自来水厂深度处理改造中活性炭的比选试验研究

柱，内部装填 45 cm 的砾石垫层和 100 cm 的活性炭 滤层，采用下进水、上出水的方式连续运行，根据水 厂深度处理改造初设参数，各柱的上升滤速为 11． 9 m / h，运 行 周 期 为 7 d。进 行 反 冲 洗 时，先 气 冲 5 min，强 度 为 15 L / （ m2 · s） ，然 后 用 进 水 清 洗 20 min，初滤水排放。
试验选取 5 个破碎炭样品（ 不同厂家，编号为 1# ～ 5#） 和 1 个柱状炭样品（ 编号为 6# ） ，分别进行 了吸附等温线试验和动态挂柱试验。动态试验装置 如图 1 所示，采用 6 根 DN300 的有机玻璃柱作为滤
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第 29 卷 第 3 期
中国给水排水
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［1］ 夏汀． 淮安经济开发区水厂臭氧生物活性炭深度处理 工艺设计［J］． 中国给水排水，2011，27（ 16） ： 64 － 66．
［2］ 沈亚辉． 武进水厂臭氧活性炭深度处理工程设计［J］． 中国给水排水，2012，28（ 16） ： 68 － 70．
在试验初期，6 种活性炭 对 UV254 的 去 除 率 相 近，基本都在 60% 以上。运行 1 d 后，6 种活性炭对 UV254 的去除率都开始下降，相比较而言，5# 和 6# 活 性炭对 UV254 的去除率较低且不稳定。 2. 4 对嗅味的去除效果
图 3 为 6 种活性炭对嗅味的去除效果。可以看
KANG Ya， HAN Hai-yan， SHEN Lei， SU Zhe， YANG Wei， WANG Peng， ZHU Dan-dan， XU Deng-ge
（ Zhengzhou Water Supply Investment Holdings Co． Ltd．，Zhengzhou 450007，China） Abstract： Ozone / upward flow activated carbon filter process was planned for advanced treatment in a water treatment plant． Experiments for comparison and selection of activated carbon were conducted． The activated carbon samples from six plants were compared using indicators of attenuation rate in adsorption isotherms test and dynamic column test． The results showed that the treatment efficiency of organic compounds and odor by activated carbon was an improvement over the existing treatment process in the plant，and crushed activated carbon was superior to cylindrical activated carbon． Therefore，crushed activated carbon was selected for use in the plant． Key words： water treatment plant； advanced treatment； activated carbon
强度是关乎活性炭寿命的重要指标，在上向流 滤池中尤为重要，强度越高，炭磨损率会相对降低； 堆积质量表征了活性炭的质量，相同体积的活性炭， 堆积质量越高则其质量越大。以上两个指标均是较 大为优。对 6 种炭的检测结果表明，6# 柱状炭的强 度和堆积质量均为最高，而在其余 5 种破碎炭中，3# 炭的强度和堆积质量最大，1#、2#和 5# 炭的强度和堆 积质量接近，4 # 炭的强度和堆积质量最低。
郑州市某自来水厂的源水为黄河水，夏季高藻、 冬季低温低浊并伴有季节性嗅味，处理难度较大，现 有的常规处理工艺出水较难持续满足饮用水水质要 求。为改善郑州市的自来水品质，拟采用臭氧 / 上向 流活性炭滤池技术进行深度处理改造，而选用性价 比高的活性炭对保证出水水质、降低费用具有重要 意义［1 ～ 3］。为此，郑州自来水投资控股有限公司从 技术方面对不同厂家的活性炭性能进行了对比。
图 3 对嗅味的去除效果 Fig． 3 Removal of odor
2. 5 新旧活性炭的表观指标对比 对活性炭干炭样品和运行 3 个月的湿炭样品的
碘值进行了比较，结果见图 4。
运行 3 个月后，各活性炭的亚甲基蓝值也均有不同 程度的衰减，其中 4# 炭的衰减最为严重，衰减率 ＞ 30% ，1#、2#和 3#炭的衰减率较低，在 15% 以下。
关键词： 自来水厂; 深度处理; 活性炭 中图分类号： TU991 文献标识码： C 文章编号： 1000 － 4602（ 2013） 03 － 0051 － 03
Selection of Activated Carbon for Advanced Treatment in a Water Treatment Plant
图 2 对 CODMn 的去除效果
Fig． 2 Removal of CODMn
由图 2 可知，在运行初期，1# ～ 6# 炭对 CODMn 的 去除 率 分 别 为 50% 、50% 、37． 5% 、50% 、62． 5% 、 54． 17% ，而该水厂常规工艺对 CODMn的去除率仅为 30% ，相比之下活性炭呈现明显的优势，其中 5# 和 6 # 炭分别为柱 状 破 碎 炭 和 柱 状 炭，在 运 行 初 期 灰 分 少，调试运 行 较 其 他 破 碎 炭 要 容 易，因 此 在 初 期 对 CODMn的处 理 效 果 相 对 较 好。在 后 续 的 运 行 过 程 中，对 CODMn 的去除率出现下降趋势，尤其是 6# 炭 的去除率下降最明显。相比之下，1# 炭对 CODMn 的 去除效果相对较好，出水 CODMn稳定在 1． 5 mg / L 以 下，而 6#柱状炭对 CODMn 的去除效果最差。另外从 图 2 还可知，6 个炭柱对 CODMn 的去除率均存在波 动，主要是因为试验期间进水水质有一定的波动。 2. 3 对UV254 的去除效果
3 结论
相比水厂现有的常规处理工艺，活性炭对有机 物和嗅味等指标均有较好的去除效果，其中破碎炭 的处理效果要优于柱状炭。柱状炭的优势在于运行 管理较方便，劣势为在上向流运行中膨胀率低，容易 截留浊度，增加正常过滤时的水头损失。因此，对于 该水厂的上向流活性炭滤池而言，宜选择性能较优 的破碎炭。
参考文献：
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Leabharlann Baidu
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康 雅，等: 自来水厂深度处理改造中活性炭的比选试验研究
第 29 卷 第 3 期
出，在运行的第 1 个月内（ 数据 1 ～ 20） ，活性炭对嗅 味的去除率随运行时间的延长而呈上升的趋势，在 运行初 期，6 种 活 性 炭 对 嗅 味 的 去 除 率 在 50% ～ 65% 之间，运行半个月后，1# ～ 4# 破碎炭对嗅味的去 除率增至 80% 左右，而该水厂常规工艺对嗅味的去 除率仅为 26% 左右，可见活性炭对嗅味的去除效果 是非常明显的。在运行的第 2 和 3 个月，6 种活性 炭对嗅味的去除率基本维持在 60% 以上。
2. 2 对CODMn的去除效果 图 2 为活性炭滤柱对 CODMn的去除效果。
图 1 动态挂柱试验装置 Fig． 1 Flow chart of dynamic column test device
1. 3 试验方法 静态吸附试验主要检测水样及滤液的 UV254 和
CODMn 浓度。动态 试 验 主 要 检 测 滤 柱 的 进、出 水 水 质，包 括 CODMn、UV254 、pH 值、色 度、浊 度、THMFP 等指标； 另外，还对活性炭的强度、密度、粒径、碘值 和亚甲基蓝值等理化性质进行分析［4］。其中，常规 项目采用国家标准方法进行检测，活性炭的理化指 标根据《煤质颗粒活性炭 净化水用煤质颗粒活性 炭》（ GB / T 7701． 2—2008） 中的方法进行测定。
摘 要： 某自来水厂拟采用臭氧 / 上向流活性炭滤池技术进行深度处理改造，为此进行了活 性炭比选试验。通过静态吸附和动态挂柱试验，并结合表观指标衰减率对 6 种不同厂家的活性炭 样品进行了综合比较，结果表明，活性炭对有机物和嗅味的处理效果显著优于该水厂现有的常规处 理工艺，并且破碎活性炭的处理效果优于柱状活性炭。因此，该水厂最终确定选用破碎活性炭。
K
1/n
R2
1． 012 3． 395 9 0． 743 2
2． 024 4 3． 793 2 0． 750 7
1． 879 7 2． 160 9 0． 625 4
1． 308 1． 772 8 0． 314 4
0． 883 1． 866 5 0． 509 5
0． 268 2 2． 767 7 0． 663 2
1 试验概况
1. 1 试验水质 试验进水为自来水厂常规处理滤前水，试验期
间恰逢冬季，进水有机污染物浓度较低，具体水质情 况如下： CODMn 为 1． 52 ～ 2． 88 mg / L （ 平 均 为 2． 2 mg / L） ，UV254 为 0． 003 ～ 0． 015 cm － 1 （ 平均为 0． 009 cm － 1 ） ，浊度为 1． 58 ～ 2． 6 NTU（ 平均为 2． 09 NTU） ， pH 值为 7． 96 ～ 8． 11 （ 平均为 8． 04） ，嗅阈值为 8． 5 ～ 12（ 平均为 10． 25） 。 1. 2 试验装置与材料
第 29 卷 第 3 期 2013 年 2 月
中国给水排水
CHINA WATER ＆ WASTEWATER
Vol． 29 No． 3 Feb． 2013
自来水厂深度处理改造中活性炭的比选试验研究
康 雅， 韩海燕， 沈 磊， 苏 喆， 杨 葳， 王 鹏， 祝丹丹， 许登阁
( 郑州自来水投资控股有限公司，河南 郑州 450007)
2 结果与讨论
2. 1 吸附等温线试验结果 分别采用 Langmuir 和 Freundlich 吸附等温式对
6 种活性炭样品的试验数据进行拟合，通过对比相 关系数 R2 值可知，Freundlich 方程的相关性较强，其 能更好地反映 6 种活性炭的吸附效果，结果见表 1。 在 Freundlich 吸附等温式中，K 值是表征活性炭吸 附容量的一个参数，K 值越大，则吸附容量就越大。 1 / n是吸附容量指数，反映活性炭吸附容量随浓度的 增加速度，1 / n 值越高，则在高 浓 度 时 吸 附 容 量 越 大，而在低浓度时吸附容量显著降低； 1 / n 值越小， 则从低浓度到高浓度都比较容易吸附，活性炭用于 给水处理时，有机物浓度偏低，因此 1 / n 值不宜过 大。一般认为，1 / n 值介于 0． 1 ～ 0． 5 则容易吸附， 1 / n ＞ 2 则难于吸附，这时即便增加吸附剂的用量也 不能改变吸附效果。一般认为，具备 K 值最大、1 / n
值最小的活性炭的吸附容量最佳。综合比较后，确 定 3#、4#活性炭的吸附性能较佳。
表 1 6 种活性炭的 Freundlich 吸附等温式 Tab． 1 Freundlich adsorption isotherms of activated carbons
项目 1# 2# 3# 4# 5# 6#
Freundlich 方程 y = 1． 012x3． 395 9 y = 2． 024 4x3． 793 2 y = 1． 879 7x2． 160 9 y = 1． 308x1． 772 8 y = 0． 883x1． 866 5 y = 0． 268 2x2． 767 7