粉末活性炭投加系统应用于给水厂的设计

粉末活性炭投加系统应用于给水厂的设计
白玉华‘王南威‘刘百仓2李震声‘刘映祥
中国市政工程西南设计研究总院，成都610081; 2四川人学建筑与环境学院，成都610065)
摘要在提高给水厂出水水质和水源突发性污染应急处理中，粉末活性炭吸附技术得到越来越广泛的应用。结合成都市水六厂五期工程粉末活性炭投加系统的设计，分析了如何确定粉末活性炭的投加方法、投加量、投加浓度以及投加点等设计内容。并简要介绍了粉末活性炭投加系统的组成，以及水六厂五期工程粉末活性炭投加系统设计实例。
关键词 粉末活性炭投加系统设计应急处理
0前言
自20世纪20年代美国首次使用粉末活性炭去除氯酚产生的臭味以来，该技术在水处理行业中的应用越来越多。我国近年来也己有给水厂在预处理中采用粉末活性炭提高出水水质，并己在水源突发性污染应急处理中作为一种主要的应对技术。
本文结合成都供水六厂五期工程中粉末活性炭投加系统的设计工作，介绍设计的主要技术环节。
1投加方法的选择
粉末活性炭投加的方法有两种，即干式投加和湿式投加。干式投加采用水射器作为主要投加工具。湿式投加则要先将粉末活性炭配成一定浓度的炭浆，再用泵投加。干式投加法以变频螺旋送料机控制粉炭投加量，一般每台干投机(由料仓与送料机构为主组成)配置1台变频螺旋送料机，如果投加点较多目需要对每点较精确控制，则需要较多的干投机设备。此外，由于干投中粉末活性炭与水不宜混合，因此在设备设计中就要解决好投加水射器喉管的易堵塞问题。湿式投加法可采用1台或较少数量设备配置好一定浓度的炭浆，通过多台计量泵准确定量投加到多个投加点，在制备投加过程中炭粉不会随空气飞扬，操作环境较好，系统使用较为成熟稳定，因此目前给水处理中通常使用湿投法。水六厂五期工程粉末活性炭投加系统有5个投加口需要分别控制，经分析比较后最终选择湿式投加法。
2投加量及投加浓度的确定
粉末活性炭的投加量一般需根据水质污染状态确定。《室外给水设计规范》‘]中规定投加量“宜为5～30 mg/ L"。考虑将来水质污染暴发的可能性，并结合抗震救灾水处理应急方案，水六厂五期工程粉末活性炭最大投加量确定为30 mg/ L。
粉末活性炭炭浆质量分数一般为5%一10%。但在湿式投加中多采用5%，这样可使炭浆快速扩散，与水体充分混合，同时避免了投加管道易堵塞和其他机械故障。
3投加点的选择
为充分发挥粉末活性炭的吸附作用，需要使其与水充分混合，并保证足够的接触时间(一般接触时间30～60 min)和尽量避免吸附被干扰。故而，合适的粉末活性炭投加点非常重要。对于常规的混凝、沉淀、过滤水处理工艺，粉末活性炭的投加点可以有以下二种选择:原水吸水井投加、混凝前端投加、滤池前投加。
一般认为，在吸水井投加能较充分地发挥粉末活性炭的吸附作用，但存在着与后续混凝工艺竞争去除有机物的问题。如果吸附与混凝竞争严重，将降低活性炭的吸附作用，造成投加量增加，处理成本加大。
在混凝前端投加，理论上分析认为投加混凝剂后，在絮凝池中形成的微小絮体尺度发展到与粉末活性炭颗粒尺度相近的位置应作为最佳投加点。在该点投加既可在一定程度上避免竞争吸附，又可使絮体对粉末活性炭颗粒的包裹作用最小，可以充分发挥粉末活性炭的吸附效率。
滤前投加，不存在吸附与混凝竞争问题，但粉末活性炭进入滤池后，可能会堵塞滤料层使滤池的工作周期明显缩短。此外，粉末活性炭还有穿透滤层现象，而目吸附时间难以得到保证。
因此，实际工程设计中，投加点的选择需要结合以上特征，再根据原水水质和水厂处理工艺特点、水力条件综合考虑决定。
水六厂五期工程的投加点选在取水口，主要基于以下考虑: ( 1)原水的取水日距给水厂约2 km，投加粉末活性炭后，大概需要30 min重力自流进入厂内分配井。可以有效利用原有管渠，使粉末活性炭的吸附作用得到充分发挥。
( 2)水处理工艺流程中在混凝前设有斜管预沉池，于是达到充分吸附能力的粉末活性炭在这一环节中被沉淀排出。这样，不仅使进入机械絮凝平流沉淀池的进水水质得到很大改善，减轻后续构筑物的处理负荷，也避免了吸附与混凝竞争的问题。
4粉末活性炭投加系统的设计
粉末活性炭投加系统通常由以下几部分组成:拆包系统(适合于袋装炭)、储料系统、精密投配系统炭浆制备系统、炭浆投送系统、反冲洗系统。水六厂五期工程采用了某进日品牌厂家的成套设备，力求在现有条件下使劳动强度最小，操作环境最好，粉末活性炭利用率最高。
拆包系统与储料系统:对于散料，可以采用罐车上料，即由粉末活性炭运输车直接将粉末活性炭泵入料仓储存。这种方式，自动化程度高，工人操作量少，目无破包动作，车间环境好。但此种方式，需要水厂所在地附近有粉末活性炭生产厂家。袋装粉末活性炭分为25 kg包装(小袋)和500 kg包装(大袋)两种。对于小袋装，工人将小袋粉末活性炭放入输送带，输送带将小袋粉末活性炭运入切包机拆包后，粉末活性炭由螺旋输送器泵入料仓储存，废袋通过压榨机由出袋口排出。这种拆包工作处于全自动封闭状态，车间环境较好，但对于大型水厂，工人投放小袋粉末活性炭的频率高，劳动强度大。对于大袋装，工人将大袋粉末活性炭取量放入料仓顶部的破包机内，破包机内设橡胶密封紧密裹在料袋周围，避免粉尘泄漏。破包机自动破包的同时，开启负压除尘器。为了防止卸料结束后粉尘外溢，在破包机周围设有一圈挡板。这种方式，工人操作强度较小，车间环境也较好，适合大型水厂粉末活性炭投加。
由于成都水六厂五期工程所在地附近无粉末活性炭生产厂家及粉末活性炭投加量大，故选用大袋装拆包方式。
精密投配系统与炭浆制备系统:两个系统的关键在于粉末活性炭给料机的流量能稳定、连续。给料机的流量与转速有线性关系，具有计量功能，同时计量能力可通过电控柜里的变频器变频可调。给料机螺旋具有自洁功能，正'常工况下均不会发生堵塞。粉末活性炭通过给料机精确计量后，由螺旋输送器输送到溶解罐中，溶解水同时以一定比例注入，经搅拌，形成一定浓度的活性炭炭浆。
炭浆投送系统与反冲洗系统:投送方式可选用重力投送或压力投送，以压力投送为主。压力投送时需采用耐磨损、不易堵塞的投送泵，如螺杆泵、膜片泵等。水六厂五期工程炭浆投送泵选用螺杆泵，泵的流量通过变频器调节，实现精确连续投加。粉末活性炭投加一般用于应急处理，在需要时才投入运行，每次工作完成后应立即冲洗管路，防止粉末活性炭沉积堵塞管路影响系统的正常工作。故投送泵又可作为冲洗泵，需要时用于加药管路的冲洗，冲洗可自动进行，也可人为干预。
5工程设计
成都市自来水六厂工程规模为140万m3/ d，其中一期一二期工程(己建)设计规模为60万m 3 / d,四期(BOT)设计规模为40万m3/ d，水六厂五期工程规模为40万m3/ d。水六厂五期工程在设计中采用了粉末活性炭工艺，水处理工艺流程如图1所示。

粉末活性炭投加点为取水口，距水厂约2 km，采用湿式投加，投加量≤30 mg/ L，炭浆质量分数为5%。
投加系统采用大袋装(500 k}/袋)拆包方式上料，除尘器风量300~ 500 m3/h,螺杆泵分别对应一期一五期工程投送，即有5台工作泵。大泵工作流量为11 m3/h，小泵工作流量为6 m;3/ h。粉末活

性炭投加间的平面布置如图2所示。
采用粉末全自动活性炭投加系统，粉末活性炭大袋包装，由大包装自动破包机拆包后落入料仓内储存，为了保证粉末活性炭下料通畅，设有粉料堆积消除系统，如空气振打或机械方式，为了防止粉尘弥漫，破包机上带有挡板，料仓带有吸尘装置，粉末活性炭经给料机精确计量后由螺旋输送器输送到溶解罐中，溶解水同时以一定比例注入，形成一定浓度的粉末活性炭浆液。制备好的粉末活性炭浆由5台螺杆泵通过5个投加点投加。螺旋输送器的流量可以通过变频器根据进水量线性调节，形成一定浓度的炭浆，同时投加浓度可以根据需要在PLC上进行设定。粉末活性炭投加系统按自控信号实现自动投加。