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粉末活性炭吸附技术应用的关键问题 |
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作者：同济大学 金伟 李怀正 范瑾初 |
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提要：粉末活性炭吸附技术作为水厂改善水质的有效措施，运行方式灵活，费用低廉，效果明显。通过综合研究成果，对粉末活性炭吸附技术在水厂应用中应重点解决的问题进行了探讨。
关键词：粉末活性炭 水质 有机物
1 应用状况
粉末活性炭在给水处理中的使用已有70年左右的历史。自从美国首次使用粉末活性炭去除氯酚产生的嗅味以后，活性炭成为给水处理中去除色、嗅、味和有机物的有效方法之一。国外对粉末活性炭吸附性能作的大量研究表明：粉末活性炭对三氯苯酚、二氯苯酚、农药中所含有机物，三卤甲烷及前体物以及消毒副产物三氯醋酸、二氯醋酸和二卤乙腈等等均有很好的吸附效果，对色、嗅、味的去除效果已得到公认。
粉末活性炭在欧、美、日等国应用很普遍，美国80年代初期每年在给水处理中所用粉末活性炭约2.5万t，且有逐年增加趋势。我国60年代末期开始注意污染水源的除嗅、除味问题。粉末活性炭在上海、哈尔滨、合肥、广州都曾试用过。近年来，我国对粉末活性炭的研究和应用逐渐重视，同济大学、哈尔滨建筑大学等都作了较为深入的研究，已取得不少实用性成果。
粉末活性炭应用的主要特点是设备投资省，价格便宜，吸附速度快，对短期及突发性水质污染适应能力强。
2 制约技术应用的瓶颈
根据我们的研究表明：自来水厂中应用粉末活性炭吸附技术，是一项非常有前景的技术。但是，由于未能很好地解决该技术在应用方面存在的局限性，难以发挥粉末活性炭技术的优势，导致技术应用不能达到实际效果。在自来水厂中的应用必须解决理论依据和应用两大类问题。
2.1 理论上应解决的问题
(1)根据水厂原水的水质状况，特别是有机物分子量的分布状况，确定投加粉末活性炭的炭种(见图1)。 
图1 不同炭种对有机物去除效果的影响
(2)根据水厂的实际水质情况，确定合理、经济的投加量(见图2)。
图2 不同PAC投加量对有机物去除效果的影响
(3)根据水厂现有的生产工艺，确定合适、合理的投加点及投加方式，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(见图3)。
图3 不同投加点PAC对有机物去除效果的影响
作为一种普遍性的规律，由图1，图2，图3可以知道：在相同条件下，不同的粉末活性炭炭种对有机物吸附处理的能力相差较大(去除率相差16%)。同样，根据水厂制水工艺的特点，不同投加点的影响也较大，这主要是由于原水的特性以及混凝与吸附竞争的结果，而投加量的确定在工程应用中应根据目标期望值(出厂水CODMn)以及运行成本来综合考虑。
粉末活性炭投加作为一种应急性的措施，在一些水厂已经得到了尝试，但对该技术的应用成效褒贬不一。我们的研究表明：针对水厂各异的实际情况，必须很好地探索解决上述三个问题的合适方式；特别是针对不同的处理工艺流程，选择合理的投加点和投加方式是至关重要的。因此在该技术的应用方面，必须引起足够的重视，才能经济、有效地发挥粉末活性炭除污染的作用。
2.2 工程应用中应解决的问题
(1)应用中粉尘飞扬的污染问题。在自来水厂应用中，由于粉末活性炭在诸多环节如装卸、拆包、配制、投加过程中劳动强度大、容易引起粉尘飞扬，造成工作环境恶劣，操作人员抵触情绪较强，也成为制约粉末活性炭技术应用的一个关键的、实质性的问题。
根据资料报道，有些自来水厂采用负压配制投加方式进行粉末活性炭投加。该方式已经基本解决了粉尘污染的问题，但仍难以避免粉末活性炭(20 kg/袋)在搬运、拆包过程中造成的粉尘飞扬以及劳动强度大的问题，特别是处理能力大于10万m3/d的自来水厂，每小时的粉末活性炭用量一般在60 kg左右(以投加量15 mg/L计算)。
(2)应用中精确制备和定量投加粉末活性炭的问题。为稳定粉末活性炭吸附除污染的效果，应在一定范围内尽量保证投加计量的准确，这不仅关系到处理效果，也与制水成本密切相关。根据合适的参数建造的整个粉末活性炭储存、配制、投加设备或系统必须能很好地防止在各个环节造成的不稳定因素，如在输送投加过程中的堵塞问题，会造成流量不稳定，从而影响除污染的效果。
(3)设备或系统的自动化控制。为进一步降低粉末活性炭投加设备的操作强度，如何实现自动化操作、与水厂原有自动化控制系统相配以及如何根据水质变化情况自动追踪调整，以满足稳定出水水质的目的，这也是制约该技术应用的关键因素。
(4)投资、成本控制。粉末活性炭技术的应用最为关键的问题是投资以及成本的控制，为满足新的《生活饮用水卫生规范》(主要是CODMn＜3 mg/L，特殊情况下不超过5 mg/L)，大多数水司均面临技术改造的问题。对大多数水司而言，水质污染一般是间断性或突发性的，常规工艺在大多数时间是能够满足新的规范要求的，因此粉末活性炭技术是一项实用性非常强的技术，其投资相对较省，成本较低、投用灵活。
例如，处理能力为10万m3/d的自来水厂，设备的投资在120万元左右，1 m3水投资在1 2元左右，较之生物处理方法投资(1 m3水投资100元左右)以及臭氧生物活性炭工艺投资(1 m3 水投资250元左右)具有很大的优势；同时增加的处理成本约为0.02元/m3(以每年平均污染期使用粉末活性炭投加设备90 d，平均投加量为15 mg/L计算)。
3 结论
根据我们长时间的理论研究以及工程实践表明：粉末活性炭投加作为一项应急性的水质改善手段，只要正确解决技术使用上的炭种选择、投加点、投加方式等问题，可以较好地提高水厂的出厂水水质，特别是对有机物(CODMn)、色度等水质指标的改善 ；同时该技术已经取得了工程实践的检验，解决了使用过程中的粉尘污染、精确投加以及降低劳动强度实现自动化控制等诸多问题，并且该技术的使用投资少，效果明显，运行成本低廉。
参考文献
1 蒋峰.粉末活性炭吸附处理微污染原水技术研究：［学位论文］.上海：同济大学，1994
2 "八五"国家科技攻关课题.粉末活性炭吸附技术研究报告.同济大学，1996
3 粉末活性炭处理黄浦江原水研究报告.同济大学，1999 (end)
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(3/17/2005) |
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