摘要：隨著國內(nèi)水體環(huán)境的不斷惡化，對水質(zhì)安全和質(zhì)量的日趨重視，粉狀活性炭以其優(yōu)良的吸附性能，成為給水處理中除去色、嗅、味以及有機物的有效方法之一，闡述粉狀活性炭在供水處理中的投加方法，濕式投加系統(tǒng)設(shè)計注意事項，投加點的選擇以及投加量如何確定。
1、粉狀活性炭在供水處理中的作用
自1929年美國新米爾福水廠首次使用粉狀活性炭去除氯酚產(chǎn)生的嗅味以來，粉狀活性炭在水處理中的使用已有80多年的歷史，隨后的研究發(fā)現(xiàn)它對水中的色嗅、味的處理效果都非常明顯。粉狀活性炭在歐、美、日等國應(yīng)用很多美國上世紀80年代初期每年在給水處理中所用粉狀活性炭約2.5×104t，且有逐年增加趨勢。我國上世紀60年代末期開始注意污染水源的除嗅、除味問題。粉狀活性炭在哈爾濱、合肥、廣州等都曾試用過。粉狀活性炭投加技術(shù)已經(jīng)成為供水處理中除去色嗅味以及有機物的有效方法之一。
目前，隨著國內(nèi)對水質(zhì)安全和質(zhì)量的日趨重視，特別是為滿足2006年國家標準化委員會、衛(wèi)生部聯(lián)合發(fā)布的《生活飲用衛(wèi)生水標準》（主要是CODMn<3mg/L，特殊情況下不得超過5mg/L），大多數(shù)供水廠均面臨技術(shù)改造的問題，各級政府也對各地方水廠提出深度處理的要求。但是對大多數(shù)供水廠而言，水質(zhì)污染一般是間斷性和突發(fā)性的，常規(guī)工藝在大多數(shù)時間是能滿足新規(guī)范要求的，相對于深度處理的大量資金投入，很多水廠更需要設(shè)備投資省，價格便宜，見效快，對短期及突發(fā)性水質(zhì)污染適應(yīng)性強的改造技術(shù)。2005年底發(fā)生的松花江水污染事件，是對我國城市供水行業(yè)應(yīng)對水源突發(fā)污染事件能力的考驗。根據(jù)污染物硝基苯的去除特性，應(yīng)急處理中在取水口處投加粉狀炭把安全屏障前移，是應(yīng)急處理取得成果的關(guān)鍵措施。因此，投加粉狀活性炭技術(shù)是一項適應(yīng)能力強的技術(shù)，其特點是設(shè)備投資少，成本較低，吸附速度快，投用靈活，目前已廣泛應(yīng)用于自來水行業(yè)。
2、粉狀活性炭投加方法
粉狀活性炭投加的方式有兩種，分別為干式投加和濕式投加。干式投加采用水射器作為主要投加工具，干式投加具有建設(shè)投資少，運行費用低，無管道堵塞，提高活性炭利用率，適用于變投加點工藝。濕式投加方式先將粉狀活性炭配成一定濃度的炭漿再用泵投加。在對粉狀活性炭進行投加時，投加方式需要結(jié)合場地條件、投加量來進行選擇。濕式投加是將干粉狀活性炭加水調(diào)制成一定濃度的炭液后用泵投加，濕法投加工藝在全球已有近百年的使用歷史，其工藝和相關(guān)的設(shè)備已經(jīng)非常成熟，但這種工藝設(shè)備組成比較龐大，占用空間多。粉狀炭相對密度小不易與水混合，常浮于水面甚至揚塵調(diào)制成漿液進行濕投，解決了干式粉狀活性炭投加方式的粉塵污染問題，改善了操作環(huán)境，避免干式粉狀活性炭易燃、易爆的危險性。
3、粉狀活性炭濕式投加系統(tǒng)設(shè)計注意事項
很多研究中都使用濕式投加方式。某縣供水廠及某市供水廠新增加粉末狀活性炭投加裝置，供應(yīng)商也都是推薦使用濕式投加方式。供應(yīng)商選用這種投加方式主要考慮的也是場地條件和投加量，供應(yīng)商在設(shè)計投加系統(tǒng)時還充分考慮系統(tǒng)可靠性以及減少對環(huán)境的影響。
安全可靠性主要體現(xiàn)在系統(tǒng)設(shè)計中，特別是料倉系統(tǒng)、炭漿槽、投加泵和管路系統(tǒng)。系統(tǒng)的可靠性設(shè)計主要有以下幾點：
3.1、噸包和25kg小包系統(tǒng)共用。
噸包及25kg小包共用系統(tǒng)原因是噸包炭廠家調(diào)運不及時也可以儲存25kg小包預(yù)備應(yīng)急，一旦噸包系統(tǒng)出現(xiàn)故障可以采用小包袋裝應(yīng)急，所以多了一道安全防范措施。
3.2、多級分離雜料確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
由于粉狀活性炭通常會夾雜一些雜料，如木片、袋片、水泥塊，大塊的雜料一旦進入料倉，容易引起后續(xù)設(shè)備的故障。在粉料進入小料倉時經(jīng)過一道細格柵，去除雜料保證給料機的安全運行，兩級炭漿槽之間的精密篩網(wǎng)確保去除顆粒雜質(zhì)防止堵塞水泵和管道。
3.3、設(shè)計應(yīng)急投料口確保系統(tǒng)在很不利情況下也能使用。
在炭漿槽設(shè)置應(yīng)急投口，這主要是考慮到極端情況（上料系統(tǒng)，料倉系統(tǒng)不能運行）仍能保證系統(tǒng)運行。應(yīng)急投料口設(shè)置網(wǎng)篩防止袋片和垃圾進入炭漿槽。
3.4、放空閥門和反沖電磁閥設(shè)計
漿槽底部設(shè)置放空口，防止?jié){槽底部雜質(zhì)的過度累積。炭漿管路設(shè)置自來水清洗管道，運行結(jié)束時自動開啟電磁閥進行沖洗，防止管道內(nèi)炭沉積堵塞管道。
3.5、電氣的可靠性設(shè)計
所有動力設(shè)備可以自動運行，也可以手動單獨運行。當(dāng)自動控制出現(xiàn)問題時，仍能手動開啟，進行炭粉投加。
盡量減少到對環(huán)境的影響。將容易產(chǎn)生噪音的空壓機放在設(shè)備間內(nèi)，隔絕噪音，適當(dāng)擴大料倉，根據(jù)某縣供水廠產(chǎn)水量由常規(guī)的1m3擴大為3m3這樣，即使在較大使用量下也可以保證24h加一次料，從而可以保證在白天加料，較大程度減少加料對工人的影響。
4、粉狀活性炭投加點的選擇
在對粉狀活性炭投加點選擇，粉狀活性炭與水的接觸時間是影響活性炭吸附效果的重要因素。為充分發(fā)揮粉狀活性炭的吸附作用，需要使其與水充分接觸反應(yīng)，并保證足夠的反應(yīng)時間和盡量避免與混凝劑產(chǎn)生競爭吸附。另外，在濾池前段投加粉狀活性炭，有可能穿透濾池而影響水質(zhì)。所以粉狀活性炭投加點的選擇非常重要。
對于常規(guī)的混凝、沉淀過濾水處理工藝粉狀活性炭的投加點可以有以下選擇：原水吸水井投加、混凝前端投加、濾池前投加。不同粉狀活性炭投加點優(yōu)缺點分析如下：
4.1、在原水吸水井處投加粉狀活性炭
優(yōu)點：粉狀活性炭與原水接觸時間足夠長，能充分發(fā)揮粉狀活性炭的吸附作用。
缺點：存在與后續(xù)混凝反應(yīng)競爭吸附有機污染物的問題。杜永灼等人認為，在吸水井中投加粉狀活性炭缺點除與混凝去除有機污染物競爭外，還有就是大分子有機物堵塞活性炭的大孔、中孔、限制了較小分子在孔隙內(nèi)的擴散遷移，并認為反應(yīng)池中段投加時因為混凝競爭和絮體包裹都較小，所以吸附效果比較理想。
4.2、在混凝前端投加
理論上分析認為投加混凝劑后，在絮凝池中形成的微小絮體尺度發(fā)展到與粉狀活性炭顆粒尺度相近的位置應(yīng)作為較佳投加點。此點投加粉狀活性炭顆粒和水中的絮凝體顆粒大小相當(dāng)，不會產(chǎn)生競爭吸附。粉狀活性炭吸附作用和混凝劑絮凝效果都比較好。
在混凝前端投加的優(yōu)點是理論分析上的較佳狀態(tài)。在實際操作中很難把握較佳投加點。如果控制不好，產(chǎn)生的結(jié)果是無論混凝劑和粉狀活性炭投加多少，混凝劑產(chǎn)生的絮體會把粉狀活性炭包裹起來，對水中其他有機物質(zhì)的絮凝效果就會大打折扣，活性炭的吸附作用也會失效，這將增加水廠的處理成本，而且效果不佳。蔣峰等人的研究表明，粉狀活性炭投加對混凝有負面影響，認為可能是由于粉狀活性炭表面的負電荷影響了混凝效果。
4.3、在濾池前端投加
優(yōu)點：不存在吸附與混凝競爭問題。
缺點：粉狀活性炭進入濾池后，有可能會堵塞濾料層，使濾池過濾周期縮短以及部分活性炭穿透濾料層影響產(chǎn)水水質(zhì)，而且吸附時間難以得到保證。
研究表明，在吸水井或混凝過程中投加粉狀活性炭能較為明顯提高對水中有機物的去除效果，在投加混凝劑30s后投加粉狀活性炭去除效果好；另外在濾池前端投加粉狀活性炭，能更好地發(fā)揮粉狀活性炭的吸附作用，利用效率更高。某縣供水廠考慮場地條件，選擇在原水吸水井投加經(jīng)過3km~5km的輸送，活性炭與原水經(jīng)過30min~60min的混合，充分發(fā)揮了作用，在源水輕度污染時，也能保證供水質(zhì)量合格，特別是CODMn都能達到低于3mg/L的要求。
5、粉狀活性炭投加量的確定
粉狀活性炭的投加量一般需根據(jù)水質(zhì)污染狀態(tài)確定，《室外給水設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定投加量“宜為5mg/L~30mg/L”，而工程應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)目標期望值（出廠水CODMn）以及運行成本來綜合考慮。從生產(chǎn)試驗來看投加量并不需要一個精確的數(shù)字，事實上也很難做到。但是有兩個原則需要滿足：一是投加量上限以不穿透濾池為原則，同時考慮到經(jīng)濟因素； 二是投加量下限以出廠水各項指標符合要求為原則。
6、結(jié)語
隨著國內(nèi)水體環(huán)境的不斷惡化，水質(zhì)要求的不斷提升，而目前我國的經(jīng)濟水平的限制，發(fā)展深度處理技術(shù)對我國大部分地區(qū)還不現(xiàn)實，且水源的污染呈現(xiàn)出不同時期的特點，因此發(fā)展靈活、經(jīng)濟的處理措施對現(xiàn)階段的水處理工作更具有現(xiàn)實意義。
粉狀活性炭以其優(yōu)良的吸附性能，可吸附去除源水中大量有機物，而且投加粉狀活性炭是一種見效快、成本低的投資方法。針對一些規(guī)模較大，設(shè)備陳舊的水廠基建投資省，不需增加特殊的設(shè)備和構(gòu)筑物，應(yīng)用靈活。因而對我國目前大部分供水廠的改造有著重要意義。