简要说明：果壳颗粒活性炭在水处理滤池中的使用方法

果壳颗粒活性炭在水处理滤池中的使用方法活性炭在水处理滤池的应用

近年来，水被有机污染的程度越来越严重（见表一）。在人们对生活质量的需求不断提升的前提下，对饮用水质量的要求也越来越高。针对日益恶化的源水水质，采用预处理及深度处理工艺成为提高供水水质的必要手段，也是今后国内水处理发展的趋势。深度处理中的臭氧活性炭工艺是目前处理微污染源水最有效的手段之一，在国内外研究应用已有70多年历史。活性炭过滤是深度处理工艺的最后阶段，更是必不可少的环节。对活性炭滤池科学的运行维护能够有效的提高供水水质、节省制水成本、延长活性炭的使用周期。
2003年源水水质情况      
 表1      
项目名称
 色度（度）
 氨氮（mg/L）
 总铁（mg/L）
 锰（mg/L）
 CODMn（mg/L）
 
最大
 40
 5.00
 2.80
 0.472
 8.90
 
平均
 19
 1.23
 1.14
 0.228
 5.52
 

1活性炭应用工艺概况

1.1工艺原理
　　臭氧活性炭深度处理工艺利用臭氧的强氧化性改变大分子有机物的性质和结构、利用活性炭的吸附性能以及附着在活性炭表面上的生物膜的生物降解作用去除水中有机物，达到净化水质的目的。

　　臭氧的氧化能力极强，仅次于氟，在活性炭过滤前投加臭氧可以杀死细菌、去除病毒、氧化水中有机物、提高水中有机物的可生化性，增强活性炭的去除，还可以延长活性炭的再生周期。

　　活性炭对分子量在1500以下的环状化合物、不饱和化合物以及分子量在数千以上的直链化合物（糖类）有较强的吸附能力，对去除腐殖酸、异臭、色度、农药、烃类有机物、有机氯化物、洗涤剂等有很好的效果，特别是对致突变物质及氯化致突变物前驱低了出水的致突变活性。
　　许多实验研究证明，为了抑制饮用水中大肠杆菌的生长，需要达到AOC＜50μg/L，TOC＜2mg/L，活性炭表面附着的生物膜具有生物降解作用，在常规处理之后进行生物处理对致突物有一定的去除效果，使出水达到更好的生物稳定性，管网水也获得了更长的保质期。

1.2 工程概况
　　水质作为一个技改项目在市人大会议上提出，并列为桐乡市2003年为民办实事的十件大事之一。采用生物接触氧化预处理+常规处理+臭氧活性炭深度处理为全过程的水处理新工艺，一期工程设计规模为8万m3/d，在原有常规处理工艺的基础上新增预处理及深度处理工艺，2002年7月开工，2003年5月竣工投产;二期工程设计规模为7万m3/d，为一套完整的预处理+常规处理+深度处理工艺，2003年8月开工，2004年7月竣工投产。两期工程全部竣工并投入运行后，果园桥水厂的水处理工艺从原来的单一常规处理迅速跃升至国内先进水平。

1.3 设计参数

　臭氧投加点在活性炭过滤之前，根据实际水质情况投加量为1～3mg/L，臭氧接触时间为15min。活性炭滤池分为10格，一期7格为1.5mm柱状炭，3格为8×30目破碎炭，二期10格全部为12×40目破碎炭，利用原有反冲洗水塔中的砂滤池出水对炭层进行反冲洗，通过调节反冲洗阀门的开度来控制反冲洗强度，二期活性炭滤池在单水反冲洗的基础上增加了气冲洗。

　　结合果园桥水厂吸附试验的结果，活性炭滤池的1.8m、滤速8m/h、接触时间13.5min。

　　在活性炭滤池设计中，几个重要的工艺参数特别需要引起重视：

　　①滤速。它是影响水质和运行管理的一项重要指标，与进水流量（即生产规模）和滤池面积有关，因此在正常运行中无法调整滤速，设计时首先必须考虑选择合理的滤速。在一定的炭层厚度条件下，滤速越慢接触时间越长，接触时间越美水厂活性炭滤池的滤速一般为7.5～15m/h。
　　②炭层厚度。炭层厚度一般以SV值作为衡量标准。SV值表示单位时间内单位体积活性炭的处理水量，SV=Q/Cv，Q为每小时处理水量（m3/h），Cv为活性炭的体积（m3），SV值为4～8能保持较好的处理效果。欧美水厂活性炭滤池的炭层厚度一般为1.8～3.6m。
　　③排水槽距离炭层面的高度。间距过小易造成反冲洗时炭粒流失，间距过大则不利于反冲洗废水及时排出，还会多消耗反冲洗用水。根据果园桥水厂现场实测，气冲洗时由于滤板下产生的气垫层以及气体在水中占有了一部分体积，水位要上升45cm左右，新炭投入后使用一段时间，经数次反冲洗炭层日渐蓬松，炭层厚度较刚投入时增加约加炭层高度，设计时应适当留有余地。

2活性炭的选型
　　
                   活性炭是一种经过气化（炭化、活化），具有丰富孔隙结构和巨大比表面积的炭质吸附材料。活性炭的吸附是水中污染物质在其表面的富集或浓缩。因原水水质和活性炭产品的性能差异较大，对活性炭的选型必须进行吸附试验，速、接触时间、反冲洗时的膨胀率等工艺参数。

　　在参考了美国水厂选用活性炭指标的基础上，结合一年多吸附试验的运行经验，经过认真的分析比较，一期活性炭滤池选用了1.5mm柱状炭和8×30目破碎炭两种活性炭（主要指标见表二）。其选用理由：一是以上两种炭在吸附试验中均表现出较好的去除效果，二是希望进一步比较不同规格、不同指标活性炭在生产运行中去除效果的差别。粒径大于1.5mm的活性炭由于滤料之间间隙太大，影响处理效果基本不予考虑。参考了一期的运行情况，二期选用的活性炭在主要指标上作了一定的调整和优化，大胆使用了粒径更小的12×40目破碎炭（主要指标见表二），这种炭由于粒径小，重量轻，运行维护比较麻烦，但粒径易吸附水中的物质，处理效果也更好。

活性炭的投入

　　嵩山牌活性炭的吸附性能极强，因此在运输途中以及保存过程中严格要求采用防紫外线材料制成的牢固且不易破损的包装在空气中，因为活性炭容易吸附空气中的物质，影响使用效果。

　　活性炭的投入过程一般分以下几个步骤：
　　
（1）投入前的滤池清洗。活性炭投入前对活性炭滤池需采取很严格的消毒措施，用出厂水将滤池内的所有杂质冲洗干净，将浓度为15mg/L的将滤池冲洗干净，直至冲洗出水不含余氯为止。
　　
（2）投入后的浸泡。投入活性炭后立即加入一定量不含余氯的滤后水，浸泡24小时以上，使活性炭湿透。欧美水厂一般将活性炭与水充分混合（在活性炭中加入15%左右的水），用泵打入滤池。这种方式便于活性炭的投入与取出，活性炭在投入过程中已经湿透，但是该方式需要增加附属设备及管道，滤池的造价相应提高，并且高的要求，考虑到实际情况，果园桥水厂并未仿效。
　　
（3）冲洗。在浸泡过程中，所有的细小颗粒和未被浸透的炭会慢慢的浮上水面。经数次反冲洗，炭层中的细小颗粒和未被浸透的炭得以去除，炭粒孔隙中的空气被置换出来，使活性炭的吸附能力得以充分发挥。生产出来的活性炭一般呈碱性，冲洗后其PH值达到行时出水PH值超标。
　　
（4）炭床分层。反冲洗时冲洗强度需逐渐增加到炭床的膨胀率为30%左右，并稳定保持10～15min。在此过程中，炭床发生分层，即大小颗粒重新分布，细小的颗粒随冲洗水流上升排池。

4活性炭滤池的运行维护

（1）对进水浊度的控制。采用活性炭处理的目的是为了更有效的去除有机物，而不是为了截留悬浮固体，一般控制炭滤池的进水浊度此在今后的运行中对进水浊度应该提出更高的控制目标。

 （2）对进水余氯的控制。活性炭可的破坏，因此生产中必须控制活性炭滤池进水不得有余氯。

（3）保持活性炭吸附程度的相对均匀。活性炭滤池一般都采用方形池型，我们测量的反冲洗强度一般是指整格池的平均冲洗强度。方形池型在反冲洗时各个位置的冲洗强度并不一致，角上的冲洗强度相对较小，而池中间以及离反冲洗进水管近的位置，冲洗强度相对较大，运行一段时间后就会造成炭层面中间低、四周高，低的位置炭层较薄水头损失较小，因此该处局部的滤速相对较大，运行负荷的增大使炭层薄的地方活性炭的使用周期缩短，造成单格池内活性炭在吸附饱和程度上的不均匀。因此在使用一段时间后需人工耙平，以保持池内活性炭在吸附饱和程度上的相对均匀。二期活性炭滤池增加了气冲系统，由于气冲时炭粒处于完全膨胀状态，炭层能在气冲结束后保持比较均匀的厚度。

（4）增加水中的溶解氧。成为生物活性炭取决于水温、微生物利用的原水中所含基质的种类、水中细菌的浓度和种类、反冲洗方式和反冲洗周期以及溶解氧。臭氧的投加极大的增加了水中的溶解氧，并且使进入炭层内部的水中留有一定的余臭氧，保证了炭层中生物的需要。去除有机物、氨氮需要消耗大量的溶解氧，通常在1：4以上，每氧化1mgNH3—N为NO2—N，需要消耗3.34mg的溶解氧，每氧化1mgN02—N为NO3—N需要消耗1.14mg的溶解氧。经过投加臭氧，滤前水溶解氧能保持在12～15mg/L，基本处于饱和状态，使活性炭的生物作用得以稳定发挥。

　　（5）对反冲洗的控制。随着活性炭滤池运行时间的延长，炭粒表面及炭层中积累的生物和非生物颗粒的数量不断增加，导致炭粒间隙减小，水头损失增加，影响活性炭滤池的出水水质和产水量。如果反冲洗时炭层的膨胀率不足，下层的炭粒悬浮不起来，炭层就冲洗不干净，如膨胀率过大，水流剪力就较小，炭粒不易碰撞，达不到冲洗效果。膨胀率随着冲洗强度的增大而增大，冲洗强度过大，会造成炭粒的流失，由于反冲洗水的流速很大，会冲动承托层，破坏其级配排列，使炭层和承托层卵石混合在一起，即不利于再生又影响出水水质。合理的反冲洗可以充分除去过量的生物膜和截留的微小颗粒，而频繁的反冲洗则使生物膜难以形成。因此反冲洗成为活性炭滤池运行维护的关键，是保证活性炭滤池成功运行的一个重要环节。

一般需注意以下几个方面：

　　a. 至少采用砂滤池滤后水反冲洗，最好采用活性炭滤池出水，保证冲洗用水具有较低的浊度和较好的水质，即可以使冲洗后的炭层比较洁净又避免炭层在冲洗过程中的无效吸附。

　　b. 保证合理的冲洗历时、冲洗强度和膨胀率。我们以冲洗结束时排出水的浊度来作为冲洗强度和历时是否达到冲洗目的的衡量标准。活性炭滤池反冲洗废水中的微生物浓度一般不低于105个/mL，因此将反冲洗废水的浊度作为一项主要检测指标，一般以反冲洗废水浊度≤5NTU作为反冲洗结束的前提。

      一般认为25%～30%的膨胀率是比较合理的，反冲洗强度与活性炭的粒径有关，达到一定的膨胀率，粒径越大所需的冲洗强度就越大，达到30%的膨胀率，1.5mm柱状炭的冲洗强度为11L/s.m2,8×30目破碎炭的冲洗强度为10L/s.m2, 12×40目破碎炭的冲洗强度为7.7L/s.m2。由于水塔水量的限制，在以上的冲洗强度条件下，1.5mm柱状炭和8×30目破碎炭的滤格最多只能持续8分钟的冲洗历时，12×40目破碎炭的滤格最多只能持续10分钟的冲洗历时，一期活性炭以反冲洗废水浊度<5NTU作为反冲洗结束的前提，

    二期活性炭以反冲洗废水浊度<3NTU作为反冲洗结束的前提，考虑到活性炭比较轻，反冲洗强度比较弱，在水塔水量允许的情况下应尽量延长其反冲洗历时，以达到延长冲洗周期、避免炭粒过度磨损的目的。因此我们在参照反冲洗历时内浊度变化（见表三、表四）的基础上将一期冲洗历时定为8分钟，二期冲洗历时定为10分钟。
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