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粉狀活性炭在供水處理中的應用

發布時間:2020-11-23 瀏覽

摘要: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,粉狀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,闡述粉狀活性炭在供水處理中的投加方法,濕式投加係統設計注意事項,投加點的選擇以及投加量如何確定。

1、粉狀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狀活性炭去除氯酚產生的嗅味以來,粉狀活性炭在水處理中的使用已有80多年的曆史,隨後的研究發現它對水中的色嗅、味的處理效果都非常明顯。粉狀活性炭在歐、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狀活性炭約2.5×104t,且有逐年增加趨勢。我國上世紀60年代末期開始注意汙染水源的除嗅、除味問題。粉狀活性炭在哈爾濱、合肥、廣州等都曾試用過。粉狀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),大多數供水廠均麵臨技術改造的問題,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,水質汙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範要求的,相對於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汙染適應性強的改造技術。2005年底發生的鬆花江水汙染事件,是對我國城市供水行業應對水源突發汙染事件能力的考驗。根據汙染物硝基苯的去除特性,應急處理中在取水口處投加粉狀炭把安全屏障前移,是應急處理取得成果的關鍵措施。因此,投加粉狀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,目前已廣泛應用於自來水行業。

粉狀活性炭在供水處理中的應用

2、粉狀活性炭投加方法

粉狀活性炭投加的方式有兩種,分別為幹式投加和濕式投加。幹式投加采用水射器作為主要投加工具,幹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,適用於變投加點工藝。濕式投加方式先將粉狀活性炭配成一定濃度的炭漿再用泵投加。在對粉狀活性炭進行投加時,投加方式需要結合場地條件、投加量來進行選擇。濕式投加是將幹粉狀活性炭加水調製成一定濃度的炭液後用泵投加,濕法投加工藝在全球已有近百年的使用曆史,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。粉狀炭相對密度小不易與水混合,常浮於水麵甚至揚塵調製成漿液進行濕投,解決了幹式粉狀活性炭投加方式的粉塵汙染問題,改善了操作環境,避免幹式粉狀活性炭易燃、易爆的危險性。

3、粉狀活性炭濕式投加係統設計注意事項

很多研究中都使用濕式投加方式。某縣供水廠及某市供水廠新增加粉末狀活性炭投加裝置,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,供應商在設計投加係統時還充分考慮係統可靠性以及減少對環境的影響。

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

3.1、噸包和25kg小包係統共用。

噸包及25kg小包共用係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,一旦噸包係統出現故障可以采用小包袋裝應急,所以多了一道安全防範措施。

3.2、多級分離雜料確保係統穩定運行。

由於粉狀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,容易引起後續設備的故障。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係統在很不利情況下也能使用。

在炭漿槽設置應急投口,這主要是考慮到極端情況(上料係統,料倉係統不能運行)仍能保證係統運行。應急投料口設置網篩防止袋片和垃圾進入炭漿槽。

3.4、放空閥門和反衝電磁閥設計

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衝洗,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。當自動控製出現問題時,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,根據某縣供水廠產水量由常規的1m3擴大為3m3這樣,即使在較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,較大程度減少加料對工人的影響。

4、粉狀活性炭投加點的選擇

在對粉狀活性炭投加點選擇,粉狀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。為充分發揮粉狀活性炭的吸附作用,需要使其與水充分接觸反應,並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,在濾池前段投加粉狀活性炭,有可能穿透濾池而影響水質。所以粉狀活性炭投加點的選擇非常重要。

對於常規的混凝、沉澱過濾水處理工藝粉狀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。不同粉狀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狀活性炭

優點:粉狀活性炭與原水接觸時間足夠長,能充分發揮粉狀活性炭的吸附作用。

缺點:存在與後續混凝反應競爭吸附有機汙染物的問題。杜永灼等人認為,在吸水井中投加粉狀活性炭缺點除與混凝去除有機汙染物競爭外,還有就是大分子有機物堵塞活性炭的大孔、中孔、限製了較小分子在孔隙內的擴散遷移,並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。

4.2、在混凝前端投加

理論上分析認為投加混凝劑後,在絮凝池中形成的微小絮體尺度發展到與粉狀活性炭顆粒尺度相近的位置應作為較佳投加點。此點投加粉狀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。粉狀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較佳狀態。在實際操作中很難把握較佳投加點。如果控製不好,產生的結果是無論混凝劑和粉狀活性炭投加多少,混凝劑產生的絮體會把粉狀活性炭包裹起來,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,粉狀活性炭投加對混凝有負麵影響,認為可能是由於粉狀活性炭表麵的負電荷影響了混凝效果。

4.3、在濾池前端投加

優點:不存在吸附與混凝競爭問題。

缺點:粉狀活性炭進入濾池後,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。

研究表明,在吸水井或混凝過程中投加粉狀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後投加粉狀活性炭去除效果好;另外在濾池前端投加粉狀活性炭,能更好地發揮粉狀活性炭的吸附作用,利用效率更高。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,在源水輕度汙染時,也能保證供水質量合格,特別是CODMn都能達到低於3mg/L的要求。

5、粉狀活性炭投加量的確定

粉狀活性炭的投加量一般需根據水質汙染狀態確定,《室外給水設計規範》中規定投加量“宜為5mg/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並不需要一個精確的數字,事實上也很難做到。但是有兩個原則需要滿足: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。

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製,發展深度處理技術對我國大部分地區還不現實,且水源的汙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。

粉狀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,而且投加粉狀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築物,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。

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