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濕式投加兩種，目前給水行業(yè)中常用的是濕式投加法，該方法是將粉末活性炭配制成懸乳液定量投加。懸乳液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)宜采用5％左右，濃度太大容易造成投加管道的堵塞和其他機(jī)械故障。
1．2?炭種、炭粉粒徑的確定
? ? ? 目前國(guó)內(nèi)評(píng)價(jià)活性炭大多采用碘值、亞甲藍(lán)值等指標(biāo)，但在工程實(shí)踐上，不僅需要考慮粉末活性炭的總吸附比表面積，還要判斷粉末活性炭顆粒內(nèi)部的孔徑分布是否容易達(dá)到快速吸附、使用過(guò)程中粉末活性炭是否達(dá)到吸附平衡，另外還需考慮炭粉粒徑的大小，目數(shù)小的粉末活性炭的吸附比表面積小，吸附效果差一些，目數(shù)大的比表面積大，吸附效果將好一些，但目數(shù)太大有可能穿透濾池。一般認(rèn)為粉末活性炭的中等孔隙越發(fā)達(dá)越有利于吸附動(dòng)力學(xué)平衡。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，可以采用一些分子質(zhì)量較大的吸附質(zhì)來(lái)衡量孔徑分布。廣州市自來(lái)水公司曾采用剛果紅(分子質(zhì)量為697?U)試劑和富里酸(分子質(zhì)量約1000U)試劑作為吸附質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明：木質(zhì)炭對(duì)這兩種物質(zhì)的吸附效果比煤質(zhì)炭好，目數(shù)大的炭粉比目數(shù)小的吸附效果好。
1．3?吸附時(shí)間的確定
? ? ? 受工藝流程和場(chǎng)地的限制，國(guó)內(nèi)多數(shù)水廠粉末活性炭的吸附時(shí)問(wèn)<0．5?h，達(dá)不到吸附平衡所需要的時(shí)問(wèn)，從而造成吸附能力的浪費(fèi)。另外，吸附時(shí)間不夠長(zhǎng)或水流混合強(qiáng)度不夠還會(huì)造成粉末活性炭的沉淀，也會(huì)浪費(fèi)部分吸附能力。為了確定粉末活性炭達(dá)到吸附平衡所需的時(shí)間，廣州市自來(lái)水公司曾做過(guò)試驗(yàn)，試驗(yàn)以除色、除嗅效果作為參考指標(biāo)。為減少試驗(yàn)誤差，選用了嗅閾值較高的原水以及較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目木質(zhì)粉末活性炭)后靜置，分別于1、2、3?h后采樣檢驗(yàn)嗅閾值和吸光度，試驗(yàn)結(jié)果見表1。
? ? ? 可見粉末活性炭的吸附作用在1?h內(nèi)基本完成。
1．4?投加方式及投加量的確定
? ? ? 為了選擇最佳投加量范圍，通過(guò)試驗(yàn)得到表2的數(shù)據(jù)(240目木質(zhì)粉末活性炭)。試驗(yàn)采用兩種投加方式，一種是炭粉與混凝劑同時(shí)投加，另一種是先投加炭粉，吸附數(shù)小時(shí)后再投加混凝劑。
試驗(yàn)結(jié)果表明：
①?粉末活性炭和混凝劑的同時(shí)投加和先后投加均能明顯地提高混凝沉淀效果，其中同時(shí)投加效果更理想。
②?兩種投加方式對(duì)色度的去除效果都明顯，且穩(wěn)定。
③?先后投加比同時(shí)投加的除嗅效果好。
④?同時(shí)投加試驗(yàn)的除藻效果較佳。
⑤?正常情況下，粉末活性炭的投加量為5—10?mg／L比較適合。
1．5?投加點(diǎn)的選擇
①?原水吸水井投加
? ? ? 吸水井投加能較充分地發(fā)揮粉末活性炭的吸附作用，但存在與后續(xù)混凝工藝競(jìng)爭(zhēng)去除有機(jī)物的問(wèn)題。如果吸附與混凝競(jìng)爭(zhēng)嚴(yán)重，則將削弱粉末活性炭的吸附作用，造成投加量增加，處理成本加大。通常只有在原水濁度低的情況下，吸水井投加的優(yōu)勢(shì)才能體現(xiàn)出來(lái)。有一點(diǎn)需指出，吸水井投加可能會(huì)對(duì)水泵的葉輪、水封部件等產(chǎn)生不良影響。
②?混凝前端投加
? ? ? 若在混凝前端投加，理論上認(rèn)為投加混凝劑后，在絮凝池中形成的微小絮體尺度發(fā)展到與粉末活性炭顆粒尺度相近時(shí)所處的位置即為最佳投加點(diǎn)。在該點(diǎn)投加既可在一定程度上避免競(jìng)爭(zhēng)吸附，又可使絮體對(duì)粉末活性炭顆粒的包裹作用最小，可以充分發(fā)揮粉末活性炭的吸附效率。
③?濾前投加
? ? ? 濾前投加，不存在吸附與混凝的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，應(yīng)該是粉末活性炭發(fā)揮作用的最佳位置。但應(yīng)該注意粉末活性炭進(jìn)入濾池后會(huì)堵塞濾料層，使濾池的工作周期明顯縮短。此外，粉末活性炭還有穿透濾層現(xiàn)象，而且吸附時(shí)間將難以保證。
因此，在實(shí)際1：程中需要預(yù)先做模擬靜態(tài)選炭試驗(yàn)，模擬實(shí)際工藝過(guò)程的原水水質(zhì)、工藝特點(diǎn)、水力條件并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較后再確定投加點(diǎn)。
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2?應(yīng)用中的關(guān)鍵問(wèn)題
①?根據(jù)水廠原水水質(zhì)狀況，特別是有機(jī)物分子質(zhì)量的分布狀況來(lái)確定炭種；
②?根據(jù)水廠的實(shí)際水質(zhì)情況確定合理的投加量；
③?根據(jù)水廠的生產(chǎn)工藝，確定合適、合理的投加點(diǎn)，解決粉末活性炭與混凝劑吸附競(jìng)爭(zhēng)的矛盾，提高吸附效率；
④?解決粉塵污染、勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作環(huán)境惡劣等問(wèn)題；
⑤?精確制備粉末活性炭懸乳液。
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3?工程應(yīng)用實(shí)例
? ? ? 廣州市自來(lái)水公司石門水廠采用了粉末活性炭工藝。
3．1?投加工藝
? ? ? 石門水廠的產(chǎn)水量為75?X?10?m4?／d，采用濕式投加法。由于水源水質(zhì)受到嚴(yán)重污染，需要24?h不問(wèn)斷投加粉末活性炭。石門水廠的投加系統(tǒng)自動(dòng)化程度較高，工藝流程見圖1。
石門水廠的主要工藝參數(shù)：炭漿濃度≤5％；投加量為5～12?mg／L；炭粉粒徑為325目；投加點(diǎn)于取水泵站吸水井處；脈動(dòng)氣力輸送裝置輸送炭粉能力為1．0?m3?／h；除塵器處理風(fēng)量為2500—3200m3?／h；除塵器尾氣排放粉塵含量<20?mg／m3?。
圖2、3分別為投加室平面布置圖和剖面圖。石門水廠粉末活性炭投加系統(tǒng)的工作流程如下：
①?操作工人往溶解池內(nèi)注入半池清水；
②?把袋裝粉末活性炭搬運(yùn)到脈動(dòng)氣力輸送裝置的倒料口；
③?打開倒料口與脈動(dòng)氣力輸送裝置的貯料倉(cāng)之間的電動(dòng)閥門，同時(shí)啟動(dòng)除塵器；
④?人工拆包把一定量的炭粉倒入輸送裝置的貯料倉(cāng)(拆包引起的飛揚(yáng)炭粉通過(guò)除塵器吸走)，當(dāng)活性炭分量達(dá)到要求后則關(guān)閉電動(dòng)閥門；
⑤?啟動(dòng)空壓機(jī)，往儲(chǔ)氣罐充氣，當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓力達(dá)到0．7?MPa時(shí)開啟儲(chǔ)氣罐與脈動(dòng)氣力輸送裝置之間的電磁閥，往輸送裝置的送料倉(cāng)輸送壓力空氣；
⑥?打開送料倉(cāng)的氣刀，通過(guò)氣刀的啟、閉將活性炭粉料和壓力空氣通過(guò)管道送進(jìn)溶解池；
⑦?啟動(dòng)攪拌機(jī)，將活性炭粉料制成懸乳液(進(jìn)入溶解池的壓力空氣通過(guò)除塵器過(guò)濾后從溶解池內(nèi)釋放出來(lái))；
⑧?待炭粉輸送完畢后關(guān)閉氣力輸送裝置和除塵器，然后通過(guò)壓縮空氣將過(guò)濾后粘在除塵器濾料上的炭粉抖落回至溶解池中，完成后關(guān)閉空壓機(jī)，再往溶解池內(nèi)注入清水，經(jīng)過(guò)充分?jǐn)嚢韬?，制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％左右的活性炭懸乳液；
⑨?開啟螺桿輸送泵，把炭漿輸送到投加點(diǎn)進(jìn)行投加并用螺桿輸送泵計(jì)量。
夢(mèng)巖?at?2009-5-27?06:51:43
⑨?開啟螺桿輸送泵，把炭漿輸送到投加點(diǎn)進(jìn)行投加并用螺桿輸送泵計(jì)量。
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3．2?工藝總結(jié)
①?石門水廠粉末活性炭投加系統(tǒng)工藝合理、自動(dòng)化程度較高，在國(guó)內(nèi)較為先進(jìn)。
②?脈動(dòng)氣力輸送裝置降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境。
③?采用可調(diào)定子式螺桿泵輸送粉末活性炭懸乳液是成功的，但國(guó)產(chǎn)螺桿泵必須進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量。
④?采用塑燒板除塵器能有效減輕粉塵污染，保證車間的清潔。
石門水廠粉末活性炭投加系統(tǒng)仍存在以下不足：
①?采用人工拆包，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大。
②?由于生產(chǎn)粉末活性炭的廠家良莠不齊，曾發(fā)生過(guò)炭粉中的石塊堵塞輸送管道的事故。
③?脈動(dòng)氣力輸送裝置安裝在地下，維護(hù)檢修較為困難。
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3．3?吸附效果分析
表3是石門水廠在2005年某月的進(jìn)、出水水質(zhì)情況。
石門水廠投加粉末活性炭后達(dá)到了預(yù)期效果：
①?對(duì)有機(jī)物的去除率較高，水體中的膠狀物質(zhì)含量減少，表面粘度下降。
②?有利于絮凝體的架橋，改善了絮凝體的結(jié)構(gòu)。
③?使出廠水濁度、色度、CODMn?嗅閾值大幅度下降。當(dāng)粉末活性炭投量達(dá)到10?mg/L時(shí)，與常規(guī)工藝相比，對(duì)CODMn?的去除率可提高20％?一30％?。
可見對(duì)于微污染源水，在常規(guī)處理工藝的基礎(chǔ)上投加粉末活性炭是一種非常有效的處理措施，將使出廠水水質(zhì)以及口感大大改善。
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4?經(jīng)濟(jì)分析
? ? ? 以石門水廠采用木質(zhì)粉末活性炭為例，炭粉的價(jià)格約為5000元／t，若不考慮設(shè)備折舊和人力成本，當(dāng)投加量為5—12?mg/L時(shí)則增加直接生產(chǎn)成本為0．025—0．06元／m?。如果考慮設(shè)備折舊(按照15年計(jì)算)和人工費(fèi)用等則總成本為0．08—0．1元/m3?。如果不考慮自動(dòng)投加則設(shè)備成本會(huì)下降。
在水廠的日常生產(chǎn)運(yùn)行管理中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)源水的監(jiān)測(cè)，以根據(jù)源水的變化合理優(yōu)化調(diào)節(jié)粉末活性炭的投加量，有效控制生產(chǎn)成本。
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5?結(jié)語(yǔ)
? ? ? 目前，國(guó)內(nèi)活性炭自動(dòng)投加系統(tǒng)還處于研制、開發(fā)階段，其中粉末活性炭輸送裝置為系統(tǒng)的核心設(shè)備，國(guó)外已有成套設(shè)備，而國(guó)內(nèi)廠家的產(chǎn)品尚未成熟，這成為制約活性炭吸附技術(shù)應(yīng)用的瓶頸之一。粉末活性炭吸附技術(shù)作為改善出水水質(zhì)的措施，特別是應(yīng)對(duì)突發(fā)性源水污染的應(yīng)急措施，運(yùn)行方式靈活，投資相對(duì)較小，效果明顯，具有很好的應(yīng)用前景。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 廣州追遠(yuǎn)電氣機(jī)械有限公司技術(shù)部
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