某水廠活性炭濾池性能及更換濾料策略

朱力平，張麗麗

(上海浦東威立雅自來(lái)水有限公司，上海 200127)

1 水廠概況

上海市某水廠分二期建成，一期于1997年7月建成通水，設(shè)計(jì)供水能力為400 000 m3/d，二期于2006年7月建成通水，設(shè)計(jì)供水能力為200 000 m3/d，2010年完成600 000 m3/d的深度處理工藝系統(tǒng)。水源目前取用青草沙原水。臭氧-生物活性炭濾池總處理水量26 500 m3/h，共18格。單格濾池表面積125 m2，活性炭濾料深度2．2 m，濾料顆粒有效尺寸1．0 mm。過(guò)濾期間濾料層上方水位1．3 m。單格運(yùn)行周期為72 h或水頭損失4．0 m。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況可適當(dāng)調(diào)整過(guò)濾周期。

2 生物活性炭濾池性能目標(biāo)

該水廠臭氧-生物活性炭濾池深度處理的目標(biāo)是去除有機(jī)污染物(主要以 CODMn，UV254，TOC為指標(biāo))以及夏季嗅味物質(zhì)的去除(以MIB為指標(biāo))和消毒副產(chǎn)物三鹵甲烷總量(THMs)的去除。

3 活性炭濾池濾料分析

表1為活性炭濾料性能分析。

表1 活性炭濾料性能分析表Tab．1 Performance of AC Filter Material

由表1可知自活性炭濾池投入使用4年以來(lái)吸附容量逐步下降。但顆粒磨損不成問(wèn)題;顆粒有效粒徑和不均勻系數(shù)仍然可以接受。

4 生物活性炭濾池對(duì)CODMn的去除情況

圖1為2009～2014年水廠生物活性炭濾池對(duì)CODMn的去除情況。

圖1 2009～2014年該水廠生物活性炭濾池對(duì)CODMn的去除情況Fig．1 Removal Rate of CODMnfrom 2009 to 2014

由圖1可知有三個(gè)不同的階段:2010年4月前為一個(gè)階段，原水是黃浦江上游原水CODMn平均值6．3 mg/L，處理工藝為常規(guī)處理，CODMn出廠水平均值為3．5 mg/L，去除率為44%;2010年5月至2011年4月為第二階段，原水仍然是黃浦江上游原水CODMn平均值5．6 mg/L，處理工藝為臭氧-生物活性炭濾池深度處理，CODMn出廠水平均值為2．4 mg/L，去除率為58%，由于活性炭吸附值逐漸降低，CODMn的去除率也有所下降;2011年5月至今為第三階段，原水為青草沙原水，CODMn平均值2．8 mg/L，處理工藝為臭氧-生物活性炭濾池深度處理，CODMn出廠水平均值為1．26 mg/L，去除率為52%。

該水廠臭氧-生物活性炭濾池經(jīng)過(guò)4年的運(yùn)行對(duì)CODMn和其他污染物的去除以生物降解為主，近階段在青草沙原水的情況下，出廠CODMn平穩(wěn)保持在1．1 mg/L左右，去除率隨原水 CODMn的升高而升高。

5 活性炭濾池與常規(guī)處理性能對(duì)比

5．1 CODMn的去除

圖2為該水廠和另一常規(guī)處理水廠2012年2月～2013年10月出廠水CODMn和COD去除率的對(duì)比情況。數(shù)據(jù)表明該水廠出廠水CODMn比常規(guī)處理水廠出廠水CODMn要低29%。且該水廠平均出廠水CODMn都在1．0 mg/L左右，遠(yuǎn)低于《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》［1］CODMn限值，CODMn去除率為 54%，常規(guī)處理水廠出廠水CODMn去除率為32%。

圖2 2012年2月～2013年10月該水廠和常規(guī)處理水廠出廠水CODMn對(duì)比Fig．2 Comparison of CODMnRemoval between AC Filter and Regular Process from 2012 Feb．to 2013 Oct．

5．2 UV254的去除

圖3為2012年2月～2013年10月該水廠和常規(guī)處理水廠出廠水UV254的對(duì)比情況。在原水相同的情況下，該出廠水UV254平均值為0．018 cm-1，去除率為50%，常規(guī)處理水廠出廠水UV254平均值為0．026 cm-1，去除率為 27%。

圖3 2012年2月～2013年10月該水廠和常規(guī)處理水廠出廠水UV254去除率對(duì)比Fig．3 Comparison of UV254Removal between AC Filter and Regular Process from 2012 Feb．to 2013 Oct．

5．3 TOC 的去除

該水廠和常規(guī)處理水廠出廠水TOC的對(duì)比情況:2012年2月～2013年10月該水廠和常規(guī)處理水廠出廠水TOC分別為1．37 mg/L和1．78 mg/L，TOC去除率分別為39%和23%，可以明顯地說(shuō)明生物活性炭濾池和常規(guī)工藝出廠水TOC的區(qū)別，該水廠出廠水TOC比常規(guī)處理水廠出廠水TOC去除率高16%。

5．4 嗅味(MIB)的去除

嗅味物質(zhì)(MIB)是水庫(kù)水通有的問(wèn)題，青草沙水源也有此問(wèn)題，尤其在夏季問(wèn)題特別嚴(yán)重，所以夏季自來(lái)水居民投訴中嗅味占絕大多數(shù)。如何去除水中MIB等致嗅物質(zhì)是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外飲用水領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。研究表明，臭氧-生物活性炭濾池能夠有效去除嗅味物質(zhì)(MIB)。

圖4為2012年6月～2012年8月該水廠原水，砂濾出水，中間臭氧，活性炭濾池出水和出廠水的MIB對(duì)比圖，砂濾出水后經(jīng)過(guò)中間臭氧MIB平均去除了51%，然后又經(jīng)過(guò)活性炭濾池后MIB去除了59%?？偟娜コ士蛇_(dá)82%以上。而同期常規(guī)處理水廠對(duì)MIB的去除率只有8%。

圖4 2012年6月～2012年8月該水廠原水，砂濾出水，中間臭氧，活性炭濾池出水和出廠水MIBFig．4 MIB of Raw Water，Sand Filter，Ozone，AC Filter and Effluent from 2012 Jun．to 2012 Aug．

5．5 消毒副產(chǎn)物三鹵甲烷T(mén)HMs總量的去除

圖5為2013年5月～2013年10月某自來(lái)水公司各水廠出廠水三鹵甲烷總量圖，該水廠出廠水三鹵甲烷總量平均值為0．14 mg/L，其他水廠平均為0．28～0．39 mg/L，說(shuō)明活性炭濾池對(duì)三鹵甲烷總量去除明顯。

圖5 2013年5月～2013年10月某自來(lái)水公司各水廠出廠水三鹵甲烷總量Fig．5 THMs Concentration of Waterworks Effluent from 2013 May to 2013 Oct．

從以上運(yùn)行數(shù)據(jù)可以看出該水廠臭氧-生物活性碳濾池通常可以有效去除MIB和CODMn、UV254、TOC、三鹵甲烷(THMs)等指標(biāo)，這就意味著生物活性是正常的。

雖然《上海市水廠運(yùn)行、維護(hù)及安全技術(shù)規(guī)程》［2］規(guī)定:當(dāng)吸附活性炭濾池活性炭碘值小于600 mg/g或亞甲藍(lán)值小于85 mg/g，或者濾池出水水質(zhì)達(dá)不到預(yù)定目標(biāo)污染物并影響到出廠水合格率時(shí)，應(yīng)進(jìn)行濾料補(bǔ)充、再生或更換。但是該水廠目標(biāo)污染物并未影響到出廠水合格率。(建設(shè)部最新版《城鎮(zhèn)供水廠運(yùn)行、維護(hù)及安全技術(shù)規(guī)程》［3］CJJ 58—2009未提及活性炭濾料需要補(bǔ)充、再生或更換時(shí)的碘值和亞甲藍(lán)值的標(biāo)準(zhǔn)。)

劉輝等在《生物活性炭運(yùn)行失效指標(biāo)的確定》［4］一文中也指出:當(dāng)生物活性炭用于飲用水深度處理時(shí)，碘值及亞甲藍(lán)值不適于作為這一工藝控制指標(biāo)，因?yàn)樯锘钚蕴恐饕强可锏淖饔脤?duì)水中的有機(jī)污染物進(jìn)行分解，吸附作用處于次要地位。對(duì)于生物活性炭運(yùn)行失效指標(biāo)可以參考CODMn及UV254，CODMn去除率變化值域?yàn)?5% ～45%，而UV254的去除率變化值域?yàn)?0% ～25%，當(dāng)運(yùn)行監(jiān)控指標(biāo)連續(xù)數(shù)日達(dá)到最低值時(shí)，可以考慮換炭。

目前該水廠的CODMn及UV254去除率分別穩(wěn)定在54%和50%，TOC去除率39%，MIB去除率為91%，各項(xiàng)污染物指標(biāo)均在預(yù)定范圍內(nèi)，生物活性炭的生物降解性能穩(wěn)定有效。

活性炭濾池的去除率主要是依靠生物降解作用而不僅僅是吸附作用。據(jù)資料記載，在澳大利亞Bendigo飲用水廠MIB去除率大約是80%(臭氧-生物活性炭濾池聯(lián)合作用，與該水廠臭氧-生物活性炭濾池對(duì)MIB的去除率一致)，活性炭濾料十年來(lái)從未更新或再生。

6 新濾料的預(yù)期性能

新的濾料由于吸附能力的增加有可能可以提高M(jìn)IB去除率至100%。但是很難預(yù)測(cè)活性碳吸附去除效率何時(shí)穿透:這很大程度取決于天然有機(jī)物和MIB的吸附競(jìng)爭(zhēng)，并且和進(jìn)水MIB濃度關(guān)系不大。文獻(xiàn)資料表明活性碳吸附穿透時(shí)間很少超過(guò)一年，這就意味著如果依靠吸附去除MIB的話就需要至少每年更新濾料。在該水廠600 000 m3/d情況下，新的活性碳濾池運(yùn)行3個(gè)月吸附能力就可能穿透。所以，基于運(yùn)行成本和實(shí)際運(yùn)行情況的綜合考慮，是否換新濾料或者怎樣換新濾料就會(huì)發(fā)覺(jué)十分重要。

7 活性炭濾料更新的通用策略

通常的方法是根據(jù)濾后水水質(zhì)達(dá)到目標(biāo)為原則(如該水廠活性炭濾池目的是去除CODMn，UV254和MIB)，更新部分濾料。假設(shè)如下(表2):

(1)根據(jù)去年的情況假定原水公司投加粉末活性炭，MIB濃度降低一半，中間臭氧進(jìn)口 MIB為100 ng/L;

(2)中間臭氧運(yùn)行沒(méi)有變化;

(3)目標(biāo):出水MIB 10 ng/L;

(4)濾料更新后的濾池MIB去除率為100%，而沒(méi)有更新濾料的老濾池通過(guò)臭氧-生物活性炭濾池聯(lián)合作用MIB總?cè)コ蕿?0%。

表2 濾料更新的活性炭池?cái)?shù)量與出水MIB關(guān)系Fig．2 Effluent MIB and Number of Replaced Material AC Filter

8 結(jié)論

(1)該水廠臭氧-生物活性炭濾池運(yùn)行4年，目前對(duì)有機(jī)污染物的去除主要以生物降解為主。

(2)在生物降解作用下，該水廠臭氧-生物活性炭濾池出水預(yù)定目標(biāo)污染物指標(biāo)穩(wěn)定，并沒(méi)有影響到出廠水合格率，CODMn及UV254去除率分別穩(wěn)定在54%和50%，可以考慮不更新濾料。如果不更新濾料，只需中間臭氧進(jìn)口的 MIB低于50 ng/L，出水MIB濃度仍能保持10 ng/L。若MIB升高，可提高中間臭氧(預(yù)臭氧)投加率來(lái)提高M(jìn)IB去除率(在溴酸鹽不超標(biāo)的前提下)。

(3)加強(qiáng)發(fā)揮臭氧-生物活性炭濾池的聯(lián)合作用，把運(yùn)行成本降低。

(4)如果要更好地去除嗅味物質(zhì)(MIB)，則需要更新濾料，考慮到運(yùn)行成本以及實(shí)際運(yùn)行狀況，可以每年更換一半濾料(9格濾池)。

［1］GB 5749—2006，生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)［S］．

［2］CJJ 58—2009，城鎮(zhèn)供水廠運(yùn)行、維護(hù)及安全技術(shù)規(guī)程［S］．

［3］上海市水廠運(yùn)行、維護(hù)及安全技術(shù)規(guī)程［S］．

［4］劉輝，曹?chē)?guó)華，許建華，等．生物活性炭運(yùn)行失效指標(biāo)的確定［J］．中國(guó)給水排水，2003，19(1):55-58．