某水厂活性炭滤池性能及更换滤料策略

朱力平，张丽丽

(上海浦东威立雅自来水有限公司，上海 200127)

1 水厂概况

上海市某水厂分二期建成，一期于1997年7月建成通水，设计供水能力为400 000 m3/d，二期于2006年7月建成通水，设计供水能力为200 000 m3/d，2010年完成600 000 m3/d的深度处理工艺系统。水源目前取用青草沙原水。臭氧-生物活性炭滤池总处理水量26 500 m3/h，共18格。单格滤池表面积125 m2，活性炭滤料深度2．2 m，滤料颗粒有效尺寸1．0 mm。过滤期间滤料层上方水位1．3 m。单格运行周期为72 h或水头损失4．0 m。根据实际运行情况可适当调整过滤周期。

2 生物活性炭滤池性能目标

该水厂臭氧-生物活性炭滤池深度处理的目标是去除有机污染物(主要以 CODMn，UV254，TOC为指标)以及夏季嗅味物质的去除(以MIB为指标)和消毒副产物三卤甲烷总量(THMs)的去除。

3 活性炭滤池滤料分析

表1为活性炭滤料性能分析。

表1 活性炭滤料性能分析表Tab．1 Performance of AC Filter Material

由表1可知自活性炭滤池投入使用4年以来吸附容量逐步下降。但颗粒磨损不成问题;颗粒有效粒径和不均匀系数仍然可以接受。

4 生物活性炭滤池对CODMn的去除情况

图1为2009～2014年水厂生物活性炭滤池对CODMn的去除情况。

图1 2009～2014年该水厂生物活性炭滤池对CODMn的去除情况Fig．1 Removal Rate of CODMnfrom 2009 to 2014

由图1可知有三个不同的阶段:2010年4月前为一个阶段，原水是黄浦江上游原水CODMn平均值6．3 mg/L，处理工艺为常规处理，CODMn出厂水平均值为3．5 mg/L，去除率为44%;2010年5月至2011年4月为第二阶段，原水仍然是黄浦江上游原水CODMn平均值5．6 mg/L，处理工艺为臭氧-生物活性炭滤池深度处理，CODMn出厂水平均值为2．4 mg/L，去除率为58%，由于活性炭吸附值逐渐降低，CODMn的去除率也有所下降;2011年5月至今为第三阶段，原水为青草沙原水，CODMn平均值2．8 mg/L，处理工艺为臭氧-生物活性炭滤池深度处理，CODMn出厂水平均值为1．26 mg/L，去除率为52%。

该水厂臭氧-生物活性炭滤池经过4年的运行对CODMn和其他污染物的去除以生物降解为主，近阶段在青草沙原水的情况下，出厂CODMn平稳保持在1．1 mg/L左右，去除率随原水 CODMn的升高而升高。

5 活性炭滤池与常规处理性能对比

5．1 CODMn的去除

图2为该水厂和另一常规处理水厂2012年2月～2013年10月出厂水CODMn和COD去除率的对比情况。数据表明该水厂出厂水CODMn比常规处理水厂出厂水CODMn要低29%。且该水厂平均出厂水CODMn都在1．0 mg/L左右，远低于《生活饮用水卫生标准》［1］CODMn限值，CODMn去除率为 54%，常规处理水厂出厂水CODMn去除率为32%。

图2 2012年2月～2013年10月该水厂和常规处理水厂出厂水CODMn对比Fig．2 Comparison of CODMnRemoval between AC Filter and Regular Process from 2012 Feb．to 2013 Oct．

5．2 UV254的去除

图3为2012年2月～2013年10月该水厂和常规处理水厂出厂水UV254的对比情况。在原水相同的情况下，该出厂水UV254平均值为0．018 cm-1，去除率为50%，常规处理水厂出厂水UV254平均值为0．026 cm-1，去除率为 27%。

图3 2012年2月～2013年10月该水厂和常规处理水厂出厂水UV254去除率对比Fig．3 Comparison of UV254Removal between AC Filter and Regular Process from 2012 Feb．to 2013 Oct．

5．3 TOC 的去除

该水厂和常规处理水厂出厂水TOC的对比情况:2012年2月～2013年10月该水厂和常规处理水厂出厂水TOC分别为1．37 mg/L和1．78 mg/L，TOC去除率分别为39%和23%，可以明显地说明生物活性炭滤池和常规工艺出厂水TOC的区别，该水厂出厂水TOC比常规处理水厂出厂水TOC去除率高16%。

5．4 嗅味(MIB)的去除

嗅味物质(MIB)是水库水通有的问题，青草沙水源也有此问题，尤其在夏季问题特别严重，所以夏季自来水居民投诉中嗅味占绝大多数。如何去除水中MIB等致嗅物质是近年来国内外饮用水领域的研究热点。研究表明，臭氧-生物活性炭滤池能够有效去除嗅味物质(MIB)。

图4为2012年6月～2012年8月该水厂原水，砂滤出水，中间臭氧，活性炭滤池出水和出厂水的MIB对比图，砂滤出水后经过中间臭氧MIB平均去除了51%，然后又经过活性炭滤池后MIB去除了59%。总的去除率可达82%以上。而同期常规处理水厂对MIB的去除率只有8%。

图4 2012年6月～2012年8月该水厂原水，砂滤出水，中间臭氧，活性炭滤池出水和出厂水MIBFig．4 MIB of Raw Water，Sand Filter，Ozone，AC Filter and Effluent from 2012 Jun．to 2012 Aug．

5．5 消毒副产物三卤甲烷THMs总量的去除

图5为2013年5月～2013年10月某自来水公司各水厂出厂水三卤甲烷总量图，该水厂出厂水三卤甲烷总量平均值为0．14 mg/L，其他水厂平均为0．28～0．39 mg/L，说明活性炭滤池对三卤甲烷总量去除明显。

图5 2013年5月～2013年10月某自来水公司各水厂出厂水三卤甲烷总量Fig．5 THMs Concentration of Waterworks Effluent from 2013 May to 2013 Oct．

从以上运行数据可以看出该水厂臭氧-生物活性碳滤池通常可以有效去除MIB和CODMn、UV254、TOC、三卤甲烷(THMs)等指标，这就意味着生物活性是正常的。

虽然《上海市水厂运行、维护及安全技术规程》［2］规定:当吸附活性炭滤池活性炭碘值小于600 mg/g或亚甲蓝值小于85 mg/g，或者滤池出水水质达不到预定目标污染物并影响到出厂水合格率时，应进行滤料补充、再生或更换。但是该水厂目标污染物并未影响到出厂水合格率。(建设部最新版《城镇供水厂运行、维护及安全技术规程》［3］CJJ 58—2009未提及活性炭滤料需要补充、再生或更换时的碘值和亚甲蓝值的标准。)

刘辉等在《生物活性炭运行失效指标的确定》［4］一文中也指出:当生物活性炭用于饮用水深度处理时，碘值及亚甲蓝值不适于作为这一工艺控制指标，因为生物活性炭主要是靠生物的作用对水中的有机污染物进行分解，吸附作用处于次要地位。对于生物活性炭运行失效指标可以参考CODMn及UV254，CODMn去除率变化值域为15% ～45%，而UV254的去除率变化值域为20% ～25%，当运行监控指标连续数日达到最低值时，可以考虑换炭。

目前该水厂的CODMn及UV254去除率分别稳定在54%和50%，TOC去除率39%，MIB去除率为91%，各项污染物指标均在预定范围内，生物活性炭的生物降解性能稳定有效。

活性炭滤池的去除率主要是依靠生物降解作用而不仅仅是吸附作用。据资料记载，在澳大利亚Bendigo饮用水厂MIB去除率大约是80%(臭氧-生物活性炭滤池联合作用，与该水厂臭氧-生物活性炭滤池对MIB的去除率一致)，活性炭滤料十年来从未更新或再生。

6 新滤料的预期性能

新的滤料由于吸附能力的增加有可能可以提高MIB去除率至100%。但是很难预测活性碳吸附去除效率何时穿透:这很大程度取决于天然有机物和MIB的吸附竞争，并且和进水MIB浓度关系不大。文献资料表明活性碳吸附穿透时间很少超过一年，这就意味着如果依靠吸附去除MIB的话就需要至少每年更新滤料。在该水厂600 000 m3/d情况下，新的活性碳滤池运行3个月吸附能力就可能穿透。所以，基于运行成本和实际运行情况的综合考虑，是否换新滤料或者怎样换新滤料就会发觉十分重要。

7 活性炭滤料更新的通用策略

通常的方法是根据滤后水水质达到目标为原则(如该水厂活性炭滤池目的是去除CODMn，UV254和MIB)，更新部分滤料。假设如下(表2):

(1)根据去年的情况假定原水公司投加粉末活性炭，MIB浓度降低一半，中间臭氧进口 MIB为100 ng/L;

(2)中间臭氧运行没有变化;

(3)目标:出水MIB 10 ng/L;

(4)滤料更新后的滤池MIB去除率为100%，而没有更新滤料的老滤池通过臭氧-生物活性炭滤池联合作用MIB总去除率为80%。

表2 滤料更新的活性炭池数量与出水MIB关系Fig．2 Effluent MIB and Number of Replaced Material AC Filter

8 结论

(1)该水厂臭氧-生物活性炭滤池运行4年，目前对有机污染物的去除主要以生物降解为主。

(2)在生物降解作用下，该水厂臭氧-生物活性炭滤池出水预定目标污染物指标稳定，并没有影响到出厂水合格率，CODMn及UV254去除率分别稳定在54%和50%，可以考虑不更新滤料。如果不更新滤料，只需中间臭氧进口的 MIB低于50 ng/L，出水MIB浓度仍能保持10 ng/L。若MIB升高，可提高中间臭氧(预臭氧)投加率来提高MIB去除率(在溴酸盐不超标的前提下)。

(3)加强发挥臭氧-生物活性炭滤池的联合作用，把运行成本降低。

(4)如果要更好地去除嗅味物质(MIB)，则需要更新滤料，考虑到运行成本以及实际运行状况，可以每年更换一半滤料(9格滤池)。

［1］GB 5749—2006，生活饮用水卫生标准［S］．

［2］CJJ 58—2009，城镇供水厂运行、维护及安全技术规程［S］．

［3］上海市水厂运行、维护及安全技术规程［S］．

［4］刘辉，曹国华，许建华，等．生物活性炭运行失效指标的确定［J］．中国给水排水，2003，19(1):55-58．