粉末活性炭投加系統(tǒng)吸附技術(shù)在水廠的應(yīng)用

發(fā)表于: 2015-03-06 / 分類: 公司新聞 / 瀏覽: 2,092 views 次

摘要： 作為一種提高出水水質(zhì)和應(yīng)對源水突發(fā)性污染的有效措施，粉末活性炭吸附技術(shù)在國內(nèi)水廠中得到越來越多的應(yīng)用。為此詳細(xì)介紹了粉末活性炭種類的選擇、投加量、投加點(diǎn)的確定、吸附效果等，并結(jié)合廣州市石門水廠的實(shí)際應(yīng)用對工藝的操作過程及實(shí)施效果進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞： 粉末活性炭； 吸附； 投加量

1 粉末活性炭的投加

1．1 投加方法

投加方法主要有干式投加和濕式投加兩種，目前給水行業(yè)中常用的是濕式投加法，該方法是將粉末活性炭配制成懸乳液定量投加。懸乳液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)宜采用5％左右，濃度太大容易造成投加管道的堵塞和其他機(jī)械故障。

1．2 炭種、炭粉粒徑的確定

目前國內(nèi)評價(jià)活性炭大多采用碘值、亞甲藍(lán)值等指標(biāo)，但在工程實(shí)踐上，不僅需要考慮粉末活性炭的總吸附比表面積，還要判斷粉末活性炭顆粒內(nèi)部的孔徑分布是否容易達(dá)到快速吸附、使用過程中粉末活性炭是否達(dá)到吸附平衡，另外還需考慮炭粉粒徑的大小，目數(shù)小的粉末活性炭的吸附比表面積小，吸附效果差一些，目數(shù)大的比表面積大，吸附效果將好一些，但目數(shù)太大有可能穿透濾池。一般認(rèn)為粉末活性炭的中等孔隙越發(fā)達(dá)越有利于吸附動(dòng)力學(xué)平衡。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，可以采用一些分子質(zhì)量較大的吸附質(zhì)來衡量孔徑分布。廣州市自來水公司曾采用剛果紅(分子質(zhì)量為697 U)試劑和富里酸(分子質(zhì)量約1000U)試劑作為吸附質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明：木質(zhì)炭對這兩種物質(zhì)的吸附效果比煤質(zhì)炭好，目數(shù)大的炭粉比目數(shù)小的吸附效果好。

1．3 吸附時(shí)間的確定

受工藝流程和場地的限制，國內(nèi)多數(shù)水廠粉末活性炭的吸附時(shí)問<0．5 h，達(dá)不到吸附平衡所需要的時(shí)問，從而造成吸附能力的浪費(fèi)。另外，吸附時(shí)間不夠長或水流混合強(qiáng)度不夠還會(huì)造成粉末活性炭的沉淀，也會(huì)浪費(fèi)部分吸附能力。為了確定粉末活性炭達(dá)到吸附平衡所需的時(shí)間，廣州市自來水公司曾做過試驗(yàn)，試驗(yàn)以除色、除嗅效果作為參考指標(biāo)。為減少試驗(yàn)誤差，選用了嗅閾值較高的原水以及較高的粉末活性炭投加量。在原水中投加10 mg／L的粉末活性炭(240目木質(zhì)粉末活性炭)后靜置，分別于1、2、3 h后采樣檢驗(yàn)嗅閾值和吸光度，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

可見粉末活性炭的吸附作用在1 h內(nèi)基本完成。

1．4 投加方式及投加量的確定

為了選擇最佳投加量范圍，通過試驗(yàn)得到表2的數(shù)據(jù)(240目木質(zhì)粉末活性炭)。試驗(yàn)采用兩種投加方式，一種是炭粉與混凝劑同時(shí)投加，另一種是先投加炭粉，吸附數(shù)小時(shí)后再投加混凝劑。

試驗(yàn)結(jié)果表明：

① 粉末活性炭和混凝劑的同時(shí)投加和先后投加均能明顯地提高混凝沉淀效果，其中同時(shí)投加效果更理想。

② 兩種投加方式對色度的去除效果都明顯，且穩(wěn)定。

③ 先后投加比同時(shí)投加的除嗅效果好。

④ 同時(shí)投加試驗(yàn)的除藻效果較佳。

⑤ 正常情況下，粉末活性炭的投加量為5—10 mg／L比較適合。

1．5 投加點(diǎn)的選擇

① 原水吸水井投加

吸水井投加能較充分地發(fā)揮粉末活性炭的吸附作用，但存在與后續(xù)混凝工藝競爭去除有機(jī)物的問題。如果吸附與混凝競爭嚴(yán)重，則將削弱粉末活性炭的吸附作用，造成投加量增加，處理成本加大。通常只有在原水濁度低的情況下，吸水井投加的優(yōu)勢才能體現(xiàn)出來。有一點(diǎn)需指出，吸水井投加可能會(huì)對水泵的葉輪、水封部件等產(chǎn)生不良影響。

② 混凝前端投加

若在混凝前端投加，理論上認(rèn)為投加混凝劑后，在絮凝池中形成的微小絮體尺度發(fā)展到與粉末活性炭顆粒尺度相近時(shí)所處的位置即為最佳投加點(diǎn)。在該點(diǎn)投加既可在一定程度上避免競爭吸附，又可使絮體對粉末活性炭顆粒的包裹作用最小，可以充分發(fā)揮粉末活性炭的吸附效率。

③ 濾前投加

濾前投加，不存在吸附與混凝的競爭問題，應(yīng)該是粉末活性炭發(fā)揮作用的最佳位置。但應(yīng)該注意粉末活性炭進(jìn)入濾池后會(huì)堵塞濾料層，使濾池的工作周期明顯縮短。此外，粉末活性炭還有穿透濾層現(xiàn)象，而且吸附時(shí)間將難以保證。

因此，在實(shí)際1：程中需要預(yù)先做模擬靜態(tài)選炭試驗(yàn)，模擬實(shí)際工藝過程的原水水質(zhì)、工藝特點(diǎn)、水力條件并對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較后再確定投加點(diǎn)。

2 應(yīng)用中的關(guān)鍵問題

① 根據(jù)水廠原水水質(zhì)狀況，特別是有機(jī)物分子質(zhì)量的分布狀況來確定炭種；

② 根據(jù)水廠的實(shí)際水質(zhì)情況確定合理的投加量；

③ 根據(jù)水廠的生產(chǎn)工藝，確定合適、合理的投加點(diǎn)，解決粉末活性炭與混凝劑吸附競爭的矛盾，提高吸附效率；

④ 解決粉塵污染、勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作環(huán)境惡劣等問題；

⑤ 精確制備粉末活性炭懸乳液。

3 工程應(yīng)用實(shí)例

廣州市自來水公司石門水廠采用了粉末活性炭工藝。

3．1 投加工藝

石門水廠的產(chǎn)水量為75 X 10 m4 ／d，采用濕式投加法。由于水源水質(zhì)受到嚴(yán)重污染，需要24 h不問斷投加粉末活性炭。石門水廠的投加系統(tǒng)自動(dòng)化程度較高，工藝流程見圖1。

石門水廠的主要工藝參數(shù)：炭漿濃度≤5％；投加量為5～12 mg／L；炭粉粒徑為325目；投加點(diǎn)于取水泵站吸水井處；脈動(dòng)氣力輸送裝置輸送炭粉能力為1．0 m3 ／h；除塵器處理風(fēng)量為2500—3200m3 ／h；除塵器尾氣排放粉塵含量<20 mg／m3 。

圖2、3分別為投加室平面布置圖和剖面圖。石門水廠粉末活性炭投加系統(tǒng)的工作流程如下：

① 操作工人往溶解池內(nèi)注入半池清水；

② 把袋裝粉末活性炭搬運(yùn)到脈動(dòng)氣力輸送裝置的倒料口；

③ 打開倒料口與脈動(dòng)氣力輸送裝置的貯料倉之間的電動(dòng)閥門，同時(shí)啟動(dòng)除塵器；

④ 人工拆包把一定量的炭粉倒入輸送裝置的貯料倉(拆包引起的飛揚(yáng)炭粉通過除塵器吸走)，當(dāng)活性炭分量達(dá)到要求后則關(guān)閉電動(dòng)閥門；

⑤ 啟動(dòng)空壓機(jī)，往儲(chǔ)氣罐充氣，當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓力達(dá)到0．7 MPa時(shí)開啟儲(chǔ)氣罐與脈動(dòng)氣力輸送裝置之間的電磁閥，往輸送裝置的送料倉輸送壓力空氣；

⑥ 打開送料倉的氣刀，通過氣刀的啟、閉將活性炭粉料和壓力空氣通過管道送進(jìn)溶解池；

⑦ 啟動(dòng)攪拌機(jī)，將活性炭粉料制成懸乳液(進(jìn)入溶解池的壓力空氣通過除塵器過濾后從溶解池內(nèi)釋放出來)；

⑧ 待炭粉輸送完畢后關(guān)閉氣力輸送裝置和除塵器，然后通過壓縮空氣將過濾后粘在除塵器濾料上的炭粉抖落回至溶解池中，完成后關(guān)閉空壓機(jī)，再往溶解池內(nèi)注入清水，經(jīng)過充分?jǐn)嚢韬?，制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％左右的活性炭懸乳液；

⑨ 開啟螺桿輸送泵，把炭漿輸送到投加點(diǎn)進(jìn)行投加并用螺桿輸送泵計(jì)量。

⑨ 開啟螺桿輸送泵，把炭漿輸送到投加點(diǎn)進(jìn)行投加并用螺桿輸送泵計(jì)量。

3．2 工藝總結(jié)

① 石門水廠粉末活性炭投加系統(tǒng)工藝合理、自動(dòng)化程度較高，在國內(nèi)較為先進(jìn)。

② 脈動(dòng)氣力輸送裝置降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境。

③ 采用可調(diào)定子式螺桿泵輸送粉末活性炭懸乳液是成功的，但國產(chǎn)螺桿泵必須進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量。

④ 采用塑燒板除塵器能有效減輕粉塵污染，保證車間的清潔。

石門水廠粉末活性炭投加系統(tǒng)仍存在以下不足：

① 采用人工拆包，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大。

② 由于生產(chǎn)粉末活性炭的廠家良莠不齊，曾發(fā)生過炭粉中的石塊堵塞輸送管道的事故。

③ 脈動(dòng)氣力輸送裝置安裝在地下，維護(hù)檢修較為困難。

3．3 吸附效果分析

表3是石門水廠在2005年某月的進(jìn)、出水水質(zhì)情況。

石門水廠投加粉末活性炭后達(dá)到了預(yù)期效果：

① 對有機(jī)物的去除率較高，水體中的膠狀物質(zhì)含量減少，表面粘度下降。

② 有利于絮凝體的架橋，改善了絮凝體的結(jié)構(gòu)。

③ 使出廠水濁度、色度、CODMn 嗅閾值大幅度下降。當(dāng)粉末活性炭投量達(dá)到10 mg/L時(shí)，與常規(guī)工藝相比，對CODMn 的去除率可提高20％ 一30％ 。

可見對于微污染源水，在常規(guī)處理工藝的基礎(chǔ)上投加粉末活性炭是一種非常有效的處理措施，將使出廠水水質(zhì)以及口感大大改善。

4 經(jīng)濟(jì)分析

以石門水廠采用木質(zhì)粉末活性炭為例，炭粉的價(jià)格約為5000元／t，若不考慮設(shè)備折舊和人力成本，當(dāng)投加量為5—12 mg/L時(shí)則增加直接生產(chǎn)成本為0．025—0．06元／m 。如果考慮設(shè)備折舊(按照15年計(jì)算)和人工費(fèi)用等則總成本為0．08—0．1元/m3 。如果不考慮自動(dòng)投加則設(shè)備成本會(huì)下降。

在水廠的日常生產(chǎn)運(yùn)行管理中，應(yīng)加強(qiáng)對源水的監(jiān)測，以根據(jù)源水的變化合理優(yōu)化調(diào)節(jié)粉末活性炭的投加量，有效控制生產(chǎn)成本。

5 結(jié)語

目前，國內(nèi)活性炭自動(dòng)投加系統(tǒng)還處于研制、開發(fā)階段，其中粉末活性炭輸送裝置為系統(tǒng)的核心設(shè)備，國外已有成套設(shè)備，而國內(nèi)廠家的產(chǎn)品尚未成熟，這成為制約活性炭吸附技術(shù)應(yīng)用的瓶頸之一。粉末活性炭吸附技術(shù)作為改善出水水質(zhì)的措施，特別是應(yīng)對突發(fā)性源水污染的應(yīng)急措施，運(yùn)行方式靈活，投資相對較小，效果明顯，具有很好的應(yīng)用前景。