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。懸乳液的質量分數宜采用5％左右，濃度太大容易造成投加管道的堵塞和其他機械故障。
1．2?炭種、炭粉粒徑的確定
? ? ? 目前國內評價活性炭大多采用碘值、亞甲藍值等指標，但在工程實踐上，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部的孔徑分布是否容易達到快速吸附、使用過程中粉末活性炭是否達到吸附平衡，另外還需考慮炭粉粒徑的大小，目數小的粉末活性炭的吸附比表面積小，吸附效果差一些，目數大的比表面積大，吸附效果將好一些，但目數太大有可能穿透濾池。一般認為粉末活性炭的中等孔隙越發(fā)達越有利于吸附動力學平衡。根據經驗，可以采用一些分子質量較大的吸附質來衡量孔徑分布。廣州市自來水公司曾采用剛果紅(分子質量為697?U)試劑和富里酸(分子質量約1000U)試劑作為吸附質進行試驗，結果表明：木質炭對這兩種物質的吸附效果比煤質炭好，目數大的炭粉比目數小的吸附效果好。
1．3?吸附時間的確定
? ? ? 受工藝流程和場地的限制，國內多數水廠粉末活性炭的吸附時問<0．5?h，達不到吸附平衡所需要的時問，從而造成吸附能力的浪費。另外，吸附時間不夠長或水流混合強度不夠還會造成粉末活性炭的沉淀，也會浪費部分吸附能力。為了確定粉末活性炭達到吸附平衡所需的時間，廣州市自來水公司曾做過試驗，試驗以除色、除嗅效果作為參考指標。為減少試驗誤差，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目木質粉末活性炭)后靜置，分別于1、2、3?h后采樣檢驗嗅閾值和吸光度，試驗結果見表1。
? ? ? 可見粉末活性炭的吸附作用在1?h內基本完成。
1．4?投加方式及投加量的確定
? ? ? 為了選擇最佳投加量范圍，通過試驗得到表2的數據(240目木質粉末活性炭)。試驗采用兩種投加方式，一種是炭粉與混凝劑同時投加，另一種是先投加炭粉，吸附數小時后再投加混凝劑。
試驗結果表明：
①?粉末活性炭和混凝劑的同時投加和先后投加均能明顯地提高混凝沉淀效果，其中同時投加效果更理想。
②?兩種投加方式對色度的去除效果都明顯，且穩(wěn)定。
③?先后投加比同時投加的除嗅效果好。
④?同時投加試驗的除藻效果較佳。
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)混凝工藝競爭去除有機物的問題。如果吸附與混凝競爭嚴重，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)勢才能體現出來。有一點需指出，吸水井投加可能會對水泵的葉輪、水封部件等產生不良影響。
②?混凝前端投加
? ? ? 若在混凝前端投加，理論上認為投加混凝劑后，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所處的位置即為最佳投加點。在該點投加既可在一定程度上避免競爭吸附，又可使絮體對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爭問題，應該是粉末活性炭發(fā)揮作用的最佳位置。但應該注意粉末活性炭進入濾池后會堵塞濾料層，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象，而且吸附時間將難以保證。
因此，在實際1：程中需要預先做模擬靜態(tài)選炭試驗，模擬實際工藝過程的原水水質、工藝特點、水力條件并對試驗結果進行技術、經濟比較后再確定投加點。
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2?應用中的關鍵問題
①?根據水廠原水水質狀況，特別是有機物分子質量的分布狀況來確定炭種；
②?根據水廠的實際水質情況確定合理的投加量；
③?根據水廠的生產工藝，確定合適、合理的投加點，解決粉末活性炭與混凝劑吸附競爭的矛盾，提高吸附效率；
④?解決粉塵污染、勞動強度大、工作環(huán)境惡劣等問題；
⑤?精確制備粉末活性炭懸乳液。
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3?工程應用實例
? ? ? 廣州市自來水公司石門水廠采用了粉末活性炭工藝。
3．1?投加工藝
? ? ? 石門水廠的產水量為75?X?10?m4?／d，采用濕式投加法。由于水源水質受到嚴重污染，需要24?h不問斷投加粉末活性炭。石門水廠的投加系統自動化程度較高，工藝流程見圖1。
石門水廠的主要工藝參數：炭漿濃度≤5％；投加量為5～12?mg／L；炭粉粒徑為325目；投加點于取水泵站吸水井處；脈動氣力輸送裝置輸送炭粉能力為1．0?m3?／h；除塵器處理風量為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的工作流程如下：
①?操作工人往溶解池內注入半池清水；
②?把袋裝粉末活性炭搬運到脈動氣力輸送裝置的倒料口；
③?打開倒料口與脈動氣力輸送裝置的貯料倉之間的電動閥門，同時啟動除塵器；
④?人工拆包把一定量的炭粉倒入輸送裝置的貯料倉(拆包引起的飛揚炭粉通過除塵器吸走)，當活性炭分量達到要求后則關閉電動閥門；
⑤?啟動空壓機，往儲氣罐充氣，當儲氣罐內壓力達到0．7?MPa時開啟儲氣罐與脈動氣力輸送裝置之間的電磁閥，往輸送裝置的送料倉輸送壓力空氣；
⑥?打開送料倉的氣刀，通過氣刀的啟、閉將活性炭粉料和壓力空氣通過管道送進溶解池；
⑦?啟動攪拌機，將活性炭粉料制成懸乳液(進入溶解池的壓力空氣通過除塵器過濾后從溶解池內釋放出來)；
⑧?待炭粉輸送完畢后關閉氣力輸送裝置和除塵器，然后通過壓縮空氣將過濾后粘在除塵器濾料上的炭粉抖落回至溶解池中，完成后關閉空壓機，再往溶解池內注入清水，經過充分攪拌后，制成質量分數為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進行投加并用螺桿輸送泵計量。
夢巖?at?2009-5-27?06:51:43
⑨?開啟螺桿輸送泵，把炭漿輸送到投加點進行投加并用螺桿輸送泵計量。
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3．2?工藝總結
①?石門水廠粉末活性炭投加系統工藝合理、自動化程度較高，在國內較為先進。
②?脈動氣力輸送裝置降低了工人的勞動強度，改善了工作環(huán)境。
③?采用可調定子式螺桿泵輸送粉末活性炭懸乳液是成功的，但國產螺桿泵必須進一步提高產品質量。
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仍存在以下不足：
①?采用人工拆包，工人的勞動強度大。
②?由于生產粉末活性炭的廠家良莠不齊，曾發(fā)生過炭粉中的石塊堵塞輸送管道的事故。
③?脈動氣力輸送裝置安裝在地下，維護檢修較為困難。
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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、出水水質情況。
石門水廠投加粉末活性炭后達到了預期效果：
①?對有機物的去除率較高，水體中的膠狀物質含量減少，表面粘度下降。
②?有利于絮凝體的架橋，改善了絮凝體的結構。
③?使出廠水濁度、色度、CODMn?嗅閾值大幅度下降。當粉末活性炭投量達到10?mg/L時，與常規(guī)工藝相比，對CODMn?的去除率可提高20％?一30％?。
可見對于微污染源水，在常規(guī)處理工藝的基礎上投加粉末活性炭是一種非常有效的處理措施，將使出廠水水質以及口感大大改善。
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4?經濟分析
? ? ? 以石門水廠采用木質粉末活性炭為例，炭粉的價格約為5000元／t，若不考慮設備折舊和人力成本，當投加量為5—12?mg/L時則增加直接生產成本為0．025—0．06元／m?。如果考慮設備折舊(按照15年計算)和人工費用等則總成本為0．08—0．1元/m3?。如果不考慮自動投加則設備成本會下降。
在水廠的日常生產運行管理中，應加強對源水的監(jiān)測，以根據源水的變化合理優(yōu)化調節(jié)粉末活性炭的投加量，有效控制生產成本。
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5?結語
? ? ? 目前，國內活性炭自動投加系統還處于研制、開發(fā)階段，其中粉末活性炭輸送裝置為系統的核心設備，國外已有成套設備，而國內廠家的產品尚未成熟，這成為制約活性炭吸附技術應用的瓶頸之一。粉末活性炭吸附技術作為改善出水水質的措施，特別是應對突發(fā)性源水污染的應急措施，運行方式靈活，投資相對較小，效果明顯，具有很好的應用前景。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 廣州追遠電氣機械有限公司技術部
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