活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　饮用水厂活性炭更换，由于气候变化，很多自然饮用水中存在天然有机物质增多。这些有机物能与氯结合形成致癌消毒副产物，促进水中的细菌再生，并产生颜色，味道和气味，进一步影响饮用水的质量。活性炭过滤是许多饮用水净化设施的步骤，可提高分布式水质的稳定性。

　　活性炭的更换改善饮用水过滤

　　介绍的饮用水处理厂有七个使用活性炭的过滤器，可从上游上流式快速砂滤器接收滤液。来自两个大厅的水从两个相反的方向进入七个过滤器中的活性炭(图1)。过滤器中的介质由三层组成。使用来自饮用水厂的成品水每96小时进行过滤器的反洗，以洗掉吸附的絮凝物并限制过滤器上的生物生长。在活性炭没有更换之前，所有过滤器都包含老化的活性炭(>3年)。可以得知，假设每个过滤器充当物理和生物过滤器，3年后活性炭几乎没有吸附能力，所以活性炭必须得定期更换。

　　活性炭过滤系统改进

　　我们研究了五个活性炭的过滤器，其中三个在实验期间被改造(F4，F6和F7)，两个作为没改造的对比。由于在活性炭之前没有采样点，因此使用建立了一个数值模型，以计算进入每个过滤器的水量。这表明A室向过滤器F1，F6和F7供水，而B室则向过滤器F3，F4和Rf5供水。参考滤波器Rf2主要接收来自A室的水(来自A室的73%)。因此，将修改的滤波器F6和F7与参考滤波器Rf2进行比较，并将修改的滤波器F4与参考滤波器Rf5(图1)进行比较。

　　图1：连续上流砂滤器和活性炭平行下游过滤器的示意图。深灰色框(F4，F6和F7)是经过改造的活性炭过滤系统，浅灰色框(Rf2和Rf5)是未改造参考活性炭。存在附加过滤器(F1和F3)。

　　在本研究的实验过程中，活性炭的修改如下：在改进的活性炭滤器中，10%床层高度饱和活性炭被新的活性炭取代，该新活性炭浸泡在清水中24小时几小时去除过滤介质中的任何吸附空气。在改造过程中，改造后的过滤器不能运行，水流量增加到其他过滤器。为了避免在实验期间破坏饮用水的总体供应，对不同的过滤器依次进行改造。使用新活性炭补充过滤器的过程大约需要40小时，其中包括以下步骤：

　　1.安装液压泵和喷射器，通过在过滤器周围操纵抽吸软管，从过滤器上除去顶层活性炭浆液。泵送时间与需要移除的活性炭质量成比例。

　　2.将浸泡过的新活性炭分配到旧过滤材料之上。分发时间与要更换的活性炭的质量成正比。

　　3.通过反复反冲洗过滤器，从新活性炭中消除黑色碳粉和灰分。由于高细颗粒，通常丢弃第一滤液。反洗时间与补充的活性炭质量成正比

　　4.在将过滤器恢复使用之前，通常要检查生物水质。

　　新的活性炭具有微孔结构，因此预期有利于小有机化合物相对于较大的有机化合物的吸附。由于现有的活性炭和添加的活性炭具有相似的密度和大小，因此在反冲洗过程中它们会彻底混合，以便新的活性炭在整个活性炭过滤器中分布。重要的是，添加的活性炭密度与现有活性炭相匹配，并在整个滤器中均匀分布。不然过滤介质将不会彻底清洁，可能活性炭将在反洗过程中被冲洗掉。

　　图2：改造后的(F6，F7和F4)和参考(Rf2和Rf5)过滤器中活性炭对有机物级分的去除效率。误差棒表示通过误差传播计算的标准误差(N=4)。

　　改进活性炭过滤器中有机物质的去除效率

　　活性炭对所有光学活性(吸收/发荧光)有机物和有机碳的总体去除效率如图2所示。该图上的误差条表示由误差传播方法计算的标准误差，并且对于荧光测量而言最小。图2表明，与有机碳代表的较宽有机物池和不发荧光的UV吸收分数相比，本研究中的生物过滤器优先去除有机物组分。有机碳的相对低的去除表明大部分有机物池由非荧光部分组成，具有相对差的去除。然而，在活性炭补充后，包括有机碳在内的所有三种级分的去除均得到改善，表明对有机物去除具有积极的总体影响。由于没有与新活性炭相关的生物去除，增加的去除最可能归因于吸附到新的活性炭过滤材料上。

　　活性炭更换的经济方面

　　从经济角度来看，添加一层活性炭比再生或更换一整罐的活性炭更经济。虽然改造活性炭过滤器有一些固定成本(例如管理和安装时间，泵的采集和安装，生物测试)，但大部分成本与将要更换的活性炭数量成正比，提取和分配泵的时间，反洗时间，运输和处置成本)。生物活性炭系统的运营成本远低于活性炭系统，估计节省约2-3倍，包括延长4-5倍的使用寿命。在活性炭生物过滤器中保持了90%的过滤介质，因此在新活性炭提高吸附的同时，生物降解继续有助于有机物的去除。

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