活性炭滤池滤料选型及滤池反冲洗探究范文

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《林产化学与工业》2017年第5期

随着生活质量的不断提高，人们对饮用水水质的要求也逐渐提高，然而随着工、农业的迅速发展，已严重污染了饮用水的水源。一些城市水源已经无法符合饮用水水源的标准，同时部分地表水也无法满足饮用水水源的要求，近50%以上的水质降为Ⅳ类以下水体。因此，根据水源水质的特征，对微污染水源的净化处理是目前亟待解决的问题[1]。臭氧—生物活性炭净水技术是目前国内外主推且高效的给水深度处理办法之一，它将物理、化学及生物作用相结合，臭氧的纯化学氧化和杀菌消毒、微生物的降解作用、活性炭的物理和化学吸附四种给水处理方法的优点糅合，是一种新型高效且安全的给水处理技术，在饮用水处理上被广泛的应用，如今这一技术已经成为了全世界给水深度处理中的主流[2]。在臭氧—生物活性炭给水深度处理技术应用中，活性炭滤池滤料的合理选择以及滤池运行参数的优化是保证该技术安全、经济、高效运行的关键。

1滤池滤料—活性炭的选型

活性炭主要有木炭型、椰壳型和煤质型，煤质活性炭相对于木质和椰壳活性炭来讲，原料来源广泛且价格较低，同时给水厂深度处理用活性炭需求量非常大，因此，煤质活性炭广泛应用于给水深度处理中。目前，给水处理工程上最为常见的活性炭：1.5mm柱状活性炭、12×40目、8×30目和8×16目颗粒破碎活性炭。活性炭粒径的选择对于活性炭滤池能否稳定运行以及能否达到预期的处理效果起着关键性的作用。工程人员及研究人员针对活性炭粒径的选择做了大量的研究，宋必伟[3]提出：根据生产经验，柱状活性炭纳污能力低于破碎活性炭，破碎活性炭对浊度的去除率较高。李为兵等[4]进行昆山市给水深度处理活性炭选择试验得出：破碎炭和柱状炭均对有机物去除有明显的效果，其中破碎炭效果优于柱状炭。张捷等[5]通过对桐乡市自来水公司果园桥水厂活性炭滤池运行情况进行跟踪分析，最终得出：8×30目破碎炭其表面生物膜比较多，对有机物具有良好的去除作用；1.5mm柱状炭的生物膜量相对少一些，12×40目破碎炭生物膜量较少。冯硕[6]对三种粒径的活性炭应用于炭砂滤池时的情况进行了对比中试实验，结果表明：采用8×30目的活性炭时，在进行滤池反冲洗过程中，气水反冲洗时活性炭和石英砂有混层，但之后5到7min的高速水反冲对滤料的分级效果很明显；若采用8×16目的活性炭，水洗和气洗时活性炭与石英砂均出现了明显的混层现象；若采用12×40目的活性炭，反洗时会出现“跑炭”现象。根据试验研究及生产运行经验得出：破碎炭对水质的净化效果优于柱状炭，且8×30目破碎炭更适合于活性炭滤池的运行，是给水厂深度处理的首选型号。

2活性炭滤池反冲洗的控制

由于受到悬浮物、微生物以及生化代谢产物等影响，随着活性炭滤池运行时间的延长，活性炭表面和滤床中的生物和非生物颗粒数量不断增加，导致滤料间隙不断减小，水头损失逐渐增加，影响滤池的产水水质和产水量[7][8]：使得给水厂无法达到设计产水能力；活性炭表面的生物膜逐渐老化，生化降解有机物的能力降低，影响炭滤池的产水水质；同时，炭滤池中的微生物代谢物和有机物为水生动物的孳生繁殖提供了充足的营养来源，富溶解氧状态也有利于促进水生动物的生长和繁殖[7]，在南方湿热地区，有助于在生物活性炭滤池内大量生长繁殖微型生物，如底栖型摇蚊幼虫、线虫以及浮游动物轮虫、桡足类动物等[9][10][11]，当这些微型生物在活性炭滤池内生长繁殖积累到一定数量后，就会穿透活性炭层[7]，泄漏到产水中。因此，为保证活性炭滤池的产水量及产水水质，需要定期对活性炭滤池进行反冲洗。活性炭滤池运行的关键是如何选择最佳的活性炭滤池反冲洗形式以及合理的冲洗强度，因此很多学者针对这一问题进行了研究。孙昕等[12]研究表明：两段式气、水联合反冲洗的效果优于单独水反冲，同时可节约用水量，推荐先以高强度空气擦洗、再以微膨胀水漂洗的方式；适宜的气冲强度为11～14L/(m2•s)、历时3～5min，水冲强度为8L/(m2•s)、历时5～7min；反冲废水浊度达到3～5NTU为反冲洗结束的主要控制指标；滤池炭层上表面与反冲洗废水排水槽间的高度差以1.5～2.0m为宜，过低会产生反洗“跑炭”现象，过高会导致反洗“杂质”无法排除，达不到反洗预期效果。王盛等根据工程经验总结[13]：比较合理的反洗膨胀率为25%~30%，有效粒径10~24目颗粒炭的冲洗强度为10~12L/(m2•s)。张朝辉等[14]研究表明：对活性炭滤池而言，采用气水联合反冲洗时的反冲效果最好，气冲强度控制在8～10L/(m2•s)即可，历时2～3min；水冲强度宜控制在10～15L/(m2•s)，历时为6～7min。反冲洗周期夏季2～3d反冲一次，冬季4～5d反冲一次。龙雨涛[1]研究表明：炭滤池最优气洗强度为10L/(m2•s)，气洗时间为水温低时3min，水温高时5min；水洗强度为12L/(m2•s)，冲洗时间为10min；反冲洗周期为14天左右。缩短反冲洗周期有助于控制炭滤池出水微型生物数量和种类；对于南方湿热地区的炭滤池，推荐反冲洗周期为3~5d时，此时炭滤池出水微型生物种类和数量相对较少；在合适的反冲洗周期基础上，再利用含氯的水反冲洗炭滤池，能进一步控制微型生物滋生[7]。结合上述研究及工程实际：活性炭滤池采用气水联合反洗方式，可使滤池反冲洗效果达到最佳。气洗强度可控制在8~14L/(m2•s)之间，历时2~5min；气洗强度可控制在8~15L/(m2•s)之间，历时5~10min；反冲洗周期长则14d，短则3~5d；在炭滤池膨胀率25%~30%条件下，反冲洗效果最佳。

3总结

（1）破碎炭对水质的净化效果优于柱状炭，且8×30目破碎炭更适合于活性炭滤池的运行。

（2）活性炭滤池采用气水联合反洗方式，可使滤池反冲洗效果达到最佳。气洗强度可控制在8~14L/(m2•s)之间，历时2~5min；气洗强度可控制在8~15L/(m2•s)之间，历时5~10min；反冲洗周期长则14d，短则3~5d。

（3）在保证膨胀率25%~30%条件下，具体根据每个给水厂炭滤池实际运行情况对气洗、水洗强度、时间及周期进行适当的调整。

参考文献

[1]龙雨涛.臭氧-生物活性炭组合净化技术研究[D].吉林:吉林大学,2016.

[2]金政华,赵萌.活性炭技术在饮用水深度处理中的应用研究进[J].化学与生物工程,2011,28(10):16-20.

[3]宋必伟.活性炭滤池—超滤联用对引黄水库水深度处理试验研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2016.

[4]李为兵,卢伟,张红春,李晓伦,王早文.昆山市给水深度处理活性炭选择试验[J].净水技术,2011,28(10):16-20.

[5]张捷,徐子松.活性炭的选型及炭滤池的运行维护[J].净水技术,2005,21(10):99-101.

[6]冯硕.炭砂滤池的构建技术,处理效果和工艺特性研究[D].北京:清华大学,2012.

[7]钟高辉.南方典型湿热地区给水生物活性炭滤池反冲洗方式研究[D].广州:华南理工大学,2012.

[9]杨桂军,潘宏凯,刘正文等.太湖不同湖区浮游甲壳动物季节变化的比较[J].中国环境科学,2008,28(1):27-32.

[10]王韶华,宫一震.黄河三角洲平原型水库浮游动物的初步调查[J].河北渔业,2008,169(1):45-46.

[11]赵帅营,韩博平.大型深水贫营养水库新丰江水库浮游动物群落分析[J].湖泊科学,2007,19(3):305-314.

[12]孙昕,张金松等.生物活性炭滤池的反冲洗方式研究[J].中国给水排水,2002,18(2):14-17.

[13]孙王盛,王锦华.水净化过程中活性炭滤池的运行和维护[J].上海水务,2009,25(1):16-17.

[14]张朝辉,吕锡武等.生物活性炭滤池反冲洗技术的优化[J].中国给水排水,2005,21(4):51-53.

作者：陈小敏1,2；徐勇彪3；张立坤4；郭兆轩3；何鹏2 单位：1.内蒙古双欣高分子材料技术研究院有限公司，2.内蒙古浦瑞芬环保科技有限公司，3.内蒙古双欣环保材料股份有限公司，4.内蒙古化工职业学院