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2023-07-02
粒状活性炭在环保领域的应用优势
【摘要】：粒状活性炭吸附装置的构造类似滤池，只是用粒状炭作滤料。粒状活性炭一般作为一个单元处理过程应用于水处理的某个环节。但事实上并不是容器中的所有活性炭都已经达到饱和，因而导致了活性炭的使用率比较低。多个反应器同时使用则可以提高活性炭的使用率。EBCT将决定滤池的总体积从而影响建设投资，CUR将决定活性炭的更换频率从而影响运行的费用。活性炭的利用率将决定活性炭更换和再生的频率。
粒状活性炭吸附装置的构造类似滤池，只是用粒状炭作滤料。粒状炭层下部也设置卵石垫层和排水系统，以便定期反冲洗。当饮用水的原水受到比较严重污染时需要长期使用活性炭；或者处理废水时，常常由于粒状炭易于再生而采用粒状活性炭滤池。粒状活性炭一般作为一个单元处理过程应用于水处理的某个环节。粒状炭的吸附，可以使用在三个位置，即前吸附、滤后吸附及过滤吸附，如图4-5所示。这三种方式往往具有不同的特点。放置在混凝沉淀以前的炭滤池，由于吸附量比较大，再生的频率比较高并需另设吸附滤池。在滤池后建吸附滤池，也需要增加基建投资。吸附/过滤装置，即由砂滤池改造而成的活性炭滤池也是一种常用的方式。砂滤池改造成的活性炭滤池可以用活性炭代替砂滤池上部部分滤砂，也可以用活性炭代替全部滤砂。作为过滤兼吸附装置的应用，它的基建费用比较低。但它反冲洗的频率要比滤后吸附滤池大，跑炭量会由于反冲洗频繁而上升，同时操作的费用会由于活性炭的使用率降低而升高。
图4-5 粒状活性炭吸附的方式
1.吸附装置形式
粒状活性炭吸附装置的形式是多种多样的，具体可采用的形式可以根据不同的要求和目的进行选择。先将一些主要的形式介绍如下。
一般粒状活性炭吸附装置可以分为重力式和压力式。压力式过滤吸附装置的流速可以在一个比较大的范围内进行调节；同时压力过滤吸附装置可以在工厂预制，然后运抵现场；其不足是很难观察到过滤过程中粒状炭的变化情况，同时压力吸附装置的尺寸较小，往往不能处理比较大的水量，一般用于产水量比较小的情况.。当水量比较大而且水量的变化不大时，比如在水厂中，往往采用的是重力式滤池。
从流程形式上，活性炭吸附器可以分为单个反应器和多个反应器。单个反应器中的活性炭使用率一般比较低。在这种运行方式下，当出水超出所需要的标准时，整个过滤装置中的活性炭都需要更换。但事实上并不是容器中的所有活性炭都已经达到饱和，因而导致了活性炭的使用率比较低。多个反应器同时使用则可以提高活性炭的使用率。
多个反应器的排列方式可以为并联和串联，如图4-6所示。对于串联系统，当前面炭床穿透以后，后面的炭床可以保证出水水质。当前面的炭床吸附容量完全饱和时，可以将其中的活性炭更换为新炭，然后安排在串联系统的最后。如此循环，既可以保证炭床中活群性炭的吸附容量得到完全的应用，而且也可以保证出水的水质始终良好。对于并联，当一段炭床的出水穿透后，数个炭床出水的混合水水质仍然可能符合水质要求，这时穿透后的炭床仍可继续工作，直到混合水的水质不符要求时为止，这样就使穿透炭床的活性炭利用率大为提高。
图4-6 活性炭吸附装置布置方式
从水的流向上，活性炭滤池可以分为上向流和下向流两种。一般的膨胀床采用上向流方式，上向流滤池一般采用颗粒粒度小的悬浮颗粒活性炭床，有机物在活性炭上的传质速度快，对于提高水中有机物的去除效率和在活性炭上负载微生物都比较有利；重力式活性炭滤池及大部分压力过滤装置都采用下向流方式，易于运行管理，但所需的过滤水头较前者大。
还有一种移动式活性炭吸附装置，这种装置采用上向流，水从底部流入，新鲜的活性炭从上方加入，吸附饱和的活性炭从底部取出，从而不断地更新活性炭。该种装置占地面积小、操作管理方便，比较适合于较大规模的污水处理。
2.设计参数
粒状活性炭吸附滤池或其他吸附装置的设计过程，类似于快滤池的设计。这里比较重要的两个参数是空床接触时间（EBCT）和活性炭的利用率（CUR）。EBCT将决定滤池的总体积从而影响建设投资，CUR将决定活性炭的更换频率从而影响运行的费用。
对于空床接触时间，采用的值为5～25min；EBCT越大，滤层越不容易穿透，同时CUR也得到了相应的提高。
活性炭的利用率（CUR）将决定活性炭更换和再生的频率。该值一般需要通过生产性试验才能确定。一种快速小柱试验（RSSCT）可以有效地模拟整个生产系统的状况，从而确定一些参数。但设计前的试验只能是一种估计性的计算。
粒状活性炭滤池的水力表面负荷概念和普通快滤池中水力负荷的概念是一致的，即为单位时间单位表面积上的产水量，一般称为滤速。活性炭滤池的水力负荷采用的范围是5～24m/h。而最常用的范围是5～15m/h。
对于活性炭滤池，反冲洗的参数需要由活性炭的参数确定，可由活性炭生产商提供。
炭床的深度等于EBCT与滤速的乘积。
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