給水深度處理工藝中活性炭選用、失效判定及運(yùn)行管理

臭氧生物活性炭處理工程是給水深度處理最常用的技術(shù)工藝。從該工程運(yùn)行的各項(xiàng)費(fèi)用可知，活性炭占其比重較大，因此選擇合適的活性炭，以取得技術(shù)與經(jīng)濟(jì)整體利益的最優(yōu)化對(duì)于水廠生產(chǎn)運(yùn)行尤為重要。活性炭種類(lèi)多、性能差異較大，因此活性炭的合理選擇成為了我國(guó)水廠目前普遍面臨的一個(gè)問(wèn)題，此外還包括活性炭的失效評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)、使用壽命等問(wèn)題。

除強(qiáng)度、水分等指標(biāo)外，選擇活性炭的更重要指標(biāo)是吸附性能，其與活性炭使用壽命、費(fèi)用和出水水質(zhì)等息息相關(guān)。通常，碘吸附值、亞甲基藍(lán)吸附值可作為活性炭表面微孔數(shù)量的表征，但不能完全反映活性炭處理水中有機(jī)物的能力，并且隨著活性炭使用年限的延長(zhǎng)，碘值、亞甲藍(lán)值等反應(yīng)吸附性能的指標(biāo)會(huì)逐漸弱化。因此，在使用活性炭之前，結(jié)合具體水質(zhì)對(duì)活性炭進(jìn)行靜態(tài)吸附、動(dòng)態(tài)穿透等試驗(yàn)顯得十分重要。如能對(duì)水中有機(jī)物分布、活性炭表面性質(zhì)進(jìn)行更精確、微觀的分析，根據(jù)當(dāng)?shù)啬繕?biāo)水質(zhì)要求確定選型，將更有助于水廠選炭。

上海早在十五期間就已經(jīng)開(kāi)展了臭氧-生物活性炭深度處理工藝研究，本文以楊樹(shù)浦水廠36萬(wàn)m3/d的深度處理示范工程為例，針對(duì)臭氧活性炭深度處理工藝運(yùn)行管理中的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)和研究，提出相應(yīng)的運(yùn)行管理建議。

楊樹(shù)浦水廠36萬(wàn)m3/d的臭氧生物活性炭深度處理示范工程自2002年開(kāi)始建設(shè)，2007年底完工并啟動(dòng)調(diào)試，至2008年9月調(diào)試完成交付使用。建設(shè)前期，臭氧生物活性炭深度處理技術(shù)在上海水廠的應(yīng)用并不廣泛，經(jīng)驗(yàn)并不豐富，因此保守選擇了較高吸附指標(biāo)的活性炭。為了進(jìn)一步比較不同種類(lèi)的活性炭在生產(chǎn)運(yùn)行中的去除效果，選用了原煤破碎炭，柱狀破碎炭和壓塊破碎炭這三種不同種類(lèi)的活性炭，從活性炭吸附性能、機(jī)械強(qiáng)度和水質(zhì)處理效果等多方面進(jìn)行系統(tǒng)分析不同活性炭間的差異。

1 不同種類(lèi)活性炭的應(yīng)用效能比較

1.1 吸附性能對(duì)比

在當(dāng)時(shí)活性炭應(yīng)用還不是很廣泛的情況下，為了進(jìn)一步比較不同規(guī)格活性炭在生產(chǎn)運(yùn)行中去除效果的差別，楊樹(shù)浦水廠選用了不同的碘值和亞甲藍(lán)值、不同規(guī)格的活性炭。作為對(duì)比試驗(yàn)的活性炭吸附指標(biāo)均較高，3種類(lèi)型炭的碘值都>1 000 mg/g。根據(jù)近年來(lái)水廠深度處理工藝的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，并非碘值和亞甲藍(lán)值越高，活性炭對(duì)水中有機(jī)物的去除效果就越好，這兩者并無(wú)必然的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如表1、表2所示。不同吸附值的顆粒活性炭在投入運(yùn)行初期的處理效果可能略有差異，但中后期的效果幾乎無(wú)差別。

由表1、表2可知，3格炭池中新炭的碘值都>1 000 mg/L，亞甲藍(lán)值約200 mg/L，運(yùn)行2年后，活性炭的碘值、亞甲藍(lán)值吸附指標(biāo)均下降到了較低的程度，降幅約50%。使用2年后活性炭的碘值約500~600 mg/g，亞甲基藍(lán)值約100~110 mg/g。運(yùn)行5年后的碘值和亞甲蘭值進(jìn)一步降低，碘值降到了約200 mg/g，亞甲基藍(lán)值<75mg/g。運(yùn)行6年后的活性炭碘值基本比運(yùn)行5年的活性炭降低約50 mg/g，運(yùn)行7年多的活性炭碘值下降幅度逐漸減緩，僅比運(yùn)行6年多的活性炭降低約20 mg/g。

總體而言，隨著活性炭運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，碘值及亞甲基藍(lán)值均呈下降趨勢(shì)，運(yùn)行初期的降幅遠(yuǎn)大于中后期，說(shuō)明初期活性炭以吸附為主，而中后期的吸附作用減弱，此時(shí)以生物作用為主。

根據(jù)國(guó)內(nèi)的使用經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)活性炭碘吸附值≤600 mg/g時(shí)，表明活性炭的吸附性能很差，由此說(shuō)明在生物活性炭處理的中后期，吸附作用已不占據(jù)主導(dǎo)地位，以生物降解作用為主，但是炭池運(yùn)行后期，活性炭對(duì)有機(jī)物的去除效果變化較小，如圖1所示。運(yùn)行了已有7年時(shí)間的炭池高錳酸鹽指數(shù)去除率穩(wěn)定在20%左右，且各炭池出水CODMn濃度仍在1 mg/L左右。因此僅采用碘值與亞甲藍(lán)值作為炭柱運(yùn)行的控制指標(biāo)是欠妥的，還應(yīng)該考慮炭池出水水質(zhì)指標(biāo)，進(jìn)行活性炭換炭或再生的判斷。

1.2 機(jī)械強(qiáng)度對(duì)比

活性炭的強(qiáng)度與活性炭的使用壽命有一定的關(guān)系，活性炭應(yīng)保證足夠的機(jī)械強(qiáng)度，沖洗時(shí)耐磨損，損耗率較小。由表3可知，舊炭雖然使用了多年，但強(qiáng)度仍較高，高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的90%，使用年限對(duì)活性炭強(qiáng)度的影響不大。

表3 炭樣的強(qiáng)度對(duì)比

1.3 處理效果對(duì)比

1.3.1 耗氧量

由圖1還可知，在臭氧活性炭工藝運(yùn)行初期，各炭池對(duì)CODMn的去除率均高達(dá)50%以上，此時(shí)活性炭濾池的運(yùn)行主要處于吸附期。隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，活性炭吸附逐漸飽和，運(yùn)行2年后，各炭池對(duì)CODMn的去除率均下降了30%左右，去除率約20%，此時(shí)生物活性炭濾池的有機(jī)物去除主要以生物降解作用為主。隨著活性炭運(yùn)行的時(shí)間延長(zhǎng)，炭池對(duì)有機(jī)物的去除效果變化較小。