粉末活性炭技术在自来水水厂中的应用

金 伟 　李怀正　
(上海同济大学环境科学与工程学院)

　　摘　要：本论文通过实验室以及粉末活性炭投加设备对粉末活性炭投加技术在自来水水厂应用的几个具体问题进行了初步探讨，确定了实验室水质模拟的可靠性以及对该设备工程应用方面的粉尘污染、自动化控制以及精确投加的关键技术予以充分的解决。总体而言，该技术作为自来水水厂水质污染的应急技术以及改善水质、其运行方式灵活，运行费用低廉，将为满足日益严格的水质标准起到积极的作用。
　　关键词：粉末活性炭、自来水水质、有机物

一、水厂基本情况

　　张江水厂系上海浦东新区自来水总公司的一座下属水厂，位于原浦东张江附近，以川杨河为取水水源，日最大供水量为Q=35000吨/天、由于川杨河水质污染严重，该厂于1997年11月投产增加了生物预处理工艺，以主要解决氨氮污染的问题。现有处理工艺为：
　　取水泵站→生物预处理→机械加速澄清池→普通快滤池→清水库
　　根据张江水厂提供的川杨河水质资料：川杨河水的氨氮含量在污染周期内一般在2—6mg/L之间，耗氧量约在4—10mg/L之间；采用生物预处理工艺后，出厂水氨氮在10℃以上时基本可稳定在0.5～1.0ppm左右，但对有机物及色度的去除效果不明显，出厂水的CODmn在4～8ppm，色度在污染周期内时有超标。为改善有机物、色度的出水水质状况，该厂曾尝试采用粉末活性炭投加进行辅助处理，但由于粉尘污染、操作条件较差、运行费用较高等因素而中断。

二、技术应用状况

　　粉末活性炭投加用以去除自来水制水过程中的有机物以及色度等研究成果较多，特别是许多自来水公司将粉末活性炭投加作为一种应急性的处理方式进行过许多有益的尝试；在理论研究方面，由同济大学承担的“粉末活性炭应用技术研究”国家“八五”课题成果中较为系统地阐述了理论依据，并在多个“依托工程”中得到了验证。关于理论依据，本论文限于篇幅，在此不进行展开讨论，主要针对自来水水厂工程实际应用中的几个问题进行探讨。
　　根据调查研究，粉未活性炭在自来水水厂中的工程应用必须解决以下几个问题，其中
　　技术上应解决：
　　1、根据水厂源水的水质状况，特别是有机物分子量的分布状况，确定投加粉未活性炭的炭种；
　　2、根据水厂的实际水质情况，确定合理、经济的投加量；
　　3、根据水厂现有的生产工艺，确定合适、合理的投加点及分散方式，以解决粉末活性炭与混凝剂吸附竞争的矛盾，提高粉末活性炭使用效率；
　　实际工程应用中粉末活性炭投加设备应解决：
　　1、应用中的粉尘飞扬的污染问题；
　　2、应用中精确制备和定量投加粉末活性炭的问题；
　　3、降低粉末活性炭投加设备的操作强度，实现自动化控制；
　　根据以上粉末活性炭应用系统的技术以及工程应用问题，我们于2000年10月开始在张江水厂进行了粉末活性炭投加设备的研制以及应用方面的工作，主要为实验室参数确定以及现场调试两部分；并己于2001年2月份正式投产应用，解决了以上粉末活性炭投加的技术及应用方面的问题，取得了预期的效果。

三、实验研究部分：

工况示意及试验结果　　 表1
（取样时间：2001年10月30日，TOC=4.3mg/l,UV254=0.082）

试验编号	图示	PAC投量（mg/l)	混凝剂量（mg/l）	NaCLO量（mg/l）	TOC测定值（mg/L）	TOC去除率%	UV254吸光值	UV254去除率%
1		0	25	0	3.2	25.6	0.069	15.9
2		10	0	0	3.8	11.6	0.082	0
3		10	0	0.5	3.3	23.3	0.078	4.9
4		10	25	0.5	2.5	41.8	0.054	34.2
5		10	25	0	24	41.8	0.054	37.8
6		10	25	0	41	44.2	0.051	37.8
7		20	25	0.5	2.7	37.2	0.046	43.9
8		40	25	0.5	1.9	55.8	0.033	59.8

　　注： B：生物予处理池，M：管式静态混合品， F：机械澄清搅拌池

　　初步实验室结论：
　　1）水样7工艺采用的是拟采用的最佳工艺，即

　　2)PAC投加点在生物预处理后、管式静态混合器之前。
　　3)从技术和经济效果考虑，PAC投加量在15—20mg/l
　　4)消毒剂(次氯酸钠)对混凝剂及PAC吸附有一定的促进作用，但投加量大小对此影响不大。其原因有待进一步探讨。

四、现场调试试验部分：

　　根据实验室研究确定的投加点以及投加量，研制了一套粉末活性炭投加设备，并于2001年1月完成设备的调试，实现从配制到投加的自动化运转。
　　其中主要应用数据为：
　　投加点：生物预处理池出水
　　投加炭种；上海活性炭厂木质粉末活性炭粉末活性炭投加浓度：20ppm(5-30ppm可调)投加精度：5%以内
用电功率：＜5KW出水指标：以配合CODmm＜5ppm为控制指标
　　1、应用工艺流程示意图

　　2、现场测试数据分析

　　根据现场应用数据与实验室试验数据的比较，得出粉木活性炭现场应用的以下结论：
　　1)现场应用中的投加量及投加点的选择是合理的，并与试验数据基本吻合；
　　2)现场应用中出于机械加速澄清池的粉末活性炭富积作用，使粉末活性炭得以持续发挥其吸附能力，张江水厂的净水工艺有助于粉木活性炭的实际应用。

五、结论与建议

　　1、实验室确定的研究方法对于指导生产工程应用是可行的，特别是对投加点、投加量的选择是有益的，测试数据与实际应用效果基本吻合；
　　2、粉木活性炭投加对有机物的去除效果明显，同时可以全面改善水质，保证水厂出厂水CODmn＜5ppm，甚至3ppm以下，以满足日益严格的水质标准；
　　3、粉末活性炭投加作为自来水水厂应急性的水质保障和改善措施，其运行方式灵活，运行费用仅为0.023元/吨(以每年污染期90天计)；
　　4、粉木活性炭投加设备由于较好地解决了粉尘污染以及自动化精确投加等问题，改善了操作环境、降低了操作强度，易于管理监控，为粉末活性炭应用提供了工程应用保障；
　　5、由于粉末活性炭投加设备投运时间较短，仅经历了张江水厂两个污染周期，在应用数据上尚的需要进一步积累和全面分析，以优化粉末活性炭的应用效果。