某水廠活性炭濾池性能及更換濾料策略

朱力平，張麗麗

(上海浦東威立雅自來水有限公司，上海 200127)

1 水廠概況

上海市某水廠分二期建成，一期于1997年7月建成通水，設計供水能力為400 000 m3/d，二期于2006年7月建成通水，設計供水能力為200 000 m3/d，2010年完成600 000 m3/d的深度處理工藝系統。水源目前取用青草沙原水。臭氧-生物活性炭濾池總處理水量26 500 m3/h，共18格。單格濾池表面積125 m2，活性炭濾料深度2．2 m，濾料顆粒有效尺寸1．0 mm。過濾期間濾料層上方水位1．3 m。單格運行周期為72 h或水頭損失4．0 m。根據實際運行情況可適當調整過濾周期。

2 生物活性炭濾池性能目標

該水廠臭氧-生物活性炭濾池深度處理的目標是去除有機污染物(主要以 CODMn，UV254，TOC為指標)以及夏季嗅味物質的去除(以MIB為指標)和消毒副產物三鹵甲烷總量(THMs)的去除。

3 活性炭濾池濾料分析

表1為活性炭濾料性能分析。

表1 活性炭濾料性能分析表Tab．1 Performance of AC Filter Material

由表1可知自活性炭濾池投入使用4年以來吸附容量逐步下降。但顆粒磨損不成問題;顆粒有效粒徑和不均勻系數仍然可以接受。

4 生物活性炭濾池對CODMn的去除情況

圖1為2009～2014年水廠生物活性炭濾池對CODMn的去除情況。

圖1 2009～2014年該水廠生物活性炭濾池對CODMn的去除情況Fig．1 Removal Rate of CODMnfrom 2009 to 2014

由圖1可知有三個不同的階段:2010年4月前為一個階段，原水是黃浦江上游原水CODMn平均值6．3 mg/L，處理工藝為常規處理，CODMn出廠水平均值為3．5 mg/L，去除率為44%;2010年5月至2011年4月為第二階段，原水仍然是黃浦江上游原水CODMn平均值5．6 mg/L，處理工藝為臭氧-生物活性炭濾池深度處理，CODMn出廠水平均值為2．4 mg/L，去除率為58%，由于活性炭吸附值逐漸降低，CODMn的去除率也有所下降;2011年5月至今為第三階段，原水為青草沙原水，CODMn平均值2．8 mg/L，處理工藝為臭氧-生物活性炭濾池深度處理，CODMn出廠水平均值為1．26 mg/L，去除率為52%。

該水廠臭氧-生物活性炭濾池經過4年的運行對CODMn和其他污染物的去除以生物降解為主，近階段在青草沙原水的情況下，出廠CODMn平穩保持在1．1 mg/L左右，去除率隨原水 CODMn的升高而升高。

5 活性炭濾池與常規處理性能對比

5．1 CODMn的去除

圖2為該水廠和另一常規處理水廠2012年2月～2013年10月出廠水CODMn和COD去除率的對比情況。數據表明該水廠出廠水CODMn比常規處理水廠出廠水CODMn要低29%。且該水廠平均出廠水CODMn都在1．0 mg/L左右，遠低于《生活飲用水衛生標準》［1］CODMn限值，CODMn去除率為 54%，常規處理水廠出廠水CODMn去除率為32%。

圖2 2012年2月～2013年10月該水廠和常規處理水廠出廠水CODMn對比Fig．2 Comparison of CODMnRemoval between AC Filter and Regular Process from 2012 Feb．to 2013 Oct．

5．2 UV254的去除

圖3為2012年2月～2013年10月該水廠和常規處理水廠出廠水UV254的對比情況。在原水相同的情況下，該出廠水UV254平均值為0．018 cm-1，去除率為50%，常規處理水廠出廠水UV254平均值為0．026 cm-1，去除率為 27%。

圖3 2012年2月～2013年10月該水廠和常規處理水廠出廠水UV254去除率對比Fig．3 Comparison of UV254Removal between AC Filter and Regular Process from 2012 Feb．to 2013 Oct．

5．3 TOC 的去除

該水廠和常規處理水廠出廠水TOC的對比情況:2012年2月～2013年10月該水廠和常規處理水廠出廠水TOC分別為1．37 mg/L和1．78 mg/L，TOC去除率分別為39%和23%，可以明顯地說明生物活性炭濾池和常規工藝出廠水TOC的區別，該水廠出廠水TOC比常規處理水廠出廠水TOC去除率高16%。

5．4 嗅味(MIB)的去除

嗅味物質(MIB)是水庫水通有的問題，青草沙水源也有此問題，尤其在夏季問題特別嚴重，所以夏季自來水居民投訴中嗅味占絕大多數。如何去除水中MIB等致嗅物質是近年來國內外飲用水領域的研究熱點。研究表明，臭氧-生物活性炭濾池能夠有效去除嗅味物質(MIB)。

圖4為2012年6月～2012年8月該水廠原水，砂濾出水，中間臭氧，活性炭濾池出水和出廠水的MIB對比圖，砂濾出水后經過中間臭氧MIB平均去除了51%，然后又經過活性炭濾池后MIB去除了59%。總的去除率可達82%以上。而同期常規處理水廠對MIB的去除率只有8%。

圖4 2012年6月～2012年8月該水廠原水，砂濾出水，中間臭氧，活性炭濾池出水和出廠水MIBFig．4 MIB of Raw Water，Sand Filter，Ozone，AC Filter and Effluent from 2012 Jun．to 2012 Aug．

5．5 消毒副產物三鹵甲烷THMs總量的去除

圖5為2013年5月～2013年10月某自來水公司各水廠出廠水三鹵甲烷總量圖，該水廠出廠水三鹵甲烷總量平均值為0．14 mg/L，其他水廠平均為0．28～0．39 mg/L，說明活性炭濾池對三鹵甲烷總量去除明顯。

圖5 2013年5月～2013年10月某自來水公司各水廠出廠水三鹵甲烷總量Fig．5 THMs Concentration of Waterworks Effluent from 2013 May to 2013 Oct．

從以上運行數據可以看出該水廠臭氧-生物活性碳濾池通常可以有效去除MIB和CODMn、UV254、TOC、三鹵甲烷(THMs)等指標，這就意味著生物活性是正常的。

雖然《上海市水廠運行、維護及安全技術規程》［2］規定:當吸附活性炭濾池活性炭碘值小于600 mg/g或亞甲藍值小于85 mg/g，或者濾池出水水質達不到預定目標污染物并影響到出廠水合格率時，應進行濾料補充、再生或更換。但是該水廠目標污染物并未影響到出廠水合格率。(建設部最新版《城鎮供水廠運行、維護及安全技術規程》［3］CJJ 58—2009未提及活性炭濾料需要補充、再生或更換時的碘值和亞甲藍值的標準。)

劉輝等在《生物活性炭運行失效指標的確定》［4］一文中也指出:當生物活性炭用于飲用水深度處理時，碘值及亞甲藍值不適于作為這一工藝控制指標，因為生物活性炭主要是靠生物的作用對水中的有機污染物進行分解，吸附作用處于次要地位。對于生物活性炭運行失效指標可以參考CODMn及UV254，CODMn去除率變化值域為15% ～45%，而UV254的去除率變化值域為20% ～25%，當運行監控指標連續數日達到最低值時，可以考慮換炭。

目前該水廠的CODMn及UV254去除率分別穩定在54%和50%，TOC去除率39%，MIB去除率為91%，各項污染物指標均在預定范圍內，生物活性炭的生物降解性能穩定有效。

活性炭濾池的去除率主要是依靠生物降解作用而不僅僅是吸附作用。據資料記載，在澳大利亞Bendigo飲用水廠MIB去除率大約是80%(臭氧-生物活性炭濾池聯合作用，與該水廠臭氧-生物活性炭濾池對MIB的去除率一致)，活性炭濾料十年來從未更新或再生。

6 新濾料的預期性能

新的濾料由于吸附能力的增加有可能可以提高MIB去除率至100%。但是很難預測活性碳吸附去除效率何時穿透:這很大程度取決于天然有機物和MIB的吸附競爭，并且和進水MIB濃度關系不大。文獻資料表明活性碳吸附穿透時間很少超過一年，這就意味著如果依靠吸附去除MIB的話就需要至少每年更新濾料。在該水廠600 000 m3/d情況下，新的活性碳濾池運行3個月吸附能力就可能穿透。所以，基于運行成本和實際運行情況的綜合考慮，是否換新濾料或者怎樣換新濾料就會發覺十分重要。

7 活性炭濾料更新的通用策略

通常的方法是根據濾后水水質達到目標為原則(如該水廠活性炭濾池目的是去除CODMn，UV254和MIB)，更新部分濾料。假設如下(表2):

(1)根據去年的情況假定原水公司投加粉末活性炭，MIB濃度降低一半，中間臭氧進口 MIB為100 ng/L;

(2)中間臭氧運行沒有變化;

(3)目標:出水MIB 10 ng/L;

(4)濾料更新后的濾池MIB去除率為100%，而沒有更新濾料的老濾池通過臭氧-生物活性炭濾池聯合作用MIB總去除率為80%。

表2 濾料更新的活性炭池數量與出水MIB關系Fig．2 Effluent MIB and Number of Replaced Material AC Filter

8 結論

(1)該水廠臭氧-生物活性炭濾池運行4年，目前對有機污染物的去除主要以生物降解為主。

(2)在生物降解作用下，該水廠臭氧-生物活性炭濾池出水預定目標污染物指標穩定，并沒有影響到出廠水合格率，CODMn及UV254去除率分別穩定在54%和50%，可以考慮不更新濾料。如果不更新濾料，只需中間臭氧進口的 MIB低于50 ng/L，出水MIB濃度仍能保持10 ng/L。若MIB升高，可提高中間臭氧(預臭氧)投加率來提高MIB去除率(在溴酸鹽不超標的前提下)。

(3)加強發揮臭氧-生物活性炭濾池的聯合作用，把運行成本降低。

(4)如果要更好地去除嗅味物質(MIB)，則需要更新濾料，考慮到運行成本以及實際運行狀況，可以每年更換一半濾料(9格濾池)。

［1］GB 5749—2006，生活飲用水衛生標準［S］．

［2］CJJ 58—2009，城鎮供水廠運行、維護及安全技術規程［S］．

［3］上海市水廠運行、維護及安全技術規程［S］．

［4］劉輝，曹國華，許建華，等．生物活性炭運行失效指標的確定［J］．中國給水排水，2003，19(1):55-58．