活性炭吸附过滤工艺

活性炭吸附过滤工艺

    随着我国农村地区大量农药、化肥的使用以及乡镇企业大量污水未经处理直接排放,部分工业及农业废水中的有毒有害污染物质不可避免地可能会从各种途径进入饮用水水源,农村水环境已受到不同程度的污染,这些污染物主要包括浊度、有机物、氮磷、嗅味、三致物质、铁、锰等。这使得众多以前可作为农村饮用水水源的河流受到污染,成为微污染水,丧失了饮用水水源的功能和作用。全国饮水卫生调查表明,我国50%以上农村人口饮用水水质低于世界卫生组织提出的发展中国家分散式给水水质标准[1]。传统的净水工艺(混凝-沉淀-过滤-消毒)已不能有效的去除水中的污染物质。随着我国农村安全饮水解困工程的实施,有必要寻找适用于农村小规模微污染水处理的工艺,以解决目前我国的农村饮水不安全问题。
    1·试验设备及试验原水
    根据实地(武汉周边)农村微污染水源的调查和分析,东湖水的各项水质参数与微污染水相似[2]。由于试验采取连续运行方式,因此试验采用与农村微污染水相近的东湖水与自来水按1∶9比例混合后的水作为试验原水,并向其中投加泥沙以提高原水浊度。以混合后的微污染水浊度控制在12NTU左右,高锰酸盐指数(CODMn)控制在15 mg/L左右作为控制指标。试验选择聚合氯化铝(PAC)作为混凝剂,因为作为高分子铝盐混凝剂,其效果优于铁盐类混凝剂与其他的铝盐类混凝剂[3]。试验设备采用武汉武大云水工程技术有限公司研制的多腔压力式一体化净水器(图1),净水器共分3个腔,从右至左依次编号为1号、2号与3号腔。该净水器水处理规模为10 m3/d。
             
    2·测试指标及分析方法
    依据《水和废水监测分析方法》[4],选择以下指标及分析方法进行测试:
    (1)CODMn测定采用高锰酸钾氧化法。
    (2)水中浊度测定采用Model 2100N Turbidimeter光电式浊度仪。
    3·试验数据及分析
    试验时1号腔装入纤维球进行助凝,2号腔装入中石英砂进行过滤,3号腔装入活性炭进行吸附过滤。试验共进行两个周期。
    3.1　第一周期试验
    浊度监测数据见表1,CODMn监测数据见表2。
         
    从图2可看出,在原水浊度变化幅度较大的情况下,2号腔(即石英砂滤罐)出水浊度随原水浊度变化而有一定的变化,但变化不明显,3号腔(活性炭滤罐)出水浊度则不随原水变化而变化,原因是经过2号腔石英砂过滤后,3号腔进水的浊度变化幅度较小,因此出水浊度相对稳定。
             
    从图3可看到,2号腔对浊度去除率的波动较大,原因可能是因为石英砂滤料去除浊度的原理是截留,但由于原水浊度变化较大,所以滤池的去除率相应波动较大。而3号腔出水浊度稳定,去除率也稳定且比较高,原因是试验初期,活性炭处于未饱和状态,对浊度有很高的吸附去除效果,且3号腔进水为2号腔出水,浊度经过滤罐去除后,已相对稳定且比较低,因此去除率受影响较小。
    从表1可以看到,净水器连续运行15 h左右,2号腔出水浊度接近3NTU,而连续运行24 h后,3号腔出水尚没有超过1NTU,因此可以看出,活性炭对浊度具有较好的吸附去除作用。
    由表2中数据可以做CODMn变化曲线及去除率曲线如图4、图5。
            
            
    从图4看到,原水的CODMn比两个出水都低,分析其原因可能是因为试验初期,石英砂滤料和活性炭本身存在的一些含C有机物质,在试验刚开始进行时会溶于水中,所以在初期会出现出水比进水高的原因。当试验进行到4 h后,滤料中有机物浓度降低,其溶解速度也减小,所以其曲线变正常。试验前10 h,出水CODMn一直在降低,10 h后,出水CODMn逐渐升高,到16 h后,出水CODMn接近或超过《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)所要求的3 mg/L,表明此时净水器需要进行反冲洗。
    从图5可以看到,石英砂滤料对CODMn的去除效果较差,去除率不超过30%,而活性炭对CODMn的效果则好得多,在活性炭吸附效果未饱和时,去除率都在80%左右。净水器连续运行到后期(16 h后),由于活性炭已饱和,所以对CODMn的去除效果迅速降低,需要对石英砂进行反冲洗,对活性炭进行再生。
    3.2　第二周期试验
    第二周期试验前对净水器进行反冲洗,反冲洗流量控制在40 m3/h。此次试验只监测原水与3号腔出水,不再监测2号腔出水。浊度监测数据见表3,COMn监测数据见表4。
            
    由表3作浊度去除率曲线如图6。
    从图6可以看到,净水器运行到6 h后,浊度去除率开始下降,运行到7 h后,出水浊度已升至2.1 NTU,通过分析浊度去除率曲线可以预计净水器再运行1~2 h后,出水浊度将超过《准则》要求的3 NTU。此次试验的运行周期相比第一次试验产生大幅度缩减。
             
    从表4可以看到,此次试验连续运行7 h后,进出水CODMn变化不大,净水器对CODMn的去除率只有10.91%。原因是活性炭对浊度的去除原理包括吸附与截留两个方面,而对CODMn的去除基本只通过吸附作用。由于反冲洗只能把石英砂反冲干净,而对活性炭的反冲只能冲掉其表面的泥沙等物质,故过滤器经过反冲洗后,对浊度的去除效果仍较好。但由于反冲洗对活性炭的再生作用比较小,因此第一次试验过程中吸附在活性炭内部的污染物质无法被移除,故活性炭在此次试验中基本丧失了其吸附功能,因此对CODMn的去除作用大大减小。
    5·结　语
    通过净水器的连续流过滤试验,可得出以下主要结论。
    (1)纤维球助凝-石英砂过滤-活性炭吸附过滤工艺在初期运行时对微污染水中浊度具有较高的去除率,浊度去除率达到80%以上,净水器连续运行24 h后,最终出水浊度仍小于1NTU。运行初期该工艺对CODMn有一定的去除率,其中石英砂滤料对CODMn的去除效果较差,但活性炭对CODMn的去除效果较好,净水器连续运行16 h后,出水CODMn超过《标准》要求,需要对净水器进行反冲洗。
    (2)该工艺对微污染水中浊度具有较高的去除率,且活性炭的再生与否对浊度去除的效果影响不大。而活性炭的再生与否对CODMn的去除效果影响较大,主要是因为反冲洗只能冲掉活性炭表面的污染物质,而对于吸附于活性炭内部的洗染物质移除作用不大,无法恢复活性炭的吸附性能。
    总之,石英砂过滤-活性炭吸附过滤工艺对微污染水的净化效果较好,但是反冲洗并不能使得该工艺的净化效果得到有效恢复,因此该工艺只有在具有较好的活性炭再生方法的情况下,才可以用于微污染水的净化处理。
活性炭吸附过滤工艺