臭氧生物活性炭處理工程是給水深度處理最常用的技術(shù)工藝。從該工程運行的各項費用可知，活性炭占其比重較大，因此選擇合適的活性炭，以取得技術(shù)與經(jīng)濟整體利益的最優(yōu)化對于水廠(chǎng)生產(chǎn)運行尤為重要?；钚蕴糠N類(lèi)多、性能差異較大，因此活性炭的合理選擇成為了我國水廠(chǎng)目前普遍面臨的一個(gè)問(wèn)題，此外還包括活性炭的失效評判標準、使用壽命等問(wèn)題。

除強度、水分等指標外，選擇活性炭的更重要指標是吸附性能，其與活性炭使用壽命、費用和出水水質(zhì)等息息相關(guān)。通常，碘吸附值、亞甲基藍吸附值可作為活性炭表面微孔數量的表征，但不能完全反映活性炭處理水中有機物的能力，并且隨著(zhù)活性炭使用年限的延長(cháng)，碘值、亞甲藍值等反應吸附性能的指標會(huì )逐漸弱化。因此，在使用活性炭之前，結合具體水質(zhì)對活性炭進(jìn)行靜態(tài)吸附、動(dòng)態(tài)穿透等試驗顯得十分重要。如能對水中有機物分布、活性炭表面性質(zhì)進(jìn)行更精確、微觀(guān)的分析，根據當地目標水質(zhì)要求確定選型，將更有助于水廠(chǎng)選炭。

上海早在十五期間就已經(jīng)開(kāi)展了臭氧-生物活性炭深度處理工藝研究，本文以楊樹(shù)浦水廠(chǎng)36萬(wàn)m3/d的深度處理示范工程為例，針對臭氧活性炭深度處理工藝運行管理中的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行總結和研究，提出相應的運行管理建議。

楊樹(shù)浦水廠(chǎng)36萬(wàn)m3/d的臭氧生物活性炭深度處理示范工程自2002年開(kāi)始建設，2007年底完工并啟動(dòng)調試，至2008年9月調試完成交付使用。建設前期，臭氧生物活性炭深度處理技術(shù)在上海水廠(chǎng)的應用并不廣泛，經(jīng)驗并不豐富，因此保守選擇了較高吸附指標的活性炭。為了進(jìn)一步比較不同種類(lèi)的活性炭在生產(chǎn)運行中的去除效果，選用了原煤破碎炭，柱狀破碎炭和壓塊破碎炭這三種不同種類(lèi)的活性炭，從活性炭吸附性能、機械強度和水質(zhì)處理效果等多方面進(jìn)行系統分析不同活性炭間的差異。

1 不同種類(lèi)活性炭的應用效能比較

1.1 吸附性能對比

在當時(shí)活性炭應用還不是很廣泛的情況下，為了進(jìn)一步比較不同規格活性炭在生產(chǎn)運行中去除效果的差別，楊樹(shù)浦水廠(chǎng)選用了不同的碘值和亞甲藍值、不同規格的活性炭。作為對比試驗的活性炭吸附指標均較高，3種類(lèi)型炭的碘值都>1 000 mg/g。根據近年來(lái)水廠(chǎng)深度處理工藝的實(shí)踐經(jīng)驗可知，并非碘值和亞甲藍值越高，活性炭對水中有機物的去除效果就越好，這兩者并無(wú)必然的對應關(guān)系，如表1、表2所示。不同吸附值的顆?；钚蕴吭谕度脒\行初期的處理效果可能略有差異，但中后期的效果幾乎無(wú)差別。

由表1、表2可知，3格炭池中新炭的碘值都>1 000 mg/L，亞甲藍值約200 mg/L，運行2年后，活性炭的碘值、亞甲藍值吸附指標均下降到了較低的程度，降幅約50%。使用2年后活性炭的碘值約500~600 mg/g，亞甲基藍值約100~110 mg/g。運行5年后的碘值和亞甲蘭值進(jìn)一步降低，碘值降到了約200 mg/g，亞甲基藍值<75mg/g。運行6年后的活性炭碘值基本比運行5年的活性炭降低約50 mg/g，運行7年多的活性炭碘值下降幅度逐漸減緩，僅比運行6年多的活性炭降低約20 mg/g。

總體而言，隨著(zhù)活性炭運行時(shí)間的延長(cháng)，碘值及亞甲基藍值均呈下降趨勢，運行初期的降幅遠大于中后期，說(shuō)明初期活性炭以吸附為主，而中后期的吸附作用減弱，此時(shí)以生物作用為主。

根據國內的使用經(jīng)驗，當活性炭碘吸附值≤600 mg/g時(shí)，表明活性炭的吸附性能很差，由此說(shuō)明在生物活性炭處理的中后期，吸附作用已不占據主導地位，以生物降解作用為主，但是炭池運行后期，活性炭對有機物的去除效果變化較小，如圖1所示。運行了已有7年時(shí)間的炭池高錳酸鹽指數去除率穩定在20%左右，且各炭池出水CODMn濃度仍在1 mg/L左右。因此僅采用碘值與亞甲藍值作為炭柱運行的控制指標是欠妥的，還應該考慮炭池出水水質(zhì)指標，進(jìn)行活性炭換炭或再生的判斷。

1.2 機械強度對比

活性炭的強度與活性炭的使用壽命有一定的關(guān)系，活性炭應保證足夠的機械強度，沖洗時(shí)耐磨損，損耗率較小。由表3可知，舊炭雖然使用了多年，但強度仍較高，高于國家標準規定的90%，使用年限對活性炭強度的影響不大。

表3 炭樣的強度對比

1.3 處理效果對比

1.3.1 耗氧量

由圖1還可知，在臭氧活性炭工藝運行初期，各炭池對CODMn的去除率均高達50%以上，此時(shí)活性炭濾池的運行主要處于吸附期。隨著(zhù)運行時(shí)間的延長(cháng)，活性炭吸附逐漸飽和，運行2年后，各炭池對CODMn的去除率均下降了30%左右，去除率約20%，此時(shí)生物活性炭濾池的有機物去除主要以生物降解作用為主。隨著(zhù)活性炭運行的時(shí)間延長(cháng)，炭池對有機物的去除效果變化較小。

1.3.2 UV254

活性炭的種類(lèi)和UV254去除效果并無(wú)對應關(guān)系，運行初期的柱狀破碎炭對UV254去除率最高，為65.12%;原煤破碎炭去除率最低，為53.49%。運行2年后，3個(gè)炭池UV254去除率范圍為26.6%~40.2%，原煤破碎炭去除率依然最低。運行5年后，3個(gè)炭池UV254去除率均在20%以下?？傮w而言，三種活性炭對UV254的去除效果差異性不是很顯著(zhù)，壓塊破碎炭對UV254的去除效果略?xún)?yōu)于其他兩種活性炭。

2 活性炭的失效判定指標探討

當活性炭使用目標是以吸附水中有機物污染物為主時(shí)，活性炭的失效指標以碘吸附值為主;當活性炭使用目標是以生物降解水中有機物污染物為主時(shí)，活性炭的失效指標以炭池出水特征水質(zhì)指標為主，以活性炭本身的粒度、強度指標為輔。目前判定活性炭失效主要是依據出水水質(zhì)、取樣檢測等方法，每一種方法都要在保證出水水質(zhì)合格的前提下進(jìn)行。

2.1 水質(zhì)目標判據

活性炭濾池通常處于水處理工藝的后端，活性炭濾池出水應設置質(zhì)量控制點(diǎn)，對出水渾濁度、pH值、氨氮、高錳酸鹽指數、溴酸鹽和微生物指標等進(jìn)行監測，當活性炭不能保證合格的出水水質(zhì)時(shí)，可判定活性炭失效?；钚蕴渴У脑u價(jià)指標應主要以處理后水質(zhì)能否穩定達到水質(zhì)目標為依據，并考慮活性炭剩余吸附能力是否適應水質(zhì)突變的情況?；钚蕴繛V池高錳酸鹽指數去除率<15%，或出廠(chǎng)水三鹵甲烷指標與常規處理相比下降率<30%，或出廠(chǎng)水水質(zhì)指標無(wú)法達到本公司內控標準時(shí)，應考慮部分或全部更換新炭、再生。目前我國大部分凈水廠(chǎng)采用以出水水質(zhì)為依據來(lái)判斷是否需換炭，這種方法簡(jiǎn)單易行且相對可靠，但也存在出水水質(zhì)不合格的風(fēng)險。在沒(méi)有更好的方法取代它之前，建議采用此種方法。

2.2 性能指標判據

定期檢測炭池內活性炭的碘吸附值、亞甲基藍吸附值、粒度、強度等指標。當其數值低于某一限定值時(shí)，就需換炭。就楊樹(shù)浦水廠(chǎng)活性炭而言，在使用多年后強度依然較高，各格炭池中的活性炭強度都≥95%，且粒度集中在12×40目，炭池運行過(guò)程中未出現堵塞現象。因此，從活性炭粒度、強度指標角度分析來(lái)看，各格炭池仍可繼續使用。

2.3 目標污染物判據

在試驗期間臭氧活性炭出水各項水質(zhì)指標均達標，活性炭更新時(shí)機的選擇目前在國內沒(méi)有定論，大部分水廠(chǎng)的活性炭池已連續運行3~7年，對耗氧量的去除率維持在20%~30%，出水耗氧量能夠滿(mǎn)足<3 mg/L的標準?；钚蕴康淖铋L(cháng)使用時(shí)間已達7年以上，大部分水廠(chǎng)之所以未進(jìn)行再生或換新炭，是由于臭氧生物活性炭仍具有一定的去除污染物作用，且深度處理出水水質(zhì)達到GB 5749—2006的要求。但當原水水質(zhì)波動(dòng)較大，存在突發(fā)性的污染物時(shí)，如藻類(lèi)爆發(fā)時(shí)產(chǎn)生的嗅味問(wèn)題，此時(shí)老炭對目標污染物的去除及抗沖擊能力如何就顯得非常重要。因此，建議各地結合實(shí)際，根據水源水質(zhì)以及監控目標差異，可選擇嗅味、抗生素、農藥以及標準外消毒副產(chǎn)物等作為更換活性炭的依據，對目標污染物進(jìn)行監測，實(shí)現從供“合格水”向“高品質(zhì)水”的轉變。

3 活性炭池運行與管理探討

3.1 監測

a)定期檢測炭池進(jìn)出水的CODMn、UV254、微型動(dòng)物每月1~2次，確保出廠(chǎng)水水質(zhì)指標滿(mǎn)足公司內控標準的要求。當已出現微型生物泄漏且影響出水水質(zhì)時(shí)，應停運生物活性炭濾池并查找原因，必要時(shí)應采用次氯酸鈉溶液浸泡石英砂濾池，高濃度臭氧水浸泡活性炭濾池，經(jīng)沖洗合格后再投入使用。

b)每年應測定1次活性炭濾池主要運行參數，包括：各組濾池活性炭層高度、濾速、沖洗強度、膨脹率等。每年應做1次濾層抽樣檢查，同類(lèi)型的炭濾池(活性炭使用情況基本相同的炭濾池屬于同類(lèi)型炭濾池)抽檢率不應低于20%，對活性炭碘值、強度、粒徑等指標進(jìn)行檢測，防止粒度、強度不斷減小導致的跑炭和堵塞濾池現象。

3.2 反沖洗

生物活性炭應保持一定的生物量，頻繁的反沖洗不利于生物生長(cháng)，活性炭濾池沖洗周期應根據水頭損失、濾后水渾濁度、微生物和運行時(shí)間確定，不同水源、不同季節生物活性炭沖洗周期不同，冬季沖洗周期一般為5~7 d，夏季一般為3~5 d。當活性炭濾池出現下列情況時(shí)，宜加大沖洗強度、增加沖洗頻率或延長(cháng)沖洗時(shí)間保證沖洗效果。

a)沖洗過(guò)程中發(fā)現表面炭層板結。

b)活性炭濾池水頭損失過(guò)大。

c)沖洗后，出水渾濁度高于控制值。

d)沖洗后，初濾水渾濁度高于控制值，此時(shí)初濾水應停止回用。

3.3 活性炭更新與再生

活性炭是否繼續使用主要依據活性炭是否破損、是否影響過(guò)濾。如耗氧量去除率<15%，則不需要全部換炭，換部分炭即可。當發(fā)現濾池炭層凹陷時(shí)，應立即停池并檢查漏炭原因，如濾頭是否損壞、沖洗是否跑炭、濾板結構是否損壞等。當濾料損失率>10%時(shí)，應補炭至炭層設計厚度。

當活性炭失效后，應根據活性炭新炭采購價(jià)格、舊炭再生工程費用和活性炭更新周期，確定采取全部更換新炭或全部再生恢復吸附效能的方案。也可以考慮部分再生或部分更換新炭的可行性。當炭池需更換新炭時(shí)，建議選用8×30目柱狀破碎炭或壓塊破碎炭，碘值大于900 mg/g。根據近些年再生炭以及其他吸附指標活性炭的應用實(shí)踐，選用碘值900 mg/g或950 mg/g的顆?；钚蕴吭谕度脒\行初期的處理效果比碘值大于1 000 mg/g的活性炭要略微差一些，但運行到中后期對有機物的去除效果幾乎沒(méi)有差別。當考慮活性炭再生時(shí)，宜選用8×30目柱狀炭或壓塊炭進(jìn)行再生，不宜選用原煤破碎炭和12×40目的顆粒炭進(jìn)行再生，易造成再生完的炭粒度和強度過(guò)小，從而導致運行過(guò)程中跑炭和堵塞濾池現象的發(fā)生。

3.4 活性炭全生命周期管理

水廠(chǎng)建立活性炭應用檔案，從選用、失效、更換等活性炭全生命周期進(jìn)行優(yōu)化運行、科學(xué)管理，真正做到活性炭應用的流程化、標準化、精細化，實(shí)現節能降耗、優(yōu)質(zhì)供水。

編輯札記

安全供水、提高飲用水品質(zhì)已成為全球范圍內共同關(guān)注的話(huà)題?；钚蕴课阶鳛榻o水深度處理的重要手段，因其高效吸附性和經(jīng)濟性而被廣泛應用。研究活性炭選型、失效判定及運行管理，對于水廠(chǎng)深度處理改造是一個(gè)重要課題，能進(jìn)一步發(fā)揮活性炭在給水深度處理中的作用，從而早日實(shí)現優(yōu)質(zhì)飲用水目標。