产物三氯醋酸、二氯醋酸和二卤乙腈等等均有很好的吸附效果,对色、嗅、味的去除效果已得到公认。

粉状活性炭在欧、美、日等国应用很普遍,美国80年代初期每年在给水处理中所用粉状活性炭约2.5万t,且有逐年增加趋势。我国60年代末期开始注意污染水源的除嗅、除味问题。粉状活性炭在上海、哈尔滨、合肥、广州都曾试用过。近年来,我国对粉状活性炭的研究和应用逐渐重视,同济大学、哈尔滨建筑大学等都作了较为深入的研究,已取得不少实用性成果。

粉状活性炭应用的主要特点是设备投资省、价格便宜、吸附速度快,对短期及突发性水质污染适应能力强。

二、制约技术应用的瓶颈

根据我们的研究表明:自来水厂中应用粉状活性炭吸附技术,是一项非常有前景的技术。但是,由于未能很好地解决该技术在应用方面存在的局限性,难以发挥粉状活性炭技术的优势,导致技术应用不能达到实际效果。在自来水厂中的应用需要解决理论依据和应用两大类问题。

1、理论上应解决的问题

(1)根据水厂原水的水质状况,特别是有机物分子量的分布状况,确定投加粉状活性炭的炭种(见图1)。

粉状活性炭吸附技术应用的关键问题

(2)根据水厂的实际水质情况,确定合理、经济的投加量(见图2)。

粉状活性炭吸附技术应用的关键问题

(3)根据水厂现有的生产工艺,确定合适、合理的投加点及投加方式,以解决粉状活性炭与混凝剂吸附竞争的矛盾,提高粉状活性炭使用效率(见图3)。

粉状活性炭吸附技术应用的关键问题

作为一种普遍性的规律,由图1、图2、图3可以知道:在相同条件下,不同的粉状活性炭炭种对有机物吸附处理的能力相差较大(去除率相差16%)。同样,根据水厂制水工艺的特点,不同投加点的影响也较大,这主要是由于原水的特性以及混凝与吸附竞争的结果,而投加量的确定在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。

粉状活性炭投加作为一种应急性的措施,在一些水厂已经得到了尝试,但对该技术的应用成效褒贬不一。我们的研究表明:针对水厂各异的实际情况,需要很好地探索解决上述三个问题的合适方式;特别是针对不同的处理工艺流程,选择合理的投加点和投加方式是至关重要的。因此在该技术的应用方面,需要引起足够的重视,才能经济、有效地发挥粉状活性炭除污染的作用。

2、工程应用中应解决的向题

(1)应用中粉尘飞扬的污染问题。在自来水厂应用中,由于粉状活性炭在诸多环节如装卸、拆包、配制、投加过程中劳动强度大、容易引起粉尘飞扬,造成工作环境恶劣,操作人员抵触情绪较强,也成为制约粉状活性炭技术应用的一个关键的、实质性的问题。

根据资料报道,有些自来水厂采用负压配制投加方式进行粉状活性炭投加。该方式已经基本解决了粉尘污染的问题,但仍难以避免粉状活性炭在搬运、拆包过程中造成的粉尘飞扬以及劳动强度大的问题,特别是处理能力大于10万m3/d的自来水厂,每小时的粉状活性炭用量一般在60kg左右(以投加量15mg/L计算)。

(2)应用中精确制备和定量投加粉状活性炭的问题。为稳定粉状活性炭吸附除污染的效果,应在一定范围内尽量保证投加计量的准确,这不仅关系到处理效果,也与制水成本密切相关。根据合适的参数建造的整个粉状活性炭储存、配制、投加设备或系统需要能很好地防止在各个环节造成的不稳定因素,如在输送投加过程中的堵塞向题,会造成流量不稳定,从而影响除污染的效果。

(3)设备或系统的自动化控制。为进一步降低粉状活性炭投加设备的操作强度,如何实现自动化操作与水厂原有自动化控制系统相配,以及如何根据水质变化情况自动追踪调整,以满足稳定出水水质的目的,这也是制约该技术应用的关键因素。

(4)投资、成本控制。粉状活性炭技术的应用最为关键的问题是投资以及成本的控制,为满足新的《生活饮用水卫生规范》(主要是CODMn;3mg/L,特殊情况下不超过5mg/L),大多数水司均面临技术改造的问题。对大多数水司而言,水质污染一般是间断性或突发性的,常规工艺在大多数时间是能够满足新的规范要求的,因此粉状活性炭技术是一项实用性非常强的技术,其投资相对较省,成本较低、投用灵活。

例如,处理能力为10万m3/d的自来水厂,设备的投资在120万元左右,1m3水投资在12元左右,较之生物处理方法投资(1m3水投资100元左右)以及臭氧生物活性炭工艺投资(1m3水投资250元左右)具有很大的优势;同时增加的处理成本约为0.02元/m3(以每年平均污染期使用粉状活性炭投加设备90d,平均投加量为15mg/L计算)。

三、结论

根据我们长时间的理论研究以及工程实践表明:粉状活性炭投加作为一项应急性的水质改善手段,只要正确解决技术使用上的炭种选择、投加点、投加方式等问题,可以较好地提高水厂的出厂水水质,特别是对有机物(CODMn)、色度等水质指标的改善;同时该技术已经取得了工程实践的检验,解决了使用过程中的粉尘污染、精确投加以及降低劳动强度实现自动化控制等诸多问题,并且该技术的使用投资少,效果明显,运行成本低廉。

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