粉末炭的广泛应用领域

2023-06-19 理论教育版权反馈

【摘要】：粉末炭在应用过程中，需要考虑以下因素。同时要尽量使水处理药剂对粉末炭的干扰作用最小，降低活性炭的投加量，节约费用。有研究表明，高锰酸钾预氧化具有强化粉末活性炭吸附效能的作用。

粉末炭由于粒度小、接触面积大，所以吸附速度快、吸附效果好。特别是在水质恶化的季节，应用粉末炭能够迅速去除水中的臭、味等。粉末炭投加所需要的基建费用比较低。与粒状炭相比，粉末炭的不足是再生困难，常常只使用一次，所以运行费用较高。粉末炭在应用过程中，需要考虑以下因素。

1.投加量

粉末炭的投加量决定于特定粉末活性炭的吸附能力以及水质情况。在给水处理中吸附臭和味有机物时，通常的粉末炭投量范围是2～20mg/L。一般可以利用烧杯试验确定粉末炭的投加量。将待处理水样置于烧杯中，投加一定量的粉末炭，然后尽量模拟水厂中的接触时间、混合以及沉淀条件，在此基础上确定活性炭的除污染效果。一般烧杯试验的结果在现场往往需要修正，粉末炭的投加量通常需要在实际生产中最后确定。例如，当水源受到硝基苯污染时，若采用粉末活性炭吸附水中的硝基苯，首先进行吸附等温线试验，通过作图确定Freundlich吸附等温线中的各个参数，对于原水中一定浓度的硝基苯，要求吸附后低于国家标准的限值，将各种条件代入吸附等温线后得到理论上所需的粉末活性炭投加量。

2.接触时间

水中的有机物和粉末炭需要足够长的接触时间以保证吸附效果。对于不同类型化合物，采用粉末炭吸附所需要的接触时间是不同的。例如，水中大多数产生臭和味有机物的去除，一般需要15min的接触时间。然而，对于另外一些化合物，如MIB（二甲基异茨醇，2-methylisoborneol），则需要更长的接触时间。

3.投加点的选择

在水的处理中，通常需要认真选择粉末炭的投加点。常用的投加点可能在水厂的吸水口、快速混合器前、沉淀池出水处或者是滤池的进水处。这些投加点往往各有利弊，在选用的时候要认真斟酌。在吸水口处投加，可以得到足够长的接触时间以及良好的混合效果，但是活性炭的投加量比较大，因为很多可以通过混凝过程去除的有机物也会被吸附，所以运行费用较高。在快速混合器前投加粉末活性炭混合效果也很好，但是有可能由于混凝剂的包裹作用而降低了其吸附效率，同时，活性炭对于某些物质的吸附可能没有达到饱和，因而不能得到完全去除。在沉淀池出口或者滤池的入口投加可以有效地利用粉末炭的吸附容量，但是由于部分粉末炭的粒度过小可能会穿透滤池进入配水系统。在快速混合器之前新建一个带有搅拌装置的池体，并在该池中进行吸附，可以使粉末炭与水有良好的接触。还有多点投加方式应用比较广泛。据Graham等人1995对99家使用PAC控制臭和味的水厂的调查结果，在快速混合阶段投加粉末炭约占一半（49%），混凝反应阶段投加粉末炭占10%，沉淀前投加粉末炭占16%，沉淀阶段投加粉末炭占7%，滤池进水点投加粉末炭占10%，其中23%的厂家采用多点投加。有研究表明，应以絮凝池中絮体尺度发展到与分散的粉末活性炭颗粒尺度相近时（即刚刚形成微小絮体）的位置作为粉末活性炭最佳投加点。在该点投加粉末炭既可避免竞争吸附，又使絮体对粉末活性炭颗粒的包裹作用最小，可充分发挥粉末活性炭的吸附效率。

投加点的选择不仅要满足良好混合要求以及足够的接触时间。同时要尽量使水处理药剂对粉末炭的干扰作用最小，降低活性炭的投加量，节约费用。

4.投加方式及设备

粉末炭有两种投加方法，即干投和湿投，一般湿投方法应用较多。采用湿投法时，使用时间比较长的时候，通常将粉末活性炭与水混合成炭浆，然后由射流泵打入投加点。湿投法通常需要：炭浆的贮存池体、混合搅拌装置、粉末炭袋子的装卸装置、灰尘控制与收集装置、射流装置以及取样点和压力表。一般宜使投加装置距离投加点尽可能近。输送管道要充分考虑可能产生的堵塞问题。用于间歇投加的设备在停止运行前要充分冲洗，在停用期间要定时检修，以保证系统的完好。

5.粉末炭应用的其他方式

Haberer工艺是一种有别于传统PAC应用方式的新工艺。这种方法的主要设备包括一个由聚苯乙烯小球为填料的压力容器状过滤器，在聚苯乙烯小球填料层的上方是一道阻拦格网，防止小球在水上向流时流走。底部为承托层。该工艺的操作分为三步：（1）预处理过程。将粉末炭与水混合自下而上用泵注入滤池中反复循环，直到粉末炭黏附在聚苯乙烯小球上为止；（2）过滤过程。原水上向流过滤，起到过滤及活性炭吸附的作用，直到表面上的粉末炭达到吸附饱和为止；（3）反冲洗过程。反冲洗水自上而下流过，反洗下来的粉末炭可回收再生或排掉。在该过程中，活性炭的停留时间长，吸附作用充分，因此活性炭的使用量比较低，同时，Haberer工艺能够有效地去除THM前质及SOCs。

粉末炭还可以与一些其他技术联用。比如微滤或超滤和粉末炭联用，可以有效地发挥活性炭的吸附作用，将溶解性有机物去除，降低膜的污染，并通过膜将粉末炭分离。粉末炭和高锰酸钾联用，发挥氧化和吸附各自的作用，能够有效地去除臭和味、色度、浊度以及UV吸光度值。有研究表明，高锰酸钾预氧化具有强化粉末活性炭吸附效能的作用。例如，高锰酸钾可以强化粉末活性炭吸附酚类化合物。先投加高锰酸钾进行预氧化对粉末活性炭吸附酚类化合物的增强作用强于高锰酸钾与粉末炭同时投加或后投加高锰酸钾的情况。但预氧化时间延长到一定时间后，吸附强化作用幅度减小。

粉末炭一活性污泥工艺（PACT）是一种比较成熟的工艺。该工艺将活性炭的吸附作用和现有的活性泥过程相结合，能够降低难生物降解的有机物浓度以降低其毒性，在水质水量发生变化时提高系统的抗冲击负荷能力。该系统对色度和氨氮的去除效果都非常好。同时，后续的污泥沉降性能得到改善。图4-4所给出的是一个典型的PACT工艺流程图。

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图4-4　典型的PACT工艺流程图

粉末炭的广泛应用领域

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