摘要：介紹了粒狀活性炭在飲用水處理中的應(yīng)用、所起的作用以及活性炭工藝對(duì)原水的處理效果，同時(shí)也對(duì)活性炭的再生進(jìn)行了論述。實(shí)踐證明，活性炭工藝在飲用水的深度處理過(guò)程中起了重要的作用。
活性炭對(duì)水中有機(jī)污染物具有優(yōu)良的吸附作用，能有效除色，除味，去除水中微量有機(jī)氯及其產(chǎn)生的異嗅味。20世紀(jì)20年代初，國(guó)外就開始用粉狀活性炭去除水中的嗅和味，我國(guó)在20世紀(jì)60年代末期開始利用活性炭去除受污染水源水的嗅和味。北京市自來(lái)水公司在20世紀(jì)80年代初開始研究用粒狀活性炭處理地面水的色度和嗅味，首先在田村山水廠進(jìn)行了炭吸附試驗(yàn)，目前第九水廠、田村山水廠、城子水廠等的處理工藝中都采用了粒狀活性炭，提高了凈水效率，出廠水水質(zhì)優(yōu)良。
1 活性炭池的使用方式
① 用粒狀活性炭替換部分砂濾料，成為炭砂雙層濾料濾池。采用這種方式，凈化效果要優(yōu)于單層砂濾池，還可以減少反沖次數(shù)，降低反沖強(qiáng)度，但換炭比較困難，一般只作為應(yīng)急措施。瑞士某水廠有12個(gè)活性炭吸附池，其下層是0.5m的石英砂，上層為1.2m的活性炭，產(chǎn)水量為4000×104m3/a。
② 用粒狀活性炭替換全部砂層，即活性炭吸附兼過(guò)濾。法國(guó)的南希市水廠采用這種方式，炭層厚1.5m，主要用于去除水中的嗅味，處理能力為10×104m3/d。
③ 在砂濾池后建立獨(dú)立的活性炭吸附池，進(jìn)水經(jīng)砂濾后，再經(jīng)炭吸附池。這種方式能有效利用活性炭的吸附性能,，特別是在原水含鐵、錳時(shí)效果更為明顯。目前美國(guó)、荷蘭有不少水廠采用這種方式。
2 第九水廠現(xiàn)有工藝對(duì)原水的處理效果
北京市第九水廠一期工藝流程見圖1。
水廠現(xiàn)有炭池72座，單池面積96m2，炭層1.5m，產(chǎn)水量為150×104m3/d。以密云水庫(kù)水為水源，其特點(diǎn)是水質(zhì)良好，含顆粒物較少，濁度通常在 5NIU以下，色度在5~15度，水溫在2~18℃，屬低溫、低濁、低色的水庫(kù)水，含少量有機(jī)物和藻類。由于采用氯消毒，幾乎所有水生天然有機(jī)物都可能在消毒過(guò)程中被氯化生成氯化烴類物質(zhì)，其中主要是三氯甲烷化合物。若水中有酚類存在時(shí)，還能產(chǎn)生氯酚，另外還會(huì)產(chǎn)生鹵乙酸（HAAs）、鹵乙氰等鹵代有機(jī)物，它們比原物質(zhì)具有更大的毒性。活性炭能有效地去除水中的這些有害物質(zhì)（見表1）。
表1 活性炭對(duì)三鹵甲烷、鹵乙酸的去除效果
| 使用時(shí)間/月 | 三鹵甲烷 | 鹵乙酸 | ||||
| 炭前/（μg·L-1） | 炭后/（μg·L-1） | 去除率/% | 炭前/（μg·L-1） | 炭后/（μg·L-1） | 去除率/% | |
| 2 | 18.4 | 11.5 | 37.5 | 9.8 | 2.5 | 74.5 |
| 10 | 38.7 | 32.6 | 15.8 | 23.6 | 8.3 | 64.8 |
| 24 | 39.3 | 35.6 | 9.4 | 24.3 | 10.9 | 55.1 |
| 29 | 41.2 | 36.3 | 11.9 | 18.9 | 11.1 | 41.3 |
可以看出，剛使用時(shí)，活性炭對(duì)三鹵甲烷的去除率為37.5%，對(duì)鹵乙酸的去除率為74.5%。隨著活性炭使用時(shí)間的延長(zhǎng)，去除率有所下降。另外，也可以看出活性炭對(duì)鹵乙酸的去除效果比三鹵甲烷好。水廠各工藝對(duì)原水的處理效果見表2。
表2 第九水廠各工藝對(duì)原水的處理效果
| 檢測(cè)項(xiàng)目 | 密云水庫(kù) | 進(jìn)廠水 | 澄清池出水 | 煤砂濾池出水 | 活性炭濾池出水 |
| 濁度/NTU | 5.0 | 5.0 | 0.38 | 0.18 | 0.16 |
| 色度/度 | 15 | 60 | 10 | ＜5 | ＜5 |
| 嗅味 | 土腥味二級(jí) | 土腥味二級(jí) | 土腥味二級(jí) | 土腥味一級(jí) | 土腥味一級(jí) |
| 氨氮（以N計(jì)）/(mg·L-1） | 0.28 | 0.06 | 0.02 | ＜0.02 | ＜0.02 |
| 亞硝酸氮（以N計(jì)）/（mg·L-1） | 0.017 | 0.010 | 0.003 | 0.003 | ＜0.001 |
| 高錳酸鉀指數(shù)（以O(shè)計(jì)）/（mg·L-1） | 2.01 | 2.01 | 1.29 | 1.24 | 0.92 |
| 藻類/（萬(wàn)個(gè)°L-1） | 814.0 | 331.5 | 17.6 | 4.1 | 1.2 |
可以看出，由于原水水質(zhì)良好，活性炭對(duì)濁度、氨氮的去除效果不是很明顯，濁度在澄清池去除達(dá)90%以上，氨氮在煤濾池已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。活性炭濾池對(duì)嗅味的去除十分有效，出水無(wú)嗅無(wú)味。炭濾池出水高錳酸鉀指數(shù)由進(jìn)廠水的2.01mg/L下降至0.92mg/L，去除率為20%以上。經(jīng)活性炭處理后對(duì)藻類的去除率在70%以上。
3 活性炭的再生
3.1 活性炭的吸附作用
活性炭的吸附一般分兩個(gè)階段。使用初期，由于存在大量的吸附位點(diǎn)，水中所有可吸附性的有機(jī)物均可被活性炭吸附，吸附作用明顯；隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，活性炭上的吸附位點(diǎn)減少，對(duì)有機(jī)物的吸附作用減弱，生物降解和轉(zhuǎn)化作用增強(qiáng)。2003年活性炭碘值和亞甲藍(lán)值的變化見圖2、圖3可以看出，隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，活性炭技術(shù)指標(biāo)不斷下降到一定程度將會(huì)影響處理效果，這從對(duì)TOC及CODMn的去除率可以看出(見圖4)。
從表1和圖4可以看出，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，活性炭對(duì)三鹵甲烷、鹵乙酸、T0C及CODMn的去除效果逐漸下降。通過(guò)測(cè)定，活性炭的碘值、亞甲藍(lán)值已達(dá)不到要求，應(yīng)考慮活性炭的再生。
3.2 活性炭的再生
日本采用活性炭池的水廠，一般均設(shè)有再生爐。目前第九水廠主要利用碘值和亞甲藍(lán)值作為判斷炭吸附終點(diǎn)的指標(biāo)，如果碘值≤600mg/g，亞甲藍(lán)值≤85mg/g對(duì)水的處理效果將有影響。該廠要求新炭的碘值≥850mg/g亞甲藍(lán)值≥130mg/g，要求再生炭碘值≥750mg/g，亞甲藍(lán)值≥100mg/g。
3.3 新炭、活性炭再生前后的碘值、亞甲藍(lán)值
表3是2003年5月對(duì)新炭、活性炭再生前后的碘值、亞甲藍(lán)值的檢測(cè)結(jié)果。
表3 活性炭再生前后的碘值、亞甲藍(lán)值
| 項(xiàng)目 | 碘值/（mg·g-1） | 亞甲藍(lán)值/（mg·g-1） |
| 新炭 | 970.1 | 146 |
| 再生前 | 552.7 | 84.6 |
| 再生后 | 761.2 | 120 |
試驗(yàn)證明，經(jīng)過(guò)再生后，碘值、亞甲藍(lán)值可以提高，且與活性炭再生前相比，耗氧量降低0.70~1.00mg/L，嗅味去除1~2級(jí)，藻類去除率也有所提高。
4 結(jié)語(yǔ)
① 活性炭深度處理工藝使水中的有機(jī)物含量、生物毒性降低，并且易于管理，可以保證出廠水的質(zhì)量。
② 活性炭在使用過(guò)程中要定期進(jìn)行監(jiān)測(cè),及時(shí)更換，一般換炭周期為兩年。另外，通過(guò)對(duì)炭池出水的高錳酸鉀指數(shù)或TOC的檢測(cè)，若去除率降低也可考慮換炭。
③ 為提高飲用水的安全性，建議推廣使用活性炭濾池，其運(yùn)行方便靈活，費(fèi)用低廉，為出廠水滿足日益嚴(yán)格的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)起到了積極的作用，且具有廣泛的社會(huì)效益。
④ 活性炭作為一種優(yōu)良的吸附劑，廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，它的作用還將得到更好的發(fā)揮。