摘要：隨著國(guó)內(nèi)水體環(huán)境的不斷惡化，對(duì)水質(zhì)安全和質(zhì)量的日趨重視，粉狀活性炭以其優(yōu)良的吸附性能，成為給水處理中除去色、嗅、味以及有機(jī)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，濕式投加系統(tǒng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)，投加點(diǎn)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(guó)新米爾福水廠首次使用粉狀活性炭去除氯酚產(chǎn)生的嗅味以來(lái)，粉狀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(fā)現(xiàn)它對(duì)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(guó)應(yīng)用很多美國(guó)上世紀(jì)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(shì)。我國(guó)上世紀(jì)60年代末期開(kāi)始注意污染水源的除嗅、除味問(wèn)題。粉狀活性炭在哈爾濱、合肥、廣州等都曾試用過(guò)。粉狀活性炭投加技術(shù)已經(jīng)成為供水處理中除去色嗅味以及有機(jī)物的有效方法之一。
目前，隨著國(guó)內(nèi)對(duì)水質(zhì)安全和質(zhì)量的日趨重視，特別是為滿足2006年國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)、衛(wèi)生部聯(lián)合發(fā)布的《生活飲用衛(wèi)生水標(biāo)準(zhǔn)》（主要是CODMn<3mg/L，特殊情況下不得超過(guò)5mg/L），大多數(shù)供水廠均面臨技術(shù)改造的問(wèn)題，各級(jí)政府也對(duì)各地方水廠提出深度處理的要求。但是對(duì)大多數(shù)供水廠而言，水質(zhì)污染一般是間斷性和突發(fā)性的，常規(guī)工藝在大多數(shù)時(shí)間是能滿足新規(guī)范要求的，相對(duì)于深度處理的大量資金投入，很多水廠更需要設(shè)備投資省，價(jià)格便宜，見(jiàn)效快，對(duì)短期及突發(fā)性水質(zhì)污染適應(yīng)性強(qiáng)的改造技術(shù)。2005年底發(fā)生的松花江水污染事件，是對(duì)我國(guó)城市供水行業(yè)應(yīng)對(duì)水源突發(fā)污染事件能力的考驗(yàn)。根據(jù)污染物硝基苯的去除特性，應(yīng)急處理中在取水口處投加粉狀炭把安全屏障前移，是應(yīng)急處理取得成果的關(guān)鍵措施。因此，投加粉狀活性炭技術(shù)是一項(xiàng)適應(yīng)能力強(qiáng)的技術(shù)，其特點(diǎn)是設(shè)備投資少，成本較低，吸附速度快，投用靈活，目前已廣泛應(yīng)用于自來(lái)水行業(yè)。
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(shè)投資少，運(yùn)行費(fèi)用低，無(wú)管道堵塞，提高活性炭利用率，適用于變投加點(diǎn)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(duì)粉狀活性炭進(jìn)行投加時(shí)，投加方式需要結(jié)合場(chǎng)地條件、投加量來(lái)進(jìn)行選擇。濕式投加是將干粉狀活性炭加水調(diào)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(guān)的設(shè)備已經(jīng)非常成熟，但這種工藝設(shè)備組成比較龐大，占用空間多。粉狀炭相對(duì)密度小不易與水混合，常浮于水面甚至揚(yáng)塵調(diào)制成漿液進(jìn)行濕投，解決了干式粉狀活性炭投加方式的粉塵污染問(wèn)題，改善了操作環(huán)境，避免干式粉狀活性炭易燃、易爆的危險(xiǎn)性。
3、粉狀活性炭濕式投加系統(tǒng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
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(yīng)商也都是推薦使用濕式投加方式。供應(yīng)商選用這種投加方式主要考慮的也是場(chǎng)地條件和投加量，供應(yīng)商在設(shè)計(jì)投加系統(tǒng)時(shí)還充分考慮系統(tǒng)可靠性以及減少對(duì)環(huán)境的影響。
安全可靠性主要體現(xiàn)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，特別是料倉(cāng)系統(tǒng)、炭漿槽、投加泵和管路系統(tǒng)。系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)主要有以下幾點(diǎn)：
3.1、噸包和25kg小包系統(tǒng)共用。
噸包及25kg小包共用系統(tǒng)原因是噸包炭廠家調(diào)運(yùn)不及時(shí)也可以儲(chǔ)存25kg小包預(yù)備應(yīng)急，一旦噸包系統(tǒng)出現(xiàn)故障可以采用小包袋裝應(yīng)急，所以多了一道安全防范措施。
3.2、多級(jí)分離雜料確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
由于粉狀活性炭通常會(huì)夾雜一些雜料，如木片、袋片、水泥塊，大塊的雜料一旦進(jìn)入料倉(cāng)，容易引起后續(xù)設(shè)備的故障。在粉料進(jìn)入小料倉(cāng)時(shí)經(jīng)過(guò)一道細(xì)格柵，去除雜料保證給料機(jī)的安全運(yùn)行，兩級(jí)炭漿槽之間的精密篩網(wǎng)確保去除顆粒雜質(zhì)防止堵塞水泵和管道。
3.3、設(shè)計(jì)應(yīng)急投料口確保系統(tǒng)在很不利情況下也能使用。
在炭漿槽設(shè)置應(yīng)急投口，這主要是考慮到極端情況（上料系統(tǒng)，料倉(cāng)系統(tǒng)不能運(yùn)行）仍能保證系統(tǒng)運(yùn)行。應(yīng)急投料口設(shè)置網(wǎng)篩防止袋片和垃圾進(jìn)入炭漿槽。
3.4、放空閥門(mén)和反沖電磁閥設(shè)計(jì)
漿槽底部設(shè)置放空口，防止?jié){槽底部雜質(zhì)的過(guò)度累積。炭漿管路設(shè)置自來(lái)水清洗管道，運(yùn)行結(jié)束時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟電磁閥進(jìn)行沖洗，防止管道內(nèi)炭沉積堵塞管道。
3.5、電氣的可靠性設(shè)計(jì)
所有動(dòng)力設(shè)備可以自動(dòng)運(yùn)行，也可以手動(dòng)單獨(dú)運(yùn)行。當(dāng)自動(dòng)控制出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，仍能手動(dòng)開(kāi)啟，進(jìn)行炭粉投加。
盡量減少到對(duì)環(huán)境的影響。將容易產(chǎn)生噪音的空壓機(jī)放在設(shè)備間內(nèi)，隔絕噪音，適當(dāng)擴(kuò)大料倉(cāng)，根據(jù)某縣供水廠產(chǎn)水量由常規(guī)的1m3擴(kuò)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(duì)工人的影響。
4、粉狀活性炭投加點(diǎn)的選擇
在對(duì)粉狀活性炭投加點(diǎn)選擇，粉狀活性炭與水的接觸時(shí)間是影響活性炭吸附效果的重要因素。為充分發(fā)揮粉狀活性炭的吸附作用，需要使其與水充分接觸反應(yīng)，并保證足夠的反應(yīng)時(shí)間和盡量避免與混凝劑產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)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(zhì)。所以粉狀活性炭投加點(diǎn)的選擇非常重要。
對(duì)于常規(guī)的混凝、沉淀過(guò)濾水處理工藝粉狀活性炭的投加點(diǎn)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(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)分析如下：
4.1、在原水吸水井處投加粉狀活性炭
優(yōu)點(diǎn)：粉狀活性炭與原水接觸時(shí)間足夠長(zhǎng)，能充分發(fā)揮粉狀活性炭的吸附作用。
缺點(diǎn)：存在與后續(xù)混凝反應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)吸附有機(jī)污染物的問(wèn)題。杜永灼等人認(rèn)為，在吸水井中投加粉狀活性炭缺點(diǎn)除與混凝去除有機(jī)污染物競(jìng)爭(zhēng)外，還有就是大分子有機(jī)物堵塞活性炭的大孔、中孔、限制了較小分子在孔隙內(nèi)的擴(kuò)散遷移，并認(rèn)為反應(yīng)池中段投加時(shí)因?yàn)榛炷?jìng)爭(zhēng)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(rèn)為投加混凝劑后，在絮凝池中形成的微小絮體尺度發(fā)展到與粉狀活性炭顆粒尺度相近的位置應(yīng)作為較佳投加點(diǎn)。此點(diǎn)投加粉狀活性炭顆粒和水中的絮凝體顆粒大小相當(dāng)，不會(huì)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)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(yōu)點(diǎn)是理論分析上的較佳狀態(tài)。在實(shí)際操作中很難把握較佳投加點(diǎn)。如果控制不好，產(chǎn)生的結(jié)果是無(wú)論混凝劑和粉狀活性炭投加多少，混凝劑產(chǎn)生的絮體會(huì)把粉狀活性炭包裹起來(lái)，對(duì)水中其他有機(jī)物質(zhì)的絮凝效果就會(huì)大打折扣，活性炭的吸附作用也會(huì)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(duì)混凝有負(fù)面影響，認(rèn)為可能是由于粉狀活性炭表面的負(fù)電荷影響了混凝效果。
4.3、在濾池前端投加
優(yōu)點(diǎn)：不存在吸附與混凝競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。
缺點(diǎn)：粉狀活性炭進(jìn)入濾池后，有可能會(huì)堵塞濾料層，使濾池過(guò)濾周期縮短以及部分活性炭穿透濾料層影響產(chǎn)水水質(zhì)，而且吸附時(shí)間難以得到保證。
研究表明，在吸水井或混凝過(guò)程中投加粉狀活性炭能較為明顯提高對(duì)水中有機(jī)物的去除效果，在投加混凝劑30s后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(fā)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(chǎng)地條件，選擇在原水吸水井投加經(jīng)過(guò)3km~5km的輸送，活性炭與原水經(jīng)過(guò)30min~60min的混合，充分發(fā)揮了作用，在源水輕度污染時(shí)，也能保證供水質(zhì)量合格，特別是CODMn都能達(dá)到低于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(jù)水質(zhì)污染狀態(tài)確定，《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定投加量“宜為5mg/L~30mg/L”，而工程應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)目標(biāo)期望值（出廠水CODMn）以及運(yùn)行成本來(lái)綜合考慮。從生產(chǎn)試驗(yàn)來(lái)看投加量并不需要一個(gè)精確的數(shù)字，事實(shí)上也很難做到。但是有兩個(gè)原則需要滿足：一是投加量上限以不穿透濾池為原則，同時(shí)考慮到經(jīng)濟(jì)因素； 二是投加量下限以出廠水各項(xiàng)指標(biāo)符合要求為原則。
6、結(jié)語(yǔ)
隨著國(guó)內(nèi)水體環(huán)境的不斷惡化，水質(zhì)要求的不斷提升，而目前我國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平的限制，發(fā)展深度處理技術(shù)對(duì)我國(guó)大部分地區(qū)還不現(xiàn)實(shí)，且水源的污染呈現(xiàn)出不同時(shí)期的特點(diǎn)，因此發(fā)展靈活、經(jīng)濟(jì)的處理措施對(duì)現(xiàn)階段的水處理工作更具有現(xiàn)實(shí)意義。
粉狀活性炭以其優(yōu)良的吸附性能，可吸附去除源水中大量有機(jī)物，而且投加粉狀活性炭是一種見(jiàn)效快、成本低的投資方法。針對(duì)一些規(guī)模較大，設(shè)備陳舊的水廠基建投資省，不需增加特殊的設(shè)備和構(gòu)筑物，應(yīng)用靈活。因而對(duì)我國(guó)目前大部分供水廠的改造有著重要意義。