活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　飲用水廠活性炭更換，由于氣候變化，很多自然飲用水中存在天然有機物質增多。這些有機物能與氯結合形成致癌消毒副產物，促進水中的細菌再生，并產生顏色，味道和氣味，進一步影響飲用水的質量�；钚蕴窟^濾是許多飲用水凈化設施的步驟，可提高分布式水質的穩定性。

　　活性炭的更換改善飲用水過濾

　　介紹的飲用水處理廠有七個使用活性炭的過濾器，可從上游上流式快速砂濾器接收濾液。來自兩個大廳的水從兩個相反的方向進入七個過濾器中的活性炭(圖1)。過濾器中的介質由三層組成。使用來自飲用水廠的成品水每96小時進行過濾器的反洗，以洗掉吸附的絮凝物并限制過濾器上的生物生長。在活性炭沒有更換之前，所有過濾器都包含老化的活性炭(>3年)�？梢缘弥�，假設每個過濾器充當物理和生物過濾器，3年后活性炭幾乎沒有吸附能力，所以活性炭必須得定期更換。

　　活性炭過濾系統改進

　　我們研究了五個活性炭的過濾器，其中三個在實驗期間被改造(F4，F6和F7)，兩個作為沒改造的對比。由于在活性炭之前沒有采樣點，因此使用建立了一個數值模型，以計算進入每個過濾器的水量。這表明A室向過濾器F1，F6和F7供水，而B室則向過濾器F3，F4和Rf5供水。參考濾波器Rf2主要接收來自A室的水(來自A室的73%)。因此，將修改的濾波器F6和F7與參考濾波器Rf2進行比較，并將修改的濾波器F4與參考濾波器Rf5(圖1)進行比較。

　　圖1：連續上流砂濾器和活性炭平行下游過濾器的示意圖。深灰色框(F4，F6和F7)是經過改造的活性炭過濾系統，淺灰色框(Rf2和Rf5)是未改造參考活性炭。存在附加過濾器(F1和F3)。

　　在本研究的實驗過程中，活性炭的修改如下：在改進的活性炭濾器中，10%床層高度飽和活性炭被新的活性炭取代，該新活性炭浸泡在清水中24小時幾小時去除過濾介質中的任何吸附空氣。在改造過程中，改造后的過濾器不能運行，水流量增加到其他過濾器。為了避免在實驗期間破壞飲用水的總體供應，對不同的過濾器依次進行改造。使用新活性炭補充過濾器的過程大約需要40小時，其中包括以下步驟：

　　1.安裝液壓泵和噴射器，通過在過濾器周圍操縱抽吸軟管，從過濾器上除去頂層活性炭漿液。泵送時間與需要移除的活性炭質量成比例。

　　2.將浸泡過的新活性炭分配到舊過濾材料之上。分發時間與要更換的活性炭的質量成正比。

　　3.通過反復反沖洗過濾器，從新活性炭中消除黑色碳粉和灰分。由于高細顆粒，通常丟棄第一濾液。反洗時間與補充的活性炭質量成正比

　　4.在將過濾器恢復使用之前，通常要檢查生物水質。

　　新的活性炭具有微孔結構，因此預期有利于小有機化合物相對于較大的有機化合物的吸附。由于現有的活性炭和添加的活性炭具有相似的密度和大小，因此在反沖洗過程中它們會徹底混合，以便新的活性炭在整個活性炭過濾器中分布。重要的是，添加的活性炭密度與現有活性炭相匹配，并在整個濾器中均勻分布。不然過濾介質將不會徹底清潔，可能活性炭將在反洗過程中被沖洗掉。

　　圖2：改造后的(F6，F7和F4)和參考(Rf2和Rf5)過濾器中活性炭對有機物級分的去除效率。誤差棒表示通過誤差傳播計算的標準誤差(N=4)。

　　改進活性炭過濾器中有機物質的去除效率

　　活性炭對所有光學活性(吸收/發熒光)有機物和有機碳的總體去除效率如圖2所示。該圖上的誤差條表示由誤差傳播方法計算的標準誤差，并且對于熒光測量而言最小。圖2表明，與有機碳代表的較寬有機物池和不發熒光的UV吸收分數相比，本研究中的生物過濾器優先去除有機物組分。有機碳的相對低的去除表明大部分有機物池由非熒光部分組成，具有相對差的去除。然而，在活性炭補充后，包括有機碳在內的所有三種級分的去除均得到改善，表明對有機物去除具有積極的總體影響。由于沒有與新活性炭相關的生物去除，增加的去除最可能歸因于吸附到新的活性炭過濾材料上。

　　活性炭更換的經濟方面

　　從經濟角度來看，添加一層活性炭比再生或更換一整罐的活性炭更經濟。雖然改造活性炭過濾器有一些固定成本(例如管理和安裝時間，泵的采集和安裝，生物測試)，但大部分成本與將要更換的活性炭數量成正比，提取和分配泵的時間，反洗時間，運輸和處置成本)。生物活性炭系統的運營成本遠低于活性炭系統，估計節省約2-3倍，包括延長4-5倍的使用壽命。在活性炭生物過濾器中保持了90%的過濾介質，因此在新活性炭提高吸附的同時，生物降解繼續有助于有機物的去除。

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