淺談粉末活性炭在供水處理中的應用研究

戴榮玲

（凱發水處理環保運營管理（上海）有限公司上海200000）

淺談粉末活性炭在供水處理中的應用研究

戴榮玲

（凱發水處理環保運營管理（上海）有限公司上海200000）

隨著國內水體環境的不斷惡化，對水質安全和質量的日趨重視，粉末活性炭以其優良的吸附性能，成為給水處理中除去色、嗅、味以及有機物的有效方法之一，闡述粉末活性炭在供水處理中的投加方法，濕式投加系統設計注意事項，投加點的選擇以及投加量如何確定。

粉末活性炭；供水處理；應用研究

1 粉末活性炭在供水處理中的作用

自1929年美國新米爾福水廠首次使用粉末活性炭去除氯酚產生的嗅味以來，粉末活性炭在水處理中的使用已有80多年的歷史，隨后的研究發現它對水中的色、嗅、味的處理效果都非常顯著[1]。粉末活性炭在歐、美、日等國應用很多，美國上世紀80年代初期每年在給水處理中所用粉末活性炭約2.5×104t，且有逐年增加趨勢。我國上世紀60年代末期開始注意污染水源的除嗅、除味問題。粉末活性炭在哈爾濱、合肥、廣州等都曾試用過。粉末活性炭投加技術已經成為供水處理中除去色，嗅，味以及有機物的有效方法之一。

目前隨著國內對水質安全和質量的日趨重視，特別是為滿足2006年國家標準化委員會、衛生部聯合發布的《生活飲用衛生水標準》（主要是CODMn<3mg/L,特殊情況下不得超過5mg/L），大多數供水廠均面臨技術改造的問題，各級政府也對各地方水廠提出深度處理的要求。但是對大多數供水廠而言，水質污染一般是間斷性和突發性的，常規工藝在大多數時間是能滿足新規范要求的，相對于深度處理的大量資金投入，很多水廠更需要設備投資省，價格便宜，見效快，對短期及突發性水質污染適應性強的改造技術。2005年底發生的松花江水污染事件，是對我國城市供水行業應對水源突發污染事件能力的極大考驗，根據污染物硝基苯的去除特性，應急處理中在取水口處投加粉末炭，把安全屏障前移，是應急處理取得成果的關鍵措施[2]。因此投加粉末活性炭技術是一項適應能力強的技術，其特點是設備投資少，成本較低，吸附速度快，投用靈活，目前已廣泛應用于自來水行業。

2 粉末活性炭投加方法

粉末活性炭投加的方式有兩種，分別為干式投加和濕式投加。干式投加采用水射器作為主要投加工具，干式投加具有建設投資少，運行費用低，無管道堵塞，提高活性炭利用率，適用于變投加點工藝。濕式投加方式先將粉末活性炭配成一定濃度的炭漿，再用泵投加[3]。在對粉末活性炭進行投加時，投加方式需要結合場地條件、投加量來進行選擇[4]。濕式投加是將干粉末活性炭加水調制成一定濃度的炭液后用泵投加，濕法投加工藝在全球已有近百年的使用歷史，其工藝和相關的設備已經非常成熟，但這種工藝設備組成比較龐大，占用空間多。粉末炭相對密度小，不易與水混合，常浮于水面，甚至揚塵，調制成漿液進行濕投，解決了干式粉末活性炭投加方式的粉塵污染問題，改善了操作環境，避免干式粉末活性炭易燃、易爆的危險性[5]。

3 粉末活性炭濕式投加系統設計注意事項

很多研究中都使用濕式投加方式[3-5]。凱發下屬江蘇某縣供水廠及安徽某市供水廠新增加粉末活性炭投加裝置，供應商也都是推薦使用濕式投加方式。供應商選用這種投加方式主要考慮的也是場地條件和投加量，供應商在設計投加系統時還充分考慮系統可靠性以及減少對環境的影響。

安全可靠性主要體現在系統設計中，特別是料倉系統、炭漿槽、投加泵和管路系統。系統的可靠性設計主要有以下幾點：

3.1 噸包和25kg小包系統共用。噸包及25kg小包共用系統原因是噸包炭廠家調運不及時也可以儲存25kg小包預備應急，一旦噸包系統出現故障可以采用小包袋裝應急，所以多了一道安全防范措施。

3.2 多級分離雜料，確保系統穩定運行。由于粉末活性炭通常會夾雜一些雜料，如木片、袋片、水泥塊，大塊的雜料一旦進入料倉，容易引起后續設備的故障。在粉料進入小料倉時，經過一道細格柵，去除雜料，保證給料機的安全運行；兩級炭漿槽之間的精密篩網確保去除顆粒雜質，防止堵塞水泵和管道。

3.3 設計應急投料口，確保系統在最不利情況下也能使用。在炭漿槽設置應急投料口，這主要是考慮到極端情況（上料系統，料倉系統不能運行），仍能保證系統運行。應急投料口設置網篩防止袋片和垃圾進入炭漿槽。

3.4 放空閥門和反沖電磁閥設計。漿槽底部設置放空口，防止漿槽底部雜質的過度累積。炭漿管路設置自來水清洗管道，運行結束時自動開啟電磁閥進行沖洗，防止管道內炭沉積堵塞管道。

3.5 電氣的可靠性設計。所有動力設備可以自動運行，也可以手動單獨運行。當自動控制出現問題時，仍能手動開啟，進行炭粉投加。

盡量減少到對環境的影響。將容易產生噪音的空壓機放在設備間內，隔絕噪音；適當擴大料倉，根據凱發下屬江蘇某縣供水廠產水量，由常規的1m3擴大為3m3，這樣，即使在最大使用量下也可以保證24h加一次料，從而可以保證在白天加料，最大程度減少加料對工人的影響。

4 粉末活性炭投加點的選擇

在對粉末活性炭投加點選擇時，粉末活性炭與水的接觸時間是影響活性炭吸附效果的重要因素。為充分發揮粉末活性炭的吸附作用，需要使其與水充分接觸反應，并保證足夠的反應時間和盡量避免與混凝劑產生競爭吸附，另外，在濾池前段投加粉末活性炭有可能穿透濾池而影響水質。所以粉末活性炭投加點的選擇非常重要。對于常規的混凝、沉淀、過濾水處理工藝，粉末活性炭的投加點可以有以下選擇:原水吸水井投加、混凝前端投加、濾池前投加[3]。不同粉末活性炭投加點優缺點分析如下:

4.1 在原水吸水井處投加粉末活性炭，優點是粉末活性炭與原水接觸時間足夠長，能充分發揮粉末活性炭的吸附作用，缺點是存在與后續混凝反應競爭吸附有機污染物的問題。杜永灼等人認為在吸水井中投加粉末活性炭缺點除與混凝去除有機污染物競爭外，還有就是大分子有機物堵塞活性炭的大孔、中孔、限制了較小分子在孔隙內的擴散遷移，并認為反應池中段投加時因為混凝競爭和絮體包裹都較小，所以吸附效果比較理想[6]。

4.2 在混凝前端投加，理論上分析認為投加混凝劑后，在絮凝池中形成的微小絮體尺度發展到與粉末活性炭顆粒尺度相近的位置應作為最佳投加點[3]。此點投加粉末活性炭顆粒和水中的絮凝體顆粒大小相當，不會產生競爭吸附，粉末活性炭吸附作用和混凝劑絮凝效果都比較好。在混凝前端投加的優點是理論分析上的最佳狀態，在實際操作中，很難把握最佳投加點。如果控制不好，產生的結果是，無論混凝劑和粉末活性炭投加多少，混凝劑產生的絮體會把粉末活性炭包裹起來，對水中其他有機物質的絮凝效果就會大打折扣，活性炭的吸附作用也會失效，這將增加水廠的處理成本，而且效果不佳。蔣峰等人的研究表明粉末活性炭投加對混凝有負面影響，認為可能是由于粉末活性炭表面的負電荷影響了混凝效果[7]。

4.3 在濾池前端投加，好處是不存在吸附與混凝競爭問題，缺點是粉末活性炭進入濾池后，有可能會堵塞濾料層，使濾池過濾周期縮短以及部分活性炭穿透濾料層影響產水水質，而且吸附時間難以得到保證。

車騰騰研究表明在吸水井或混凝過程中投加粉末活性炭能較為明顯提高對水中有機物的去除效果，在投加混凝劑30s后投加粉末活性炭去除效果最好；另外在濾池前端投加粉末活性炭能更好地發揮粉末活性炭的吸附作用，利用效率更高[8]。凱發下屬江蘇某縣供水廠考慮場地條件，選擇在原水吸水井投加，經過3km～5km的輸送，活性炭與原水經過30min～60min的混合，充分發揮了作用，在源水輕度污染時，也能保證供水質量合格，特別是CODMn都能達到低于3mg/L的要求。

5 粉末活性炭投加量的確定

粉末活性炭的投加量一般需根據水質污染狀態確定，《室外給水設計規范》中規定投加量“宜為5 mg/L～30mg/L”，而工程應用中應根據目標期望值（出廠水CODMn）以及運行成本來綜合考慮。從生產試驗來看，投加量并不需要一個精確的數字，事實上也很難做到。但是有兩個原則必須滿足：一是投加量上限以不穿透濾池為原則，同時考慮到經濟因素；二是投加量下限以出廠水各項指標符合要求為原則[9]。

6 結語

隨著國內水體環境的不斷惡化，水質要求的不斷提升，而目前我國的經濟水平的限制，發展深度處理技術對我國大部分地區還不現實，且水源的污染呈現出不同時期的特點，因此發展靈活、經濟的處理措施對現階段的水處理工作更具有現實意義。粉末活性炭以其優良的吸附性能，可吸附去除源水中大量有機物，而且投加粉末活性炭是一種見效快、成本低的投資方法，針對一些規模較大，設備陳舊的水廠基建投資省，不需增加特殊的設備和構筑物，應用靈活。因而對我國目前大部分供水廠的改造有著重要意義。

[1]金偉,李懷正,范瑾初.粉末活性炭吸附技術應用的關鍵問題[J].給水排水,2001,27（10）:11-12.

[2]張曉健.松花江和北江水污染事件中的城市供水應急處理技術[J].給水排水,2006,32(6):6-12.

[3]白玉華,王南威,劉百倉,等.粉末活性炭投加系統應用于給水廠的設計[J].給水排水,2010,10:41-43.

[4]鄧建文.粉末活性炭投加系統在自來水廠的應用[J].華東科技:學術版,2014（11）:482-482.

[5]張艷,吳德意.粉末活性炭投加系統在自來水廠的應用[J].科技向導,2013（3）：64-64.

[6]杜永灼.應用粉末活性炭處理微污染源水生產性實驗[J].城鎮供水，2000（3）：32-34.

[7]蔣峰,范瑾初.粉末活性炭應用研究[J].中國給水排水,1995(5): 4-8.

[8]車騰騰.濾池前端投加粉末活性炭工藝的水處理效果研究[J].四川化工,2012(2):3-7.

[9]夏季春.凈水廠投加粉末活性炭及其與有關因素的相關性[J].西南給排水,2000（4）：10-13.

圖3 空氣預熱器低溫受熱面腐蝕情況

4 結論與建議

通過上述燃煤電廠實際情況可以得出以下結論：SCR催化劑砷中毒會導致脫硝系統的脫硝效率降低，氨逃逸濃度增加，下游空預器低溫段腐蝕。以上三種情況的發生均會影響燃煤電廠脫硝系統以及下游設備穩定、健康的運行，給電廠造成環保指標超標的隱患，同時也會對機組正常生產運行造成風險。因此，采用SCR脫硝的燃煤電廠在日常運行管理過程中，應著重關注催化劑砷中毒，采用物理化學方法減少富集在灰分中As元素量，降低爐溫以減少As元素的揮發，定期對催化劑進行檢測，降低由于SCR催化劑砷中毒對燃煤電廠安全、穩定和健康運行造成的影響。

參考文獻

[1]朱法華,劉大鈞,王圣.火電廠NOX排放及控制對策審視[J].環境保護,2009(21)：40-41.

[2]張艦.選擇性催化還原脫硝催化劑失活研究綜述[J].現代工業和信息化.2015,5（18）：53-54.

[3]孫克勤,鐘勤,于愛華.SCR催化劑的砷中毒研究[J].中國環保產業.2008（1）:40-42.

于洪海（1982—），男，沈陽人，碩士，工程師，目前主要從事電廠環境技術監督和污染治理研究工作。