粉状活性炭吸附技术应用的关键问题

摘要：粉状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，对粉状活性炭吸附技术在水厂应用中应着重解决的问题进行了探讨。

一、应用状况

粉状活性炭在给水处理中的使用已有70年左右的历史。自从美国使用粉状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。国外对粉状活性炭吸附性能做了大量的研究表明；粉状活性炭对三氯苯酚、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。

粉状活性炭在欧、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状活性炭约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。粉状活性炭在上海、哈尔滨、合肥、广州都曾试用过。近年来，我国对粉状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。

粉状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。

二、制约技术应用的瓶颈

根据我们的研究表明：自来水厂中应用粉状活性炭吸附技术，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，难以发挥粉状活性炭技术的优势，导致技术应用不能达到实际效果。在自来水厂中的应用需要解决理论依据和应用两大类问题。

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，确定投加粉状活性炭的炭种（见图1）。

（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）。

（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，以解决粉状活性炭与混凝剂吸附竞争的矛盾，提高粉状活性炭使用效率（见图3）。

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，不同的粉状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。

粉状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，需要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，需要引起足够的重视，才能经济、有效地发挥粉状活性炭除污染的作用。

2、工程应用中应解决的向题

（1）应用中粉尘飞扬的污染问题。在自来水厂应用中，由于粉状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，也成为制约粉状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状活性炭投加。该方式已经基本解决了粉尘污染的问题，但仍难以避免粉状活性炭在搬运、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，每小时的粉状活性炭用量一般在60kg左右（以投加量15mg/L计算）。

（2）应用中制备和定量投加粉状活性炭的问题。为稳定粉状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状活性炭储存、配制、投加设备或系统需要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向题，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。为进一步降低粉状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。粉状活性炭技术的应用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;3mg/L，特殊情况下不超过5mg/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，因此粉状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，1m³水投资在12元左右，较之生物处理方法投资（1m³水投资100元左右）以及臭氧生物活性炭工艺投资（1m³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状活性炭投加设备90d，平均投加量为15mg/L计算）。

三、结论

根据我们长时间的理论研究以及工程实践表明：粉状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、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。