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1、1粉末活性炭吸附技术处理源水臭味的应用研究粉末活性炭吸附技术处理源水臭味的应用研究更新时间：09-9-17 15:41 摘要：摘要：随着水资源日益紧缺、水质恶化，原水嗅味问题成为我国自来水厂迫切关注的水质问题。本研究对北京市地表水水源突发嗅味问题进行了较为全面的分析，确定2MIB 为水体主要致嗅物质。常规工艺不能有效解决嗅味问题，采用粉末活性炭可以有效地吸附嗅味物质，经试验研究及运行验证， 在原水 2-MIB 浓度 100ng/L 以上的条件下，可将出厂水 2-MIB 浓度控制在 10ng/L 以下，解决了因嗅味引起的用户投诉。关键词：关键词：嗅味；2-MIB；粉末活性炭；常规处理；引言引言随
2、着生活水平的提高，人们对饮用水的质量提出了更高的要求。合乎需要的饮用水必须拥有良好的视觉、嗅觉和味觉。水的感官性状是人们对饮用水质量的直观判断，是评价水质的重要依据。感官性状指标包括：水的色度、嗅味、和混浊度 1。而嗅和味是人类评价饮用水质量的最早的参数，因为它能被饮用者最直观地判断 2。饮用水中出现令人讨厌的气味是一个全球性的问题，在美洲、澳洲、欧洲、非洲和亚洲的饮用水中普遍存在异味问题，国外在饮用水中嗅味研究方面起步早，在嗅味分析检测方法，水源地污染源种类及其成因和去除技术研究方面都取得了很多成果。早在 1993 年，日本便规定了采用粉末活性炭处理 2-MIB 和 Geosmin 浓度为
3、20ng/L，活性炭滤池出水浓度为 10ng/L3。在给水厂处理嗅味的常用方法有粉末炭吸附和臭氧氧化。第九水厂原水取自密云水库。随着水库蓄水量的逐年减少，水库富营养化程度加剧，在 2002 年 9 月曾经发生局部水华现象，出厂水嗅味一度达到一级，用户反映强烈。后经试验研究，确定了高锰酸钾预氧化技术去除嗅味，出厂水基本无味，用户反映有所缓解。2005 年 8 月，自来水公司陆续接到用户投诉，并有上升趋势，虽经提高高锰酸钾投药量，仍不能彻底解决管网水嗅味问题。为此，第九水厂采用粉末炭与活性炭滤池联用技术对饮用水中嗅味开展处理研究，同时，与高锰酸钾和臭氧预氧化进行技术比较，最终确定了粉末炭吸附工艺并
4、建立应急处理方案，改善了出厂水水质。1 原水嗅味问题原水嗅味问题1.1 原水藻类分析原水藻类分析2富营养化水体发生异嗅的藻类和放线菌在新陈代谢过程中产生的发臭物使水体产生异嗅 2。通过对密云水库长期监测，发现藻类高发期为春秋两季，尤以秋季最高。见图 1。同样嗅味投诉事件的出现也具有一定的规律性，春秋季节多发，且秋季尤其明显。由图 1 可见虽然 2002 年藻类总数较 2004 年少，但由于蓝藻数量占藻类总数的 30%以上，引起了出厂水嗅味问题。而 2004 年 9 月藻类以硅藻为主，占 77%，蓝藻占 19%。在工艺中通过提高高锰酸钾投加量，提高加药量强化混凝沉淀工艺后，便可控制出厂水嗅味，用
5、户投诉很少。2005 年由于改变藻类的监测方法，藻类总体数量较往年下降了 4 倍左右。根据对密云水库藻类品种的分析可以发现在蓝绿藻衰退后和上升阶段，用户嗅味反映最强烈，与相关研究成果规律相同 2、6。1.2 水库原水中的嗅味物质分析水库原水中的嗅味物质分析目前，已被查明的致嗅物质主要是 2-MIB（二甲基异莰醇）和 Geosmin（土臭素）。为更好的应对原水嗅味问题，通过对水库水中嗅味物质进行分析，发现原水 2-MIB 为主要3致嗅物质 6。取水库原水经 SDE 富集后，通过 GC-MS 进行定性和定量分析，结果如表 1所示。国内对嗅味物质无量化标准，参考日本饮水标准，嗅味物质 2-MIB、G
6、eosmin 应达到10ng/L 以下；法国相关资料认为当 2-MIB 浓度在 5ng/L 时便会产生 2 级嗅阈值 3，因此对 510ng/L 的嗅味物质含量人便可感知。由表 1 可以确定，2005 年原水 9 月初水库原水 2-MIB 浓度高达 100 ng/l 以上，Geosmin 浓度较低，水库水致嗅物质以 2-MIB 为主，高出日本标准 10 余倍。2-MIB 经过九厂常规活性炭对 2-MIB 的处理未能达到 10ng/L 以下，本年度出厂水和管网水主要致嗅物质为 2-MIB，Geosmin 对出厂水嗅味贡献较小。 2 主要处理技术与效果评估主要处理技术与效果评估2.1 常规常规活性
7、炭活性炭处理流程对处理流程对 2-MIB 的去除效果的去除效果第九水厂设计供水能力 150 万 m3/日，分三期建设，水处理工艺均为常规加活性炭深度处理工艺。一期原水为回流水和密云水库水：机械加速澄清池、煤砂虹吸滤池和活性炭滤池。二、三期处理水库水：波形板反应沉淀池、气水反冲煤滤池、炭滤池。全厂生产工艺流程如图 3 所示：4由于 2005 年 9 月初期，用户对嗅味的反映主要集中在一期供水范围，便对一期各生产环节进行嗅味物质检测。见表 2。发现，混合了回流水的一期进水中 2-MIB 浓度高达 280 ng/l。由于生产回流水包括污泥上清液和反冲排水上清液，两水源中浓缩了较高浓度的嗅味物质，活性
8、炭滤池难以全部吸附处理，导致出厂水嗅味浓度较高。原水经过混凝沉淀、过滤等常规水处理单元时对 MIB 去除效率低 54。通过高锰酸钾预氧化、调整混凝药剂的投加量，很难将溶解性的嗅味物质去除。虽然经过活性炭工艺的吸附，水厂常规活性炭工艺对对 2-MIB 等嗅味物质去除率达到 90，但仍不能达到将炭后水 MIB 降到 10ng/l以下的满意效果 3。2.2 回流水质对原水水质的影响回流水质对原水水质的影响 通过表 2 看出，混合有回流水的一期进厂水，嗅味物质浓度增加幅度非常大，说明反冲水中含有高浓度的 MIB。由于反冲洗排水约 90的上清液回流至配水井，占一期处理水量的10以上，因此研究回流水中嗅味
9、物质的变化规律有重要的意义。5由于一期进水嗅味物质比原水浓度高将近一倍，再次对炭池反冲洗排水进行检测，结果如表 3 所示。反冲初始 2-MIB 浓度较高，说明水冲也可以起到释放活性炭吸附的污染物，恢复部分炭吸附能力的作用。基于分析结果，决定将炭池反冲周期由原 6 天一次缩短到 3天一次，缓解由于炭吸附饱和后的嗅味穿透。由表中数据可以看出，污泥上清液较回流水中嗅味物质含量低，是否与污泥停留时间较长，受到微生物的降解有关有待进一步研究。2.3 粉末粉末活性炭活性炭应急处理方案研究应急处理方案研究2.3.1 处理水中嗅味物质技术方案比选臭氧预氧化技术应用于改善饮用水的嗅味，去除色度和农药等有机污染物
10、，但由于设备庞大，耗电量高在国内较少使用。针对嗅味物质进行臭氧氧化试验，臭氧投加量最高2mg/L。由图 4 可以看出，预臭氧对 MIB 和 geosmin 的去除效率较低，在预臭氧投量达1.5ppm 条件下，MIB 和 geosmin 仅能去除 25左右。从试验结果和设备购置周期的角度分析，臭氧氧化技术不宜作为应急技术方案。6高锰酸钾预氧化技术是第九水厂 2002 年开始使用，经上述对进厂水嗅味物质分析结果证明，此项技术已不能满足 2005 年秋季的水质处理要求。粉末活性炭是一种具有多孔结构、巨大比表面积和吸附能力的粉状炭。通常采用碳源丰富的木材、煤、骨等材料制成。投加粉末活性炭是饮用水处理中
11、常用的手段之一，具有悠久的历史，技术成熟。早在 1927 年，美国便采用粉末炭去除水中的苯酚，80 年代，有近200 家水厂使用粉末炭控制嗅味。我国在 1967 年便使用活性炭脱色去味，在日本粉末炭的应用更为广泛。粉末炭对于饮用水中大部分有机污染物、有机臭味物质的去除具有广泛适用性。同时，粉末活性炭由于使用方便，可以根据饮用水嗅味的实际情况决定短期或应急措施处理藻类爆发期的嗅味问题。粉末活性炭直接投加到水中，与有机污染物吸附后，可经混凝沉淀和过滤分离出来 4、5。由此，确定采用粉末活性炭作为处理九厂嗅味问题的应急处理措施。2.3.2 粉末炭选型在粉末炭选型时，煤质活性炭比木质炭更易沉降，而且价
12、格便宜。根据九厂在用的颗粒活性炭指标确定了粉炭指标参数，粒径为 200 目。通过对两家炭厂生产的煤质粉末炭进行嗅味物质吸附试验，发现相同指标的 SX 炭效果较优，高浓度吸附效果比 NX 炭显示出更强的优势。随着吸附时间的延长，两种炭的差异逐渐缩小，见图 52.3.3 确定粉末炭投加点粉炭投加点可设在水源处、混凝前和滤池前 7。通过进行粉末炭对不同嗅味物质吸附动力学试验曲线，可以看出 MIB 需要较长时间进行吸附才能达到平衡。虽然粉末炭对这些痕量目标化合物的去除主要在 1 小时之内的吸附，之后的吸附速率有所降低，但如有条件延长吸附时间将会使嗅味物质浓度进一步降低，提高吸附效率，见图 6。据此，九
13、厂应考虑在密云取水站投加，以延长粉末炭对嗅味物质的吸附时间。72.3.4 确定粉末炭投加量针对原水 2-MIB 含量进行投加量试验，并进一步验证接触时间、炭选择试验结果，如图 7，图 8。8由图 7、图 8 可以看出，为保证充分利用 PAC 的吸附能力，延长 PAC 在工艺中的接触时间是非常必要的；同样，与动力学结果一致，山西 PAC 吸附效果优于宁夏 PAC，但对 geosmin 的效果影响不大。MIB 和 geosmin 在天然水体中的去除率与其初始浓度无关，根据需要降低到的目标浓度，利用吸附特性曲线，计算出实际需要的 PAC 投加量。粉末炭投加量与嗅味关系试验图可知，在一个给定的粉末炭投
14、加量和吸附时间后，痕量嗅味物质的去除率与开始浓度无关，必须考虑过量投加。经试验 15mg/l 与 20mg/l 粉末炭的处理效果相当，投加量确定15mg/L，见图 9。净水药剂采用聚合氯化铝，投加率 20mg/L，即使在粉末炭投量稍少的情况下嗅味仍为一级弱，去除嗅味效果稳定。以上试验表明，采用 15 mg/L 的 SX 粉末活性炭，投加点置于密云取水站，经过 18 小时长距离管道吸附输送到净配水厂，净水药剂投加率 20 mg/L 提高沉淀效果，确定了对原水主要致嗅物质 2-MIB 的初步技术参数。2.4 粉末炭中试试验结果粉末炭中试试验结果为考察投加粉末炭对后续处理工艺-滤池的影响，进一步开展
15、了中试运行试验。结果证明粉末炭与适当的混凝剂使用对后续工艺影响不大，在滤池过滤后嗅味即可降低到一级弱或无，效果非常明显。即使滤后出水含有较低浓度嗅味物质也会被活性炭滤池吸附，进一步提高水质。中试试验条件：水量：5m3/h 连续运行采用进厂水为试验原水，原水中已投加高锰酸盐复合剂 1.2mg/L混合池：将粉末活性炭制成乳液后再进行投加，投加率 15mg/L；PACL20mg/L；接触时间30sec9反应时间：10min，三级机械搅拌沉淀时间：60min实验结果：如图 10、图 11 所示，原水投加 15mg/L 的粉末炭，经沉淀过滤工艺去除对嗅味和UV254 去除效果非常明显，平均煤后嗅味去除率
16、达到 80%；UV254 达到 50%以上。图 12显示了适合的净水药剂投加量，对加炭原水浊度去除效果达到 70%，煤池出水浊度可以控制在 0.2NTU 以下。10任何技术方案的实施，都必须对现有水厂生产工艺不能有过大的扰动。滤池的滤程和出水浊度是直接关系到技术参数的可靠性和可实施性。由图 13 可见，投加粉末炭与未加试验条件对照，虽然对滤池滤程无缩短的影响，相反有延长的趋势。通过加药絮凝过程，炭颗粒与药剂形成絮体的颗粒比一般絮体比重大，有利于沉淀。根据滤池水头损失增长趋势来看，达到 36 小时反冲周期的可能性很大。因此投加粉末炭对滤池滤程和出水浊度无明显负面影响，建议生产中投加 15mg/L 粉末炭，净水药剂 PAC20mg/L。2.5 粉末粉末活性炭活性炭的生产应用与实际效果的生产应用与实际效果2.5.1 粉末炭的投加粉末活性炭可采用干法和湿法投加两种方式。干法投加利用水射器将粉末炭投入水中，湿法投加则将粉末炭配成乳液加注。由于时间紧迫，没有条件购置溶炭搅拌和加药设备实现湿法投加，在应急生产应用中利用水射器将粉末炭与水混合制浆后，加入原水输水管路，见图 1
