粉末活性炭投加系统应用于给水厂的设计白玉华‘王南威‘刘百仓2李震声‘刘映祥中国市政工程西南设计研究总院，成都610081; 2四川人学建筑与环境学院，成都610065) 摘要在提高给水厂出水水质和水源突发性污染应急处理中，粉末活性炭吸附技术得到越来越广泛的应用。结合成都市水六厂五期工程粉末活性炭投加系统的设计，分析了如何确定粉末活性炭的投加方法、投加量、投加浓度以及投加点等设计内容。并简要介绍了粉末活性炭投加系统的组成，以及水六厂五期工程粉末活性炭投加系统设计实例。
粉末活性炭投加系统应用于给水厂的设计
白玉华‘王南威‘刘百仓2李震声‘刘映祥
中国市政工程西南设计研究总院，成都610081; 2四川人学建筑与环境学院，成都610065)
摘要在提高给水厂出水水质和水源突发性污染应急处理中，粉末活性炭吸附技术得到越来越广泛的应用。结合成都市水六厂五期工程粉末活性炭投加系统的设计，分析了如何确定粉末活性炭的投加方法、投加量、投加浓度以及投加点等设计内容。并简要介绍了粉末活性炭投加系统的组成，以及水六厂五期工程粉末活性炭投加系统设计实例。
关键词 粉末活性炭投加系统设计应急处理
0前言
自20世纪20年代美国首次使用粉末活性炭去除氯酚产生的臭味以来，该技术在水处理行业中的应用越来越多。我国近年来也己有给水厂在预处理中采用粉末活性炭提高出水水质，并己在水源突发性污染应急处理中作为一种主要的应对技术。
本文结合成都供水六厂五期工程中粉末活性炭投加系统的设计工作，介绍设计的主要技术环节。
1投加方法的选择
粉末活性炭投加的方法有两种，即干式投加和湿式投加。干式投加采用水射器作为主要投加工具。湿式投加则要先将粉末活性炭配成一定浓度的炭浆，再用泵投加。干式投加法以变频螺旋送料机控制粉炭投加量，一般每台干投机(由料仓与送料机构为主组成)配置1台变频螺旋送料机，如果投加点较多目需要对每点较精确控制，则需要较多的干投机设备。此外，由于干投中粉末活性炭与水不宜混合，因此在设备设计中就要解决好投加水射器喉管的易堵塞问题。湿式投加法可采用1台或较少数量设备配置好一定浓度的炭浆，通过多台计量泵准确定量投加到多个投加点，在制备投加过程中炭粉不会随空气飞扬，操作环境较好，系统使用较为成熟稳定，因此目前给水处理中通常使用湿投法。水六厂五期工程粉末活性炭投加系统有5个投加口需要分别控制，经分析比较后最终选择湿式投加法。
2投加量及投加浓度的确定
粉末活性炭的投加量一般需根据水质污染状态确定。《室外给水设计规范》‘]中规定投加量“宜为5～30 mg/ L"。考虑将来水质污染暴发的可能性，并结合抗震救灾水处理应急方案，水六厂五期工程粉末活性炭最大投加量确定为30 mg/ L。
粉末活性炭炭浆质量分数一般为5%一10%。但在湿式投加中多采用5%，这样可使炭浆快速扩散，与水体充分混合，同时避免了投加管道易堵塞和其他机械故障。
3投加点的选择
为充分发挥粉末活性炭的吸附作用，需要使其与水充分混合，并保证足够的接触时间(一般接触时间30～60 min)和尽量避免吸附被干扰。故而，合适的粉末活性炭投加点非常重要。对于常规的混凝、沉淀、过滤水处理工艺，粉末活性炭的投加点可以有以下二种选择:原水吸水井投加、混凝前端投加、滤池前投加。
一般认为，在吸水井投加能较充分地发挥粉末活性炭的吸附作用，但存在着与后续混凝工艺竞争去除有机物的问题。如果吸附与混凝竞争严重，将降低活性炭的吸附作用，造成投加量增加，处理成本加大。
在混凝前端投加，理论上分析认为投加混凝剂后，在絮凝池中形成的微小絮体尺度发展到与粉末活性炭颗粒尺度相近的位置应作为最佳投加点。在该点投加既可在一定程度上避免竞争吸附，又可使絮体对粉末活性炭颗粒的包裹作用最小，可以充分发挥粉末活性炭的吸附效率。
滤前投加，不存在吸附与混凝竞争问题，但粉末活性炭进入滤池后，可能会堵塞滤料层使滤池的工作周期明显缩短。此外，粉末活性炭还有穿透滤层现象，而目吸附时间难以得到保证。
因此，实际工程设计中，投加点的选择需要结合以上特征，再根据原水水质和水厂处理工艺特点、水力条件综合考虑决定。
水六厂五期工程的投加点选在取水口，主要基于以下考虑: ( 1)原水的取水日距给水厂约2 km，投加粉末活性炭后，大概需要30 min重力自流进入厂内分配井。可以有效利用原有管渠，使粉末活性炭的吸附作用得到充分发挥。
( 2)水处理工艺流程中在混凝前设有斜管预沉池，于是达到充分吸附能力的粉末活性炭在这一环节中被沉淀排出。这样，不仅使进入机械絮凝平流沉淀池的进水水质得到很大改善，减轻后续构筑物的处理负荷，也避免了吸附与混凝竞争的问题。
4粉末活性炭投加系统的设计
粉末活性炭投加系统通常由以下几部分组成:拆包系统(适合于袋装炭)、储料系统、精密投配系统炭浆制备系统、炭浆投送系统、反冲洗系统。水六厂五期工程采用了某进日品牌厂家的成套设备，力求在现有条件下使劳动强度最小，操作环境最好，粉末活性炭利用率最高。
拆包系统与储料系统:对于散料，可以采用罐车上料，即由粉末活性炭运输车直接将粉末活性炭泵入料仓储存。这种方式，自动化程度高，工人操作量少，目无破包动作，车间环境好。但此种方式，需要水厂所在地附近有粉末活性炭生产厂家。袋装粉末活性炭分为25 kg包装(小袋)和500 kg包装(大袋)两种。对于小袋装，工人将小袋粉末活性炭放入输送带，输送带将小袋粉末活性炭运入切包机拆包后，粉末活性炭由螺旋输送器泵入料仓储存，废袋通过压榨机由出袋口排出。这种拆包工作处于全自动封闭状态，车间环境较好，但对于大型水厂，工人投放小袋粉末活性炭的频率高，劳动强度大。对于大袋装，工人将大袋粉末活性炭取量放入料仓顶部的破包机内，破包机内设橡胶密封紧密裹在料袋周围，避免粉尘泄漏。破包机自动破包的同时，开启负压除尘器。为了防止卸料结束后粉尘外溢，在破包机周围设有一圈挡板。这种方式，工人操作强度较小，车间环境也较好，适合大型水厂粉末活性炭投加。
由于成都水六厂五期工程所在地附近无粉末活性炭生产厂家及粉末活性炭投加量大，故选用大袋装拆包方式。
精密投配系统与炭浆制备系统:两个系统的关键在于粉末活性炭给料机的流量能稳定、连续。给料机的流量与转速有线性关系，具有计量功能，同时计量能力可通过电控柜里的变频器变频可调。给料机螺旋具有自洁功能，正'常工况下均不会发生堵塞。粉末活性炭通过给料机精确计量后，由螺旋输送器输送到溶解罐中，溶解水同时以一定比例注入，经搅拌，形成一定浓度的活性炭炭浆。
炭浆投送系统与反冲洗系统:投送方式可选用重力投送或压力投送，以压力投送为主。压力投送时需采用耐磨损、不易堵塞的投送泵，如螺杆泵、膜片泵等。水六厂五期工程炭浆投送泵选用螺杆泵，泵的流量通过变频器调节，实现精确连续投加。粉末活性炭投加一般用于应急处理，在需要时才投入运行，每次工作完成后应立即冲洗管路，防止粉末活性炭沉积堵塞管路影响系统的正常工作。故投送泵又可作为冲洗泵，需要时用于加药管路的冲洗，冲洗可自动进行，也可人为干预。
5工程设计
成都市自来水六厂工程规模为140万m3/ d，其中一期一二期工程(己建)设计规模为60万m 3 / d,四期(BOT)设计规模为40万m3/ d，水六厂五期工程规模为40万m3/ d。水六厂五期工程在设计中采用了粉末活性炭工艺，水处理工艺流程如图1所示。
粉末活性炭投加点为取水口，距水厂约2 km，采用湿式投加，投加量≤30 mg/ L，炭浆质量分数为5%。
投加系统采用大袋装(500 k}/袋)拆包方式上料，除尘器风量300~ 500 m3/h,螺杆泵分别对应一期一五期工程投送，即有5台工作泵。大泵工作流量为11 m3/h，小泵工作流量为6 m;3/ h。粉末活
性炭投加间的平面布置如图2所示。
采用粉末全自动活性炭投加系统，粉末活性炭大袋包装，由大包装自动破包机拆包后落入料仓内储存，为了保证粉末活性炭下料通畅，设有粉料堆积消除系统，如空气振打或机械方式，为了防止粉尘弥漫，破包机上带有挡板，料仓带有吸尘装置，粉末活性炭经给料机精确计量后由螺旋输送器输送到溶解罐中，溶解水同时以一定比例注入，形成一定浓度的粉末活性炭浆液。制备好的粉末活性炭浆由5台螺杆泵通过5个投加点投加。螺旋输送器的流量可以通过变频器根据进水量线性调节，形成一定浓度的炭浆，同时投加浓度可以根据需要在PLC上进行设定。粉末活性炭投加系统按自控信号实现自动投加。
2楼
给水处理过程中粉末活性炭投加点选择的研究进展
车腾腾‘孔静2
(1.贡庆大学城市建设与环境工程学院二峡库区生态环境教育部贡点实验室，贡庆，400045;
2.贡庆市自来水有限公司水质监测站，贡庆，400013)
摘要
粉末活性炭对去除水中的色、嗅、味及有机物具有较好的效果，给水处理过程中粉末活性炭的投加点不同处理效果差别较大。就目前常规水处理工艺中选择粉末活性炭投加点的一般规律进行说明，总结出活性炭最佳投加点选择的研究进展情况。
关键词:给水处理 粉末活性炭 投加点
净水处理中所使用的活性炭中，有粉末活性炭和颗粒活性炭两种。作为日前国内外最常用的吸附剂，粉末活性炭去除水源水中的色、嗅、味等物质取得了成功的经验和较好的去除效果。近年来，由于水源污染日趋严重，粉末活性炭在水处理中的使用量逐年增多，特别是水源水质受到季节变化或突发性污染时，投加粉末活性炭也是一种灵活、简便的去除有机物的有效措施。
粉末活性炭的使用过程中，活性炭与水的接触时间要达到30分钟才能有较好的吸附效果。如何使粉末活性炭能快速与处理水有良好的混合接触，尽量延长与水体的接触时间，充分发挥活性炭的吸附作用从而提高粉末活性炭使用效率是活性炭应用中需要解决的重要问题;同时絮凝体的十扰和粉末活性炭与絮凝过程中存在的竞争吸附以及投加粉末活性炭对后续过滤工艺的影响等问题也不容忽视。
2粉末活性炭最佳投加点选择的研究
常规的净水处理工艺包括混凝、沉淀、过滤等儿个流程，原则上粉末活性炭投加点有二个:原水吸水井投加、混凝过程投加滤池前端投加。对于不同处理工艺及水质情况，活性炭的投加点不同，处理效果差别较大。
2. 1原水吸水井投加
原水吸水井投加粉末活性炭是日前常采用的工艺，该方法的卞要优势是能保证活性炭与水有较长的接触时间从而较充分地发挥粉末活性炭的吸附作用。戴爱丽等就认为随着活性炭与原水混合吸附时间的增加，其对CODMn、色度、嗅及味的去除率能明显提高，活性炭投加点设置在投加混凝剂之前30min以上的位置，可有效发挥活性炭的吸附能力。
但是原水吸水井投加活性炭存在与后续混凝工艺竞争去除有机物的问题，并目如果吸附与混凝的竞争严重，则将严重削弱粉末活性炭的吸附作用，造成投加量增加;并目大量的粉末活性炭的加入又将进一步的增加后续的混凝及过滤工艺的负荷，造成处理成本加大，此外，在吸水井中投加粉末活性炭还存在大分了有机物堵塞活性炭的大孔、中孔，限制了较小分了在孔隙内的扩散迁移，使处理效果不够理想的缺点。
通常只有在原水浊度较低的情况下，吸水井投加的优势才能体现出来。最后，吸水井投加粉末活性炭可能会对水泵的叶轮、水封部件等产生不良影响，这也是需要考虑的一个重要问题。
2. 2混凝过程投加
在混凝过程中投加粉末活性炭时如何处理与活性炭与混凝剂投加顺序非常关键，就这个问题日前业内学者尚存在一些争议。 刘恒等的试验说明先投加活性炭15分钟以后再加混凝剂，增加了活性炭与原水的接触时间，对水中污染物的综合去除效率较高，处理效果较好。
李智等研究发现粉末活性炭的投加时间大约为投加精制硫酸铝后40秒后对低温低浊时期的湘江原水有较好的处理效果。杨华等通过试验研究认为在投加混凝剂30秒后投加粉末活性炭对微污染水源水的处理效果要明显好于其他的投加点.李大鹏等也认为在混凝中段投加粉末活性炭的除嗅、除味效果明显好于投加在混凝前。指出造成这种现象的原因是:原水中存在着一部分既可以被混凝去除，又可以被活性炭吸附去除有机物，将粉末活性炭直接投加在原水中，活性炭自然会吸附部分可以混凝去除的有机物，这些有机物不但与致嗅物质竞争并占有了吸附位，而目限制了小分了有机物在孔隙内的迁移。将活性炭投加在混凝后可避免这一问题。不过，随着活性炭投加量的增加这些有机物对活性炭除嗅效率的影响逐渐减少，主要是因为增加的粉末活性炭补充了吸附其他有机物所耗费的炭量。实验结果说明混凝中段投加与混凝前投加相比，在达到同样的效果时平均可节省约10 mg/ L的粉末活性炭。
张小满等通过试验研究得出在常规水处理工艺中，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理想投加点。在该点投加活性炭既可避免竞争吸附，又能保证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作用。蒋峰等人的研究也证实了这一点，但同时指出粉末活性炭投加对混凝有负影响，对淮河原水来说当粉末活性炭投加量为20mg/ L时，负影响极其显著。
2. 3滤池前端投加
滤池前端投加该是粉末活性炭发挥作用的最佳位置，一方面，这可以最大限度的消除吸附与混凝之间的竞争，减小混凝过程的负荷;另一方面，如果能使活性炭截留在滤池中，形成活性炭吸附层，活性炭与水的接触时间将远远超过30分钟，活性炭的利用率高，吸附作用充分;最后，对于混凝过程中不能有效去除的小分了物质，粉末活性炭将有较好的吸附效果，使出水水质更好，也就是说滤池前端应该是粉末活性炭发挥作用的较佳投加位置。查人光等在均质滤料滤池前端投加大粒径的粉末活性炭处理微污染水，对有机物的去除有一定的效果;唐铭等在滤池前端投加小剂量的粉末活性炭，并且缩短滤池过滤周期的前提下处理太湖高藻水，解决了出厂水浊度超标、臭与味不良的情况。
同时，研究发现滤池前端投加粉末活性炭工艺通常存在投加的活性炭堵塞滤料层，使滤池过滤周期缩短以及部分活性炭穿透滤料层，滤池出水水质不理想的问题。梁存珍等指出滤前投加活性炭工艺中粉末活性炭投量过高将大大增加滤池的反冲洗次数，影响水厂的运行。戴爱丽等人研究粉末活性炭投加在澄清池出水中，发现滤池出水浊度明显升高，并目观察到炭粒的存在，说明活性炭穿透滤层，认为滤池前端不适合投加活性炭。
3结论
(1)给水处理流程中投加粉末活性炭时，充分发挥其吸附作用同时保证活性炭的投加不对其他处理流程造成不利影响是一种最为理想的状态。
( 2)当前，对于活性炭的最佳投加位置不同学者意见不一，通常认为原水吸水井及混凝过程投加粉末活性炭能够保证活性炭与水有较长的接触时间，但是同时存在活性炭与混凝竞争去除有机物，限制了较小分了在孔隙内的扩散迁移以及增加后续处理工艺负荷的问题。
( 3)滤池前端投加粉末活性炭是较为理想的位置，解决此时滤池过滤周期短及活性炭穿透滤池的问题是该工艺推广应用的关键。
( 4)对于选择粉末活性炭的最佳投加点需要在实际工程中预先做静态模拟吸附试验，模拟实际工艺过程的原水水质、工艺特点、水力条件并对试验结果进行技术、经济比较后再确定投加点。
针对不同的处理工艺流程及水质情况，选择合理的投加点是至关重要的。因此在粉末活性炭的应用中，必须引起足够的重视，更为经济、有效地发挥粉末活性炭去除污染物质的作用。
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3楼
粉未活性炭的表观密度为0.36～0.74g/cm3，根据原材料和生产过程而异，常为极细粉未。粉未活性炭的粒径为10～50um，粒径小可以增加吸附速率，从而减小投加量。粉未活性炭密度1.4g/cm3。
粉未活性炭可以吸附由藻类、酚和石油引起的异常臭味，由铁、锰和有机物产生的色度去除消毒副产物的母体、洗净剂、可溶性染料、氯化烃、农药、杀虫剂，去除汞等重金属，去除放射性物质等。
活性炭通常分为粉未活性炭（PAC）和颗粒活性炭（GAC）两大类。活性炭是具有弱极性的多孔性吸附剂，具有发达的细孔结构和巨大的表面积，是目前微污染水源水深度处理最有效的手段，尤其去除水中农药杀虫剂，除草剂等微污染物质和臭味，消毒副产物等，是其它水处理单元工艺难以取代的。但活性炭对有机物的去除也受到有机物特性的影响，主要是有机物的极性和分子大小的影响，同样大小的有机物，溶解度愈大，亲水性愈强，活性炭对其吸附性愈差，反之对溶解度小，亲水性差极性弱的有机物如苯类化合物、酚类化合物、石油和石油产品等具有较强的吸附能力，对生化法和其它化学法难于去除的有机物，如形成色度和异嗅的物质，有较好的去除效果。
活性炭的孔径特点决定了活性炭对不同分子大小的有机物的去除效果。活性炭的孔隙按大小一般分成微孔、过渡孔和大孔，但微孔占绝对数量。活性炭中大孔主要分布在炭表面对有机物的吸附作用小，过渡孔是水中大分子有机物的吸附场所和小分子有机物进入微孔的通道，而占95%的微孔则是活性炭吸附有机物的主要区域。按照立体效应，活性炭所能吸附的分子直径大约是孔道直径的1/2到1/10。也有人认为活性炭起吸附作用的孔道直径（D）是吸附质分子直径（d）的1.7～21倍,最佳范围是D/ d=1.7～6。所以，活性炭对500～3000的有机物有十分好的去除效果，对于大于3000和小于500的有机物没有去除。对于小于500的有机物没有去除甚至增加原因，是由于小于500的有机物亲水性较强，易被分子量比其更大而憎水性强的能进入活性炭微孔内的有机物所取代。
综上所述，活性炭主要吸附小分子量有机物特别是分子量在500～3000的有机物。因此如果常规处理后这一分子量区间的有机物含量相对较多则可以选择活性炭处理，否则采用活性炭处理技术不能达到有效去除有机物的效果。
一、 投加活性炭粉末的注意事项：
投加活性炭粉末应注意粉末活性炭与水处理药剂之间的相互作用问题。活性炭是有效的化学还原剂，可以还原游离氯和化合氯、二氧化氯、臭氧和高锰酸钾，以致增加了这些药剂的使用量和制水成本。活性碳与氯发生反应将减少其吸附容量，当12mg-1/lPAC和3mg/l游离氯反应时，将失去50%对2—甲基异冰片（MIB）的吸附容量，同时，氯被粉末活性炭破坏后，为了达到消毒目的必须增加氯的用量。
二、 在选择粉末活性炭投加点时，一般按照如下原则：
1、 具有良好的炭水混合条件。
2、 保持充分的炭水接触时间以吸附污染物。
3、 水处理药剂对粉末活性炭的吸附性能干扰最少。
4、 不损害处理后的水质。
5、 尽量避免吸附与混凝竞争。
6、 能有效去除水中残余的细小炭粒。
三、活性炭管理：
1、 炭尘有潜在的爆炸性，在可能和粉尘接触的情况下需用防暴电机，凡与湿活性炭接触的金属部件都需用不锈钢。
2、 湿活性炭能吸附空气中的氧，因此，炭浆池附近或其它封闭处含氧量可能较低，凡进入这些地方的工作人员应带氧气表，以检查氧的浓度，并佩带安全带，如发生危险时可将其拉到安全地带。
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4楼
粉末活性炭吸附技术在水厂的应用
王建平，黄长均
(广州市自来水公司，广东广州510600)
摘要： 作为一种提高出水水质和应对源水突发性污染的有效措施，粉末活性炭吸附技术在国内水厂中得到越来越多的应用。为此详细介绍了粉末活性炭种类的选择、投加量、投加点的确定、吸附效果等，并结合广州市石门水厂的实际应用对工艺的操作过程及实施效果进行了介绍。
关键词： 粉末活性炭； 吸附； 投加量
中图分类号：TU991．2 文献标识码：B 文章编号：1000—4602(2006)10—0017—04
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湿式投加两种，目前给水行业中常用的是湿式投加法，该方法是将粉末活性炭配制成悬乳液定量投加。悬乳液的质量分数宜采用5％左右，浓度太大容易造成投加管道的堵塞和其他机械故障。
1．2 炭种、炭粉粒径的确定
目前国内评价活性炭大多采用碘值、亚甲蓝值等指标，但在工程实践上，不仅需要考虑粉末活性炭的总吸附比表面积，还要判断粉末活性炭颗粒内部的孔径分布是否容易达到快速吸附、使用过程中粉末活性炭是否达到吸附平衡，另外还需考虑炭粉粒径的大小，目数小的粉末活性炭的吸附比表面积小，吸附效果差一些，目数大的比表面积大，吸附效果将好一些，但目数太大有可能穿透滤池。一般认为粉末活性炭的中等孔隙越发达越有利于吸附动力学平衡。根据经验，可以采用一些分子质量较大的吸附质来衡量孔径分布。广州市自来水公司曾采用刚果红(分子质量为697 U)试剂和富里酸(分子质量约1000U)试剂作为吸附质进行试验，结果表明：木质炭对这两种物质的吸附效果比煤质炭好，目数大的炭粉比目数小的吸附效果好。
1．3 吸附时间的确定
受工艺流程和场地的限制，国内多数水厂粉末活性炭的吸附时问<0．5 h，达不到吸附平衡所需要的时问，从而造成吸附能力的浪费。另外，吸附时间不够长或水流混合强度不够还会造成粉末活性炭的沉淀，也会浪费部分吸附能力。为了确定粉末活性炭达到吸附平衡所需的时间，广州市自来水公司曾做过试验，试验以除色、除嗅效果作为参考指标。为减少试验误差，选用了嗅阈值较高的原水以及较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目木质粉末活性炭)后静置，分别于1、2、3 h后采样检验嗅阈值和吸光度，试验结果见表1。
可见粉末活性炭的吸附作用在1 h内基本完成。
1．4 投加方式及投加量的确定
为了选择最佳投加量范围，通过试验得到表2的数据(240目木质粉末活性炭)。试验采用两种投加方式，一种是炭粉与混凝剂同时投加，另一种是先投加炭粉，吸附数小时后再投加混凝剂。
试验结果表明：
① 粉末活性炭和混凝剂的同时投加和先后投加均能明显地提高混凝沉淀效果，其中同时投加效果更理想。
② 两种投加方式对色度的去除效果都明显，且稳定。
③ 先后投加比同时投加的除嗅效果好。
④ 同时投加试验的除藻效果较佳。
⑤ 正常情况下，粉末活性炭的投加量为5—10 mg／L比较适合。
1．5 投加点的选择
① 原水吸水井投加
吸水井投加能较充分地发挥粉末活性炭的吸附作用，但存在与后续混凝工艺竞争去除有机物的问题。如果吸附与混凝竞争严重，则将削弱粉末活性炭的吸附作用，造成投加量增加，处理成本加大。通常只有在原水浊度低的情况下，吸水井投加的优势才能体现出来。有一点需指出，吸水井投加可能会对水泵的叶轮、水封部件等产生不良影响。
② 混凝前端投加
若在混凝前端投加，理论上认为投加混凝剂后，在絮凝池中形成的微小絮体尺度发展到与粉末活性炭颗粒尺度相近时所处的位置即为最佳投加点。在该点投加既可在一定程度上避免竞争吸附，又可使絮体对粉末活性炭颗粒的包裹作用最小，可以充分发挥粉末活性炭的吸附效率。
③ 滤前投加
滤前投加，不存在吸附与混凝的竞争问题，应该是粉末活性炭发挥作用的最佳位置。但应该注意粉末活性炭进入滤池后会堵塞滤料层，使滤池的工作周期明显缩短。此外，粉末活性炭还有穿透滤层现象，而且吸附时间将难以保证。
因此，在实际1：程中需要预先做模拟静态选炭试验，模拟实际工艺过程的原水水质、工艺特点、水力条件并对试验结果进行技术、经济比较后再确定投加点。
2 应用中的关键问题
① 根据水厂原水水质状况，特别是有机物分子质量的分布状况来确定炭种；
② 根据水厂的实际水质情况确定合理的投加量；
③ 根据水厂的生产工艺，确定合适、合理的投加点，解决粉末活性炭与混凝剂吸附竞争的矛盾，提高吸附效率；
④ 解决粉尘污染、劳动强度大、工作环境恶劣等问题；
⑤ 精确制备粉末活性炭悬乳液。
3 工程应用实例
广州市自来水公司石门水厂采用了粉末活性炭工艺。
3．1 投加工艺
石门水厂的产水量为75 X 10 m4 ／d，采用湿式投加法。由于水源水质受到严重污染，需要24 h不问断投加粉末活性炭。石门水厂的投加系统自动化程度较高，工艺流程见图1。
石门水厂的主要工艺参数：炭浆浓度≤5％；投加量为5～12 mg／L；炭粉粒径为325目；投加点于取水泵站吸水井处；脉动气力输送装置输送炭粉能力为1．0 m3 ／h；除尘器处理风量为2500—3200m3 ／h；除尘器尾气排放粉尘含量<20 mg／m3 。
图2、3分别为投加室平面布置图和剖面图。石门水厂粉末活性炭投加系统的工作流程如下：
① 操作工人往溶解池内注入半池清水；
② 把袋装粉末活性炭搬运到脉动气力输送装置的倒料口；
③ 打开倒料口与脉动气力输送装置的贮料仓之间的电动阀门，同时启动除尘器；
④ 人工拆包把一定量的炭粉倒入输送装置的贮料仓(拆包引起的飞扬炭粉通过除尘器吸走)，当活性炭分量达到要求后则关闭电动阀门；
⑤ 启动空压机，往储气罐充气，当储气罐内压力达到0．7 MPa时开启储气罐与脉动气力输送装置之间的电磁阀，往输送装置的送料仓输送压力空气；
⑥ 打开送料仓的气刀，通过气刀的启、闭将活性炭粉料和压力空气通过管道送进溶解池；
⑦ 启动搅拌机，将活性炭粉料制成悬乳液(进入溶解池的压力空气通过除尘器过滤后从溶解池内释放出来)；
⑧ 待炭粉输送完毕后关闭气力输送装置和除尘器，然后通过压缩空气将过滤后粘在除尘器滤料上的炭粉抖落回至溶解池中，完成后关闭空压机，再往溶解池内注入清水，经过充分搅拌后，制成质量分数为5％左右的活性炭悬乳液；
⑨ 开启螺杆输送泵，把炭浆输送到投加点进行投加并用螺杆输送泵计量。
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5楼
3．2 工艺总结
① 石门水厂粉末活性炭投加系统工艺合理、自动化程度较高，在国内较为先进。
② 脉动气力输送装置降低了工人的劳动强度，改善了工作环境。
③ 采用可调定子式螺杆泵输送粉末活性炭悬乳液是成功的，但国产螺杆泵必须进一步提高产品质量。
④ 采用塑烧板除尘器能有效减轻粉尘污染，保证车间的清洁。
石门水厂粉末活性炭投加系统仍存在以下不足：
① 采用人工拆包，工人的劳动强度大。
② 由于生产粉末活性炭的厂家良莠不齐，曾发生过炭粉中的石块堵塞输送管道的事故。
③ 脉动气力输送装置安装在地下，维护检修较为困难。
3．3 吸附效果分析
表3是石门水厂在2005年某月的进、出水水质情况。
石门水厂投加粉末活性炭后达到了预期效果：
① 对有机物的去除率较高，水体中的胶状物质含量减少，表面粘度下降。
② 有利于絮凝体的架桥，改善了絮凝体的结构。
③ 使出厂水浊度、色度、CODMn 嗅阈值大幅度下降。当粉末活性炭投量达到10 mg/L时，与常规工艺相比，对CODMn 的去除率可提高20％ 一30％ 。
可见对于微污染源水，在常规处理工艺的基础上投加粉末活性炭是一种非常有效的处理措施，将使出厂水水质以及口感大大改善。
4 经济分析
以石门水厂采用木质粉末活性炭为例，炭粉的价格约为5000元／t，若不考虑设备折旧和人力成本，当投加量为5—12 mg/L时则增加直接生产成本为0．025—0．06元／m 。如果考虑设备折旧(按照15年计算)和人工费用等则总成本为0．08—0．1元/m3 。如果不考虑自动投加则设备成本会下降。
在水厂的日常生产运行管理中，应加强对源水的监测，以根据源水的变化合理优化调节粉末活性炭的投加量，有效控制生产成本。
5 结语
目前，国内活性炭自动投加系统还处于研制、开发阶段，其中粉末活性炭输送装置为系统的核心设备，国外已有成套设备，而国内厂家的产品尚未成熟，这成为制约活性炭吸附技术应用的瓶颈之一。粉末活性炭吸附技术作为改善出水水质的措施，特别是应对突发性源水污染的应急措施，运行方式灵活，投资相对较小，效果明显，具有很好的应用前景。
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粉末活性炭(PAC)强化处理微污染原水国内外研究现状
侯轶 高乃云 张楠 彭广勇
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)
摘要：首先对PAC强化处理微污染原水的机理及PAC在饮用水处理中的国内外应用现状进行了综述，最后指出需要进一步研究的问题。认为需要针对各种实际的原水水质进行现场试验，研究吸附时间对吸附效果的影响，尤其需要深入研究PAC用于突发污染水质事故的应急处理。
关键词：粉末活性炭(PAC)、黄浦江、原水、微污染
1前言
近年来，水源水的污染日益严重，甚至呈发展趋势，其中对饮用水水源威胁较大的主要是有机污染物。欧、美、日等发达国家高度重视水质问题，随着检测手段的进步和水中有机物检出种类的增加，饮用水标准对有机物的种类和含量作了越来越严格的限制。我国新的国家标准GB5749-2006(生活饮用水卫生标准）颁布之后，同样也对供水水质提出了更加严格的要求。目前，水厂常规净化处理工艺难以将水中微量有毒、有害物质处理到符合安全、卫生要求的生活饮用水水质。因此，常规给水处理工艺的强化是目前亟待解决的问题。去除饮用水源中溶解性有机物和消毒副产物，有效地提高和保证饮用水的质量，是一项重要而紧迫的任务。同时研究开发高效经济去除原水有机污染物的技术，对于应对突发性污染事件、使受污染的水体快速恢复饮用水源功能具有重要的现实意义。
2 PAC及其净水机理
PAC几乎可以用含碳的任何物质作为原料来制造，制造过程分为碳化和活化两个部分。碳化可以使得原料分解放出水气、一氧化碳、二氧化碳和氢等，使原材料分解成碎片，并重新结合成稳定的具有发达微孔的结构。活化可使微孔扩大形成许多大小不同的孔隙，孔隙表面一部分被烧掉，结构出现不完整，加之灰分和其他杂原子的存在，使活性炭的基本结构产生缺陷和不饱和价键，使氧和其他杂原子吸附在这些缺陷上，因而使得活性炭产生了各种各样的吸附特性。
1一大孔(微生物、吸附质、溶剂可到达表面)；2一中孔(吸附质、溶剂可到达表面)，3一微孔(小分子吸附质、溶剂可到达表面)根据国际化学净化和应用协会(International Union ofPure and Applied Chemistry)的分类，活性炭孔径可分为微孔、中孔和大孔，如图l所示。
大孔主要是溶质到达活性炭内部的通道；中孔同时起到吸附作用和通道作用，对大分子的溶质的吸附有可能堵塞小分子溶质进入微孔的通道，微孔占活性炭表面积的主要部分，是活性炭吸附微污染物的主要作用点。活性炭的孔径分布可能大不相同，据此人们把活性炭分为大孔型活性炭和微孔型活性炭,表l为活性炭的典型孔径分布。
，
PAC是一种优良的吸附剂，目前广泛用于去除水中臭味，天然和合成的有机物以及微污染物质。PAC在水中具有吸附能力在于其巨大的比表面积。与活性炭吸附能力最直接相关的因素是表面的官能团的性能。一般把活性炭的表面官能团分成酸性和碱性两大类，用化学和物理化学分析方法，发现活性炭表面的官能团有羧基、羟基、酚基，羰基等。酸性官能团使活性炭具有极性的性质，因此倾向于吸附极性较强的化合物。特别是类似羧基的基团，易于吸附带极性的水，因而对水中非极性物质吸附作用不强，但当水中含有极性更强的物质时，这些物质可以置换水而被吸附。
采用活性炭吸附时，大部分比较大的有机物分子、芳香族化合物、卤代烃等能够牢固的吸附在活性炭表面上或孔隙中，并对腐殖质、合成有机物和低分子量有机物有明显的去除效果。实践证明，活性炭能够降低水中总有机碳(TOC)，总有机卤代物(TOX)和总三卤甲烷 TTHM)等指标。
活性炭对污染物的吸附有两种方式：一种是范德华吸附(即物理吸附)，吸附质通过一种相当弱的力结合到吸附剂表面上，在这种吸附中，被吸附分子的化学性质保持不变，吸附质可相对于吸附剂自由移动，吸附是可逆的；另一种方式是化学吸附，前面已经提到，活性炭在制造过程中炭表面能生成一些官能团，这些官能团使活性炭表面和吸附质之间有电子交换或共享而发生的化学反应，这种吸附是不可逆的。在水处理过程中，活性炭对有机物的吸附过程常为两种吸附作用的综合结果。
在水质控制中，采用活性炭等固体吸附剂来吸附去除水溶液中溶解性的有机物时，吸附速度是一个极其重要的因素。当含有有机污染物等杂质的水与活性炭接触时，水中溶解的有机物先扩散到活性炭的外表面，然后通过活性炭内部的细孔扩散到吸附表面，在表面作用下与吸附表面发生吸附结合，使原水得以净化。总体说来，吸附作用可分为扩散和吸附两个阶段。
吸附阶段反应速度极快，因此，吸附速度主要由扩散过程控制，溶液条件如pH值、温度、吸附质浓度、存在竞争性物质及溶剂的极性等也都会影响活性炭的吸附功能。一般来说括性炭对水中典型有机污染物的吸附，将随着pH值的降低而增加 。由于吸附是放热反应，水温越低，吸附效果越好。溶液中存在多种混和溶质时，被吸附的各种溶质，有的能够相互诱发吸附，有的能相当独立的被吸附，有的则相互干扰，竞争吸附。下述条件下将发生吸附容量的相互抑制：(1)吸附作用发生在单一或极少的分子层内；(2)溶质的吸附亲和性相差不大；(3)溶质之间不会发生特定的相
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互反应去诱发吸附。竞争性表明被吸附物的相互抑制程度，与被吸附分子的相对尺寸和相对亲和性以及溶质的相对浓度等因素有关。
3 PAC净水应用国内外现状
目前对于强化处理微污染原水技术，国内外水厂广泛使用的一种方法就是活性炭吸附技术。活性炭主要有粉末活性炭(PAC)和颗粒活性炭(GAC)两种。PAC技术的主要特点是设备投资省、价格便宜、对短期及突发性水质污染适应能力强。经过大量研究表明它对水中溶解的有机污染物，如三氯甲烷及前体物、苯类、酚类化合物、色度、异臭、胺类化合物、氯化有机物等都具有较好的去除效果。活性炭吸附技术是最成熟有效的方法之一，与常规净水工艺相结合，既完善了常规处理工艺，提高了水中有机污染物的去除效率，是传统老厂对工艺改善和加强处理效果的一种理想手段，也是作为一种提高出水水质和应对原水突发性污染事故的有效措施。
3．1、国外应用现状
PAC最早是由欧洲干1909年正式开始利用奥斯特雷杰科专利制造的。美国新米尔福水厂自1929年首次用PAC去除氯酚产生的嗅味以来，PAC在水处理中的应用己有近70年的历史。美国八十年代初期，每年在水源水处理中所应用的PAC约25000吨，且有逐年递增的趋势。并且PAC在荷兰、日本、法国、比利时、英国、瑞典和意大利等国都有广泛的应用。他们关于PAC对给水中的有机物的去除进行了大量的研究，取得了宝贵的经验。例如，Vedat Uyak等研究了PAC强化混凝处理饮用水源水中的消毒副产物，结果表明PAC对水中消毒副产物THM 和DOC均具有较好的去除效果，DOC去除率从45％提高到76％ ，PAC能去除大部分低分子量NOM，而且强化处理后THM 可达到150ug／L。H．Jiang等研究了传统给水处理工艺对水中除草剂ATZ、SIM、PROP、DDA等内分泌干扰物的去除效果，证实了传统混凝一沉淀一消毒工艺不能有效去除这些物质，只有结合活性炭强化处理的情况下才能达到理想的处理效果。Lionel Ho等研究了PAC强化混凝过程中NOM、浊度等条件对PAC吸附MIB的影响。结果表明絮体尺寸和浊度增大会减小MIB在PAC上的吸附量，而NOM 的负影响则更大，说明处理水质条件对PAC吸附去除水中有机物有着重要影响。Mafia等对比研究了PAC强化混凝工艺对腐植酸和苯酚的去除效果。结果表明使用PAC吸附强化混凝处理后对腐植酸和苯酚的去除效果有所改进，在pH=7时，苯酚和色度可完全去除，UV254和CODMn分别达到99％和8I～89％。国外对PAC吸附性能做了大量研究，表明PAC对二氯苯酚、农药中所含物质、消毒副产物等等均有较好的吸附效果，对色、嗅、味的去除效果已得到公认。
3．2、国内应用现状
我国在2O世纪6O年代末开始将PAC技术用于污染水源的除臭、除味。近年来，我国越来越重视对活性炭的研究和应用，活性炭吸附技术在国内水厂得到越来越多的应用，并已经取得较好效果，同时也开展了大量关于PAC强化处理工艺的研究。高乃云、王荣昌等人在上海市闵行水厂二分厂用PAC处理黄浦江上游微污染原水取得了较好的效果，PAC对CODMn和UV254净增加去除率分别为21．3％和29．8％。实验研究表明最佳PAC炭种为1#PAC，最佳投加点为吸水井处，最佳投加量为10mg／L，在最佳投加量时制水成本增加5.9分／m3，。潘碌亭等研究了PAC强化混凝处理黄浦江水源水，对浊度、CODMn、UV 254等均有较好效果，PAC投加点、投加方式等都对处理效果有一定影响，同时投加效果最好。梁存珍等分别采用煤质和木质PAC去除饮用水中嗅味物质，如MIB、TCA、IPMP和IBMP等，研究了PAC种类、投加量、嗅味物质初始浓度、余氯等因素的影响，结果表明煤质PAC相对木质PAC具有更高的MIB去除率。另外，也有关于PAC作为水源水突发污染事故的应急处理研究。高乃云、陈蓓蓓等通过中试实验研究了水源水中阿特拉津突发污染的应急处理，结果证实PAC可有效去除阿特拉津，PAC投加量为50mg／L时，可使初始浓度为200ug／L的阿特拉津降低到2ug／L以下。周克梅等对长江南京段微污染原水PAC应急投加进行了实验研究，通过烧杯试验确定了适宜的活性炭炭种、投加量和投炭点。结果表明煤质PAC较木质或椰壳炭更为经济合理，投加点越靠前越有利于吸附作用的发挥，活性炭与混凝剂的竞争吸附现象不明显，针对该水质活性炭最佳投量为20～30mg／L。王生辉等研究了PAC吸附硝基苯的性能，结果表明PAC对硝基苯具有良好的吸附去除能力，可作为应急处理工艺有效应对原水的硝基苯污染，保证供水安全。高乃云、刘成等研究了高藻污染原水的投加PAC应急处理工艺，实验结果表明10mg／L的PAC可明显改善混凝工艺对藻类的去除效果，藻类去除率从60％提高到96％，同时还可有效去除土嗅素和二甲基异冰片等致嗅物质，对高藻后期高浓度的微囊藻毒素，投加20mg／L保持接触时间40min就可降到水质标准值以下。刘恒等采用PAC强化混凝工艺处理微污染水源水，活性炭投加量为200mg／L，对各种污染物的去除效果较好，对源水异嗅味、色度、浊度、矿物油和苯酚的去除率分别达到7l～90％，对CODMn、TOC和氨氮去除率分别为47％～53％、26～27％和l0～l8％。另外，目前将PAC用于突发污染水质事故的应急处理(如哈尔滨和无锡)已有成功的案例。
4.需要进一步研究的问题
通过对国内外相关研究的了解，对PAC在常规水处理中的应用情况的研究，发现自来水厂应用PAC吸附技术，是一项非常有效，并且应用方便的强化处理技术。但是在技术应用方面还存在一些问题，要想真正发挥PAC吸附技术的优势还需要对以下方面进行深入的研究。
1)PAC吸附有机物具有很强的选择性。对于不同的原水水质，处理效果有很大的不同，同时不同的水质，对PAC的种类、投加点以及最佳投加量都存在差异，因此要根据实际的原水水质进行现场试验，才能确定最佳的处理方案。
2)PAC吸附的有机物分子量分布及其吸附机理还有待进一步研究。另外，可对PAC进行一些改性，如氧化改性改变其碘吸附值、零电荷点、表面官能团等，或还原改性和负载金属离子改性等来加强吸附效果。
3)我国对于PAC在处理微污染水源水中的应用研究还很不够。目前，将PAC应用于生产的水厂并不多，而且在应用过程中，对于如何经济有效地利用PAC的吸附能力，往往缺乏深入研究，从而造成PAC的浪费或达不到应有的处理效果。
4)加强对PAC用于突发污染水质事故的应急处理研究。
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粉末活性炭处理原水中溶解性机物的试验研究
金伟，徐祖信，曹达文
(同济大学环境科学与工程学院，上海200092)
摘要：采用模拟试验的方法，考察混凝剂与粉末活性炭(PAC)投加去除姚江原水溶解性有机物(DOC)的效果．试验结果表明，表征活性炭吸附性能的碘值与亚甲基兰值与有机物去除效果无显著相关性；混凝处理主要去除的是分子质量1×104 ～3×104 U区段的有机物，而粉末活性炭处理其他区段的有机物效果较好，尤其是分子质量小于l×104 U区段，去除率均在40％以上；混凝处理分子质量小于3×104 u区段的有机物效果较差，几乎全部依赖粉末活性炭去除，该区段质量分数占姚江原水的70％，这是处理姚江原水时粉末活性炭投加量相对较大的主要原因．
关键词：饮用水处理；粉末活性炭；有机物分子质量分布；溶解性有机物
中图分类号：TU 991．21 文献标识码：A 文章编号：0253—374X(2008)12—1670—04
粉末活性炭吸附是去除饮用水中微量有机物的有效方法之一．自1929年美国新米尔福水厂首次采用粉末活性炭去除氯酚产生的嗅昧以来，已有近80年历史，其对水中的色、嗅、味去除效果十分显著，对酚类、农药、消毒副产物及其前质物也有很好的吸附去除效果，特别适合在受突发性水污染事故影响及原水水质季节性变化较大的水厂应用．
本文主要通过混凝与粉末活性炭处理姚江原水中溶解性有机物的试验研究，探讨粉末活性炭吸附处理效果及原水有机物分子量分布对处理效果的影响，为粉末活性炭科学化应用提供借鉴．
1 材料与方法
1．1 试验用材料
试验所用的原水取自浙江姚江宁波段．原水主要的水质特性列于表1，其中，pDOC为溶解性有机物(DOC)的质量浓度．
试验选用的6个品种的粉末活性炭的吸附性能参数见表2．
1．2 试验研究方法
采用模拟静态吸附试验方法测定粉末活性炭去除原水中有机物的效果，即模拟水处理工艺中粉末活性炭与原水的接触时间、水力混合强度以及投加点等环境条件进行的静态吸附试验．具体试验条件与步骤如下．
按照模拟常规水厂的快速反肝絮凝条件设定搅拌转速和速度梯度G值(见表3)，并模拟粉末活性炭投加点将不同量的粉末活性炭投加人1．0 L原水中，根据表3设定的步骤采用六联搅拌机进行模拟吸附试验，然后取上层清液经0．45 m的膜过滤进行炭液分离和检测分析．
1．3 测试指标与测试方法
浊度采用美国Hach公司2100AN浊度仪测定，uv254吸光值采用上海分析仪器厂755B紫外分光光度仪测定，水样经0．45 um微滤膜过滤采用岛津D()C一500总有机炭分析仪测定DOC质量浓度，其他水质指标采用国家标准分析方法测定．
分子量分布采用美国Milpore公司生产的Amicon的YM 系列超滤膜测定，膜材质为改性醋酸纤维素，截留分子量为3×104 ，1×104 ，3×103和1×103u的分子．超滤膜在使用前用超纯水过滤，直至出水的UV254和超纯水一致，然后浸泡在超纯水中置于4℃的冰箱中保存使用．膜过滤采用平行法，即水样用0．45 m微滤膜过滤后，分别通过3×104 ，1×104 ，3×103 和1×103 u的超滤膜．测定过滤液的pDOC，Uv254指标，各个分子量区间的有机物去除量由差减法加权平均得到．
2 结果与讨论
2．1 粉末活性炭品种的选择试验
试验数据的统计学分析表明(见表4)，活性炭吸附性能参数(碘值、亚甲基兰值)与有机物DOC去除量之间显著性概率P均大于0．05，没有显著的相关性．
现行的商品活性炭通常采用碘值和亚甲基兰值来衡量和评价活性炭的吸附性能，一般而言，碘值和亚甲基兰值越大，活性炭的吸附性能越好．但碘值和亚甲基兰值均是表示活性炭达到吸附平衡时的吸附容量，而粉末活性炭应用于常规水厂的混合一絮凝池中，其吸附时间仅20～30 main，通常远低于粉末活性炭达到吸附平衡所需的时间，所以未达到吸附平衡．而且由于水中有机物组分是复杂的且分子量各不相同，以表征单一物质的活性炭吸附性能参数就不能很好地反映对水中有机物的吸附效果．因此不能仅根据商品活性炭所标明的碘值和亚甲基兰值来选择所需的粉末活性炭，而应针对处理不同的原水水质特点和投加粉末活性炭的反应器的具体吸附时间和水力条件，通过模拟吸附试验选择合适的活性炭品种和型号．
2．2 粉末活性炭投加量的选择
为满足卫生部生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)要求，以有机物去除率大于50％为目标，选择适合姚江原水特性的木质炭SM 和果壳炭SG品种，采用静态模拟搅拌试验方法选择活性炭投加量．试验条件为投加25 mg/L聚合氯化铝混凝剂，混凝剂投加后约10-20 s投加粉末活性炭。
图1显示，随着粉末活性炭投加量的增加，有机物去除效果均呈增加的趋势．木质粉末活性炭(SM)投加量为100 mg/L 时，通过UV254测定的有机物去除率也只能达到50％左右，对应的DOC去除率为40％左右(图la)；果壳粉末活性炭(SG)在投加量为100 mg/L 时，DOC的去除率基本达到50％左右，UV254下降了50％(图1b)，略优于木质粉末活性炭．
2．3 有机物分子量分布的影响
姚江原水中大分子(分子质量大于3×104 u)的有机物含量较少，质量分数仅为6％左右；小于3×10 3u的DOC质量分数相当高，为69．1％，对应的Uv254测定下分子质量小于3×103 u的有机物质量分数为69．6％(见表5，其中硼指质量分数)．Uv254值和DOC含量均是反映水中有机物的指标，uV254值是间接反映芳香族有机物和带双键有机物多少的综合指标．姚江原水的特点是低分子量(小于3×103u)的有机物的含量接近70％，且以饱和键的有机物为主．
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图2和图3试验条件为聚合氯化铝混凝剂投加量
为25 mg/L，粉末潘f生炭投加量为100 mg/L 时，姚江原水经过常规混凝处理和常规混凝同时活性炭处理后的有机物去除率特点．数据表明，联合投加混凝剂和粉末活性炭时去除有机物效果较好，以UV254 测定各分子量区间有机物去除率大于50％，大于3×104 u区间的有机物去除率达到了100％，而在此区间的DOC去除率仅为20％左右，说明在该分子量区间，联合投加工艺对于不饱和键有机物去除效果良好．
图2、图3表明，常规混凝处理过程主要去除的是原水中大于1×104 u分子量区段的有机物，DDC的去除率达到55％以上，uV254值下降超过75％，而对其他各分子量区段有机物去除率均不足10％，处理效果较差．这说明一般混凝仅对分子量较大的有机物具有处理效果，这一试验现象与其他研究人员的报道基本一致．数据表明，混凝处理3×103～l×104 u区间的有机物效果差，可能由于混凝剂带人了干扰有机物测定的物质，使有机物去除率均表现为负值，这需要通过进一步的试验研究验证．
粉末活性炭对分子质量1×10 4～3×104 u区段以外的各区段的DOC去除率达到30％以上，Uv254值下降超过50％；但是在1×10 4～3×104 u区间，DOC去除率为一23％左右，而Uv254下降仅为5％左右，原因之一可能是活性炭带人了分子质量在1×104 ～3×104 u区间的有机物，这需进一步验证．活性炭与混凝在有机物各区段处理效果基本上是互补的，混凝处理主要作用在1×104 ～3×104 U区段，在其他各区段处理效果较差，而活性炭处理的区段正好与此具有互补性．研究表明，以黄浦江原水为处理对象时，粉末活性炭对分子质量大于103u区段的有机物均有较好的去除效果．试验表明，对于分子质量小于3×103u的有机物，混凝处理效果相对较差，几乎完全依靠粉末活性炭吸附去除，这也是处理姚江原水时活性炭投加量相对较高的主要原因．
3 结论
(1)姚江原水浊度和有机物含量均较低，有机物主要是由近70％的低分子量(分子质量小于3×103 u)有机物组成．
(2)粉末活性炭吸附性能参数碘值和亚甲基兰值与有机物去除效果之间无显著相关性，应依据所处理的原水和工艺条件通过静态吸附试验选择合适的粉末活性炭品种．
(3)混凝和活性炭处理姚江原水中的有机物时，混凝处理主要去除的是1×104～3×103 U区段的有机物，而粉末活性炭对其他区段的有机物去除效果较好，两者的作用是互补的．对于分子量小于3×103 u的有机物混凝处理去除效果非常不理想，几乎完全依靠粉末活性炭去除，这是处理姚江原水时粉末活性炭投加量相对较高的主要原因．
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10楼
粉末活性炭吸附技术应用的关键问题
金伟 李怀正 范瑾初
提要粉末活性炭吸附技术作为水厂改善水质的有效措施，运行方式灵活，费用低廉，效果明显。通过综合研究成果，对粉末活性炭吸附技术在水厂应用中应重点解决的问题进行了探讨。
关键词粉末活性炭水质有机物
1应用状况
粉末活性炭在给水处理中的使用已有70年左右的历史。自从美国首次使用粉末活性炭去除氯酚产生的嗅味以后，活性炭成为给水处理中去除色、嗅、味和有机物的有效方法之一。国外对粉末活性炭吸附性能作的大量研究表明：粉末活性炭对三氯苯酚、二氯苯酚、农药中所含有机物，三卤甲烷及前体物以及消毒副产物三氯醋酸、二氯醋酸和二卤乙腈等等均有很好的吸附效果，对色、嗅、味的去除效果已得到公认。
粉末活性炭在欧、美、日等国应用很普遍，美国80年代初期每年在给水处理中所用粉末活性炭约2.5万t，且有逐年增加趋势。我国60年代末期开始注意污染水源的除嗅、除味问题。粉末活性炭在上海、哈尔滨、合肥、广州都曾试用过。近年来，我国对粉末活性炭的研究和应用逐渐重视，同济大学、哈尔滨建筑大学等都作了较为深入的研究，已取得不少实用性成果。
粉末活性炭应用的主要特点是设备投资省，价格便宜，吸附速度快，对短期及突发性水质污染适应能力强。
2 制约技术应用的瓶颈
根据我们的研究表明：自来水厂中应用粉末活性炭吸附技术，是一项非常有前景的技术。但是，由于未能很好地解决该技术在应用方面存在的局限性，难以发挥粉末活性炭技术的优势，导致技术应用不能达到实际效果。在自来水厂中的应用必须解决理论依据和应用两大类问题。
2.2 理论上应解决的问题
（1）根据水厂原水的水质状况，特别是有机物分子量的分布状况，确定投加粉末活性炭的炭种（见图1）
（2）根据水厂的实际水质情况，确定合理、经济的投加量（见图2）
（3）根据水厂现有的生产工艺，确定合适、合理的投加点及投加方式，以解决粉末活性炭与混凝剂吸附竞争的矛盾，提高粉末活性炭使用效率（见图3）
作为一种普遍性的规律，由图1，图2，图3 可以知道：在相同条件下，不同的粉末活性炭炭种对有机物吸附处理的能力相差较大（去除率相差16%）。
同样，根据水厂制水工艺的特点，不同投加点的影响也较大，这主要是由于原水的特性以及混凝与吸附竞争的结果，而投加量的确定在工程应用中应根据目标期望值（出厂水CODMn）以及运行成本来综合考虑。
粉末活性炭投加作为一种应急性的措施，在一些水厂已经得到了尝试，但对该技术的应用成效褒贬不一。我们的研究表明：针对水厂各异的实际情况，必须很好地探索解决上述三个问题的合适方式；特别是针对不同的处理工艺流程，选择合理的投加点和投加方式是至关重要的。因此在该技术的应用方面，必须引起足够的重视，才能经济、有效地发挥粉末活性炭除污染的作用。
2.2 工程应用中应解决的问题
（1）应用中粉尘飞扬的污染问题。在自来水厂应用中，由于粉末活性炭在诸多环节如装卸、拆包、配制、投加过程中劳动强度大、容易引起粉尘飞扬，造成工作环境恶劣，操作人员抵触情绪较强，也成为制约粉末活性炭技术应用的一个关键的、实质性的问题。根据资料报道，有些自来水厂采用负压配制投加方式进行粉末活性炭投加。该方式已经基本解决了粉尘污染的问题，但仍难以避免粉末活性炭（20kg/袋）在搬运、拆包过程中造成的粉尘飞扬以及劳动强度大的问题，特别是处理能力大于10万m3/D的自来水厂，每小时的粉末活性炭用量一般在60kg左右（以投加量15mg/L 计算）。
（2）应用中精确制备和定量投加粉末活性炭的问题。为稳定粉末活性炭吸附除污染的效果，应在一定范围内尽量保证投加计量的准确，这不仅关系到处理效果，也与制水成本密切相关。根据合适的参数建造的整个粉末活性炭储存、配制、投加设备或系统必须能很好地防止在各个环节造成的不稳定因素，如在输送投加过程中的堵塞问题，会造成流量不稳定，从而影响除污染的效果。
（3）设备或系统的自动化控制。为进一步降低粉末活性炭投加设备的操作强度，如何实现自动化操作、与水厂原有自动化控制系统相配以及如何根据水质变化情况自动追踪调整，以满足稳定出水水质的目的，这也是制约该技术应用的关键因素。
（4）投资、成本控制。粉末活性炭技术的应用最为关键的问题是投资以及成本的控制，为满足新的《生活饮用水卫生规范》（主要是CODMn＜3mg/L ，特殊情况下不超过5mg/L），大多数水司均面临技术改造的问题。对大多数水司而言，水质污染一般是间断性或突发性的，常规工艺在大多数时间是能够满足新的规范要求的，因此粉末活性炭技术是一项实用性非常强的技术，其投资相对较省，成本较低、投用灵活。
例如，处理能力为10万m3/d 的自来水厂，设备的投资在120万元左右，1m3水投资在12元左右，较之生物处理方法投资（1m3水投资100 元左右）以及臭氧生物活性炭工艺投资（1m3水投资250元左右）具有很大的优势；同时增加的处理成本约为0.02元. /m3（以每年平均污染期使用粉末活性炭投加设备90d，平均投加量为15mg/L计算）。
3 结论
根据我们长时间的理论研究以及工程实践表明：粉末活性炭投加作为一项应急性的水质改善手段，只要正确解决技术使用上的炭种选择、投加点、投加方式等问题，可以较好地提高水厂的出厂水水质，特别是对有机物（CODMn）、色度等水质指标的改善；同时该技术已经取得了工程实践的检验，解决了使用过程中的粉尘污染、精确投加以及降低劳动强度实现自动化控制等诸多问题，并且该技术的使用投资少，效果明显，运行成本低廉。
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11楼
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