【热点聚焦】活性炭过滤在上海市饮用水处理中的应用
小编导读
本文调研了臭氧-活性炭深度处理技术在上海市饮用水处理中的应用现状，根据工艺流程，可分为常规处理+臭氧活性炭深度处理、臭氧-重力流活性炭前置工艺和臭氧-上向流活性炭前置工艺等三种主要工艺类型，其中活性炭滤池主要分重力流滤池和上向流滤池。通过实践经验，总结了活性炭滤池管理要点，并建议编制活性炭滤池运行管理技术规程，为上海市饮用水活性炭滤池的规范化、标准化和科学化管理提供技术依据。
上海作为国际化大都市，切实提高饮用水水质是供水企业的主要目标。截止2015年底，上海市供水规模1122万m3/d，中心城区15家水厂供水规模781万m3/d，区县21家水厂供水规模341万m3/d，全市最高供水量达1045万m3/d；上海市采用臭氧-活性炭深度处理工艺的水厂供水规模459万m3/d，占全市供水总规模的40.91%；其中，中心城区深度处理供水规模256万m3/d，区县深度处理供水规模203万m3/d，取用长江水源深度处理供水规模166万m3/d，取用黄浦江水源深度处理供水规模293万m3/d，取用黄浦江水源的水厂已全部实施深度处理工艺。上海市“十三五”供水规划明确规定要求全部采用深度处理工艺。本文针对活性炭过滤在上海市饮用水处理中的应用展开调查研究，旨在为上海市饮用水活性炭处理技术的发展提供技术支持。
上海市采用臭氧活性炭深度处理技术的水厂供水规模已超过供水总规模的40%。根据各水厂新建、扩建、改建的实际工程现状，臭氧活性炭深度处理技术在整个工艺流程中应用各有千秋，本文以实例说明，不同水厂的常规处理和臭氧活性炭深度处理组成的饮用水处理工艺流程的差异。
上海市应用常规处理+臭氧活性炭深度处理工艺的水厂包括以下五个：
（1）源江水厂：原水→臭氧预氧化→折板絮凝→平流式沉淀→V型滤池→臭氧氧化→活性炭过滤→加氯消毒→清水库→出水。
（2）杨树浦水厂：原水→臭氧预氧化→高效澄清池→V型滤池→臭氧氧化→活性炭过滤→加氯消毒→清水库→出水。
（3）南市水厂一期工程：原水→臭氧预氧化→高效澄清池→V型滤池→臭氧氧化→活性炭过滤→消毒接触池→清水库→出水。
（4）南市水厂二期工程：原水→臭氧预氧化→机械絮凝→斜管沉淀→V型滤池→臭氧氧化→活性炭过滤→消毒接触池→清水库→出水。
（5）临江水厂：原水→臭氧预氧化→高效澄清池→锰砂滤池→臭氧氧化→活性炭过滤→紫外消毒→加氯消毒→清水库→出水。
源江水厂处理工艺属于典型的常规处理+臭氧活性炭深度处理工艺流程，国内外大部分水厂采用这种工艺流程。杨树浦水厂、南市水厂一期、南市水厂二期、临江水厂的工艺流程与源江水厂基本相同，属于臭氧活性炭处理后置工艺。其不同之处在于，杨树浦水厂、南市水厂一期和临江水厂的混凝沉淀采用了高效澄清池，而不是传统的折板絮凝+平流式沉淀；南市水厂二期采用了机械絮凝+斜管沉淀的处理技术；杨树浦水厂与南市水厂一期工程的工艺流程的小差异在于，南市水厂一期增加了消毒接触池，有效提高了消毒安全保障水平；临江水厂与南市水厂、杨树浦水厂的工艺流程区别在于，锰砂滤池取代了石英砂滤池、增加了紫外消毒技术。
松江二水厂、青浦三水厂和闵行水厂，属于臭氧活性炭前置工艺，其主要特点是将臭氧活性炭处理技术置于过滤之前。松江二水厂和青浦三水厂采用了臭氧+上向流活性炭前置工艺，青浦三水厂则采用浸没式超滤取代砂滤；闵行水厂采用了臭氧+重力流活性炭前置工艺。具体流程工艺如下：
（1）松江二水厂：原水→絮凝反应池→平流-斜管组合沉淀池→臭氧氧化→上向流活性炭过滤→砂滤池→加氯消毒→清水库→出水。
（2）闵行水厂：原水→臭氧预氧化→混凝沉淀→臭氧氧化→活性炭过滤→V型滤池→加氯消毒→清水库→出水。
（3）青浦三水厂：原水→臭氧预氧化→高密度澄清池→臭氧氧化→活性炭过滤→浸没式超膜→加氯消毒→清水库→出水。
综合分析，以臭氧活性炭处理技术在整个工艺流程中的位置划分，上海市饮用水处理工艺可分为臭氧+活性炭后置工艺和前置工艺，前置工艺分为臭氧+上向流活性炭滤池前置工艺和臭氧+重力流活性炭滤池前置工艺。
根据工程应用的实践经验，无论采用哪种工艺类型，其工艺处理效果显著，出水水质均优于《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）。
活性炭滤池可分为重力流和上向流两种类型。重力流活性炭滤池与砂滤池过滤方式相同，上部进水，经过活性炭层和支撑层后自底部出水；上向流活性炭滤池自吸附池底部进水，原水向上流穿越支撑层和活性炭层，经过处理的水经活性炭层上部收集系统收集后出水。重力流和上向流两种类型的活性炭滤池各有自身的优势和劣势，其主要区别在于，上向流活性炭滤池由于活性炭滤料呈半流化状态，生物作用优于重力流滤池，对有机物含量略高的原水有较好的处理效果，且由于后续还有过滤工艺保证浊度的去除效果，因此对进水的浊度要求低于重力流滤池，适用于臭氧+活性炭前置工艺。重力流活性炭滤池同时具有生物作用和过滤作用，有较好的除浊效果，进水浊度要求较高，适用于臭氧活性炭后置工艺。
重力流活性炭滤池主要有三种池型：①Ｖ型滤池、②气水反冲普通快滤池、③翻板滤池，上海市水厂基本选用了气水反冲普通快滤池的池型。活性炭主要选用8*30目、8*20目的不定性颗粒煤质活性炭和1.5mm柱状颗粒煤质活性炭。
上向流活性炭滤池的池型比较单一，主要有两种：①底部面包管上部集水槽上向流池型、②底部滤头滤板上部集水槽上向流池型。上海市水厂普遍采用底部面包管上部集水槽的上向流池型。活性炭主要选用12*40目、20*50目不定性颗粒煤质活性炭。
臭氧+活性炭处理技术设计过程中首先需结合原水水质（以降低浊度为主或以降解有机物为主）、处理要求和水厂操作人员管理习惯选择合适的处理工艺和池型结构，通过相关试验或类似运行经验获得准确的设计参数，结合使用情况注重臭氧+活性炭的细节设计，确保优良的出水水质和操作便利性。
由于目前尚无统一规范的活性炭滤池运行管理规范，各水厂活性炭滤池的运行参数和管理方式都在实践中进行逐步的探索，结合文献报道及上海活性炭滤池实际运行的实践，总结了活性炭滤池运行管理的要点。
活性炭的装填
活性炭的吸附性能极强，因此其运输及保存应采用防紫外线材料制成的牢固且不易破损的包装袋，并避免与挥发性物质同时存放。活性炭的填充一般分以下几个步骤：
（1）清洗滤池：填充活性炭前首先采用出厂水将滤池冲洗干净，然后将浓度为15mg/L的氯水注入滤池，浸泡24h后将氯水排出，反复冲洗滤池直至冲洗出水不含余氯为止。如果有石英砂或砾石作为承托层，必须将承托层的滤料清洗干净，并按上述步骤消毒清洗。
（2）浸泡：活性炭装填后应加入一定量不含余氯的滤后水对其浸泡24~72h，以使活性炭与水充分接触。
（3）冲洗：冲洗时冲洗强度需逐渐增加，待炭床膨胀率达到30%左右时稳定保持10~15min。在此过程中炭床将发生分层，即大小颗粒重新进行分布，细小的颗粒随冲洗水流上升并排出滤池。煤质活性炭一般呈碱性，经冲洗后其pH达到中性，避免运行时出水pH值超标。
（1）进水浊度的控制：炭滤池的进水浊度一般控制在1.0NTU以下，否则容易造成炭床堵塞，缩短吸附周期。
（2）进水余氯的控制：活性炭可以吸附水中的余氯，而且不利于生物生长，余氯对活性炭表面的生物膜会产生极大的破坏，因此活性炭滤池进水不得含余氯，水厂加氯点后移至炭滤池出水。
（3）活性炭吸附程度的控制：活性炭滤池一般为方形，反冲洗时池中各位置的冲洗强度不一，容易出现炭层面四周高、中间低的情况。中心低点的炭层相对较薄，水头损失小，滤速相对较大，活性炭的使用周期缩短，造成了整个活性炭滤池中活性炭吸附饱和程度的不均匀。因此应定期人工粑平，以保证活性炭吸附饱和程度的相对均匀。
（4）水中溶解氧的控制：能否形成生物活性炭取决于水温、微生物利用的原水中所含基质种类、水中细菌浓度和种类、反冲洗方式和反冲洗周期以及溶解氧。利用鼓风机曝气可增加水中的溶解氧，并且使进人炭层内部的水中留有一定的溶解氧，保证炭层中生物的需要。
（5）反冲洗的控制：合理的反冲洗可充分除去过量的生物膜和截留的微小颗粒，而频繁的反冲洗则使生物膜难以形成。因此反冲洗是保证活性炭滤池成功运行的一个重要环节，一般需注意以下两方面：1）采用炭池滤后水反冲洗，可保证冲洗用水浊度较低和较好的水质（无氯），即可以使冲洗后的炭层比较洁净又避免炭层在冲洗过程中的无效吸附。2）保证合理的冲洗时间、冲洗强度和膨胀率。我们将冲洗结束时排出水浊度作为冲洗强度和历时是否达到冲洗目的的衡量标准。
（6）藻类的控制：活性炭滤池常采用敞开式时，由于阳光照射，池内极易滋生藻类，椎实螺也较多，给清洗带来极大的困难。观察发现，朝南滤池的藻类及椎实螺数量多于朝北滤池，东侧多于西侧，说明藻类、椎实螺的生长与水温、阳光密切相关。大部分活性炭滤池建成封闭式，避免了该类问题发生，但管理较繁琐。本文建议在敞开式滤池上方设置遮光布，以减少藻类生成。
活性炭运行管理期间，定期检测活性炭滤池的炭层高度和水头损失；定期检测活性炭进出水水质，包括pH、耗氧量、氨氮和UV254；定期检测活性炭的强度、粒度、碘吸附值；定期检测活性炭滤池的生物量、异养菌、氨化细菌、亚硝化细菌、硝化细菌、微型动物和藻类。建立活性炭运行的各项检测数据档案，定期对活性炭滤池运行状况进行评估。
臭氧活性炭深度处理工艺在我国已有二十多年应用历史，大规模应用始于2007年太湖蓝藻爆发以后，至今已有十余年时间。针对活性炭产品业已建立了相应的国家标准，经过与美、欧盟和日本等国外标准比对，我国活性炭产品标准中绝大部分关键技术的指标限制均已达到甚至超过了国外标准。然而活性炭滤池的运行管理均是由各水司/水厂自行摸索，尚无统一规范的技术标准可以参考。建议水务主管单位和行业主管部门组织专家，编制活性炭滤池运行管理技术规程，从活性炭选炭、装填、调试、运行、维护等方面，建立相应的技术规范，为上海市活性炭滤池的规范化、标准化和科学化管理提供技术依据，并总结经验，复制到全国，提升我国饮用水处理技术管理水平，提升供水安全保障能力。
小编有话说
活性炭是市政供水常用的应用材料之一，被广泛应用于水厂工艺、原水应急处理，以及家庭终端净水设备中。2017年本栏目邀请上海华严检测技术有限公司，通过对现有资料的收集、整理和分析，从多个角度开展活性炭在饮用水处理中的应用发展研究，并将成果以连载形式供同行参考。
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