1 粉末活性炭的投加
1．1 投加方法
投加方法主要有干式投加和湿式投加两种，目前给水行业中常用的是湿式投加法，该方法是将粉末活性炭配制成悬乳液定量投加。悬乳液的质量分数宜采用5％左右，浓度太大容易造成投加管道的堵塞和其他机械故障。
1．2 炭种、炭粉粒径的确定
目前国内评价活性炭大多采用碘值、亚甲蓝值等指标，但在工程实践上，不仅需要考虑粉末活性炭的总吸附比表面积，还要判断粉末活性炭颗粒内部的孔径分布是否容易达到快速吸附、使用过程中粉末活性炭是否达到吸附平衡，另外还需考虑炭粉粒径的大小，目数小的粉末活性炭的吸附比表面积小，吸附效果差一些，目数大的比表面积大，吸附效果将好一些，但目数太大有可能穿透滤池。一般认为粉末活性炭的中等孔隙越发达越有利于吸附动力学平衡。根据经验，可以采用一些分子质量较大的吸附质来衡量孔径分布。广州市自来水公司曾采用刚果红(分子质量为697 U)试剂和富里酸(分子质量约1000U)试剂作为吸附质进行试验，结果表明：木质炭对这两种物质的吸附效果比煤质炭好，目数大的炭粉比目数小的吸附效果好。
1．3 吸附时间的确定
受工艺流程和场地的限制，国内多数水厂粉末活性炭的吸附时问<0．5 h，达不到吸附平衡所需要的时问，从而造成吸附能力的浪费。另外，吸附时间不够长或水流混合强度不够还会造成粉末活性炭的沉淀，也会浪费部分吸附能力。为了确定粉末活性炭达到吸附平衡所需的时间，广州市自来水公司曾做过试验，试验以除色、除嗅效果作为参考指标。为减少试验误差，选用了嗅阈值较高的原水以及较高的粉末活性炭投加量。在原水中投加10 mg／L的粉末活性炭(240目木质粉末活性炭)后静置，分别于1、2、3 h后采样检验嗅阈值和吸光度，试验结果见表1。
可见粉末活性炭的吸附作用在1 h内基本完成。
1．4 投加方式及投加量的确定
为了选择最佳投加量范围，通过试验得到表2的数据(240目木质粉末活性炭)。试验采用两种投加方式，一种是炭粉与混凝剂同时投加，另一种是先投加炭粉，吸附数小时后再投加混凝剂。
试验结果表明：
① 粉末活性炭和混凝剂的同时投加和先后投加均能明显地提高混凝沉淀效果，其中同时投加效果更理想。
② 两种投加方式对色度的去除效果都明显，且稳定。
③ 先后投加比同时投加的除嗅效果好。
④ 同时投加试验的除藻效果较佳。
⑤ 正常情况下，粉末活性炭的投加量为5—10 mg／L比较适合。
1．5 投加点的选择
① 原水吸水井投加
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，则将削弱粉末活性炭的吸附作用，造成投加量增加，处理成本加大。通常只有在原水浊度低的情况下，吸水井投加的优势才能体现出来。有一点需指出，吸水井投加可能会对水泵的叶轮、水封部件等产生不良影响。
② 混凝前端投加
若在混凝前端投加，理论上认为投加混凝剂后，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时所处的位置即为最佳投加点。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。
③ 滤前投加
滤前投加，不存在吸附与混凝的竞争问题，应该是粉末活性炭发挥作用的最佳位置。但应该注意粉末活性炭进入滤池后会堵塞滤料层，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，而且吸附时间将难以保证。
因此，在实际1：程中需要预先做模拟静态选炭试验，模拟实际工艺过程的原水水质、工艺特点、水力条件并对试验结果进行技术、经济比较后再确定投加点。
2 应用中的关键问题
① 根据水厂原水水质状况，特别是有机物分子质量的分布状况来确定炭种；
② 根据水厂的实际水质情况确定合理的投加量；
③ 根据水厂的生产工艺，确定合适、合理的投加点，解决粉末活性炭与混凝剂吸附竞争的矛盾，提高吸附效率；
④ 解决粉尘污染、劳动强度大、工作环境恶劣等问题；
⑤ 精确制备粉末活性炭悬乳液。
3 工程应用实例
广州市自来水公司石门水厂采用了粉末活性炭工艺。
3．1 投加工艺
石门水厂的产水量为75 X 10 m4 ／d，采用湿式投加法。由于水源水质受到严重污染，需要24 h不问断投加粉末活性炭。石门水厂的投加系统自动化程度较高，工艺流程见图1。
石门水厂的主要工艺参数：炭浆浓度≤5％；投加量为5～12 mg／L；炭粉粒径为325目；投加点于取水泵站吸水井处；脉动气力输送装置输送炭粉能力为1．0 m3 ／h；除尘器处理风量为2500—3200m3 ／h；除尘器尾气排放粉尘含量<20 mg／m3 。
图2、3分别为投加室平面布置图和剖面图。石门水厂粉末活性炭投加系统的工作流程如下：
① 操作工人往溶解池内注入半池清水；
② 把袋装粉末活性炭搬运到脉动气力输送装置的倒料口；
③ 打开倒料口与脉动气力输送装置的贮料仓之间的电动阀门，同时启动除尘器；
④ 人工拆包把一定量的炭粉倒入输送装置的贮料仓(拆包引起的飞扬炭粉通过除尘器吸走)，当活性炭分量达到要求后则关闭电动阀门；
⑤ 启动空压机，往储气罐充气，当储气罐内压力达到0．7 MPa时开启储气罐与脉动气力输送装置之间的电磁阀，往输送装置的送料仓输送压力空气；
⑥ 打开送料仓的气刀，通过气刀的启、闭将活性炭粉料和压力空气通过管道送进溶解池；
⑦ 启动搅拌机，将活性炭粉料制成悬乳液(进入溶解池的压力空气通过除尘器过滤后从溶解池内释放出来)；
⑧ 待炭粉输送完毕后关闭气力输送装置和除尘器，然后通过压缩空气将过滤后粘在除尘器滤料上的炭粉抖落回至溶解池中，完成后关闭空压机，再往溶解池内注入清水，经过充分搅拌后，制成质量分数为5％左右的活性炭悬乳液；
⑨ 开启螺杆输送泵，把炭浆输送到投加点进行投加并用螺杆输送泵计量。
梦岩 at 2009-5-27 06:51:43
⑨ 开启螺杆输送泵，把炭浆输送到投加点进行投加并用螺杆输送泵计量。
3．2 工艺总结
① 石门水厂粉末活性炭投加系统工艺合理、自动化程度较高，在国内较为先进。
② 脉动气力输送装置降低了工人的劳动强度，改善了工作环境。
③ 采用可调定子式螺杆泵输送粉末活性炭悬乳液是成功的，但国产螺杆泵必须进一步提高产品质量。
④ 采用塑烧板除尘器能有效减轻粉尘污染，保证车间的清洁。
石门水厂粉末活性炭投加系统仍存在以下不足：
① 采用人工拆包，工人的劳动强度大。
② 由于生产粉末活性炭的厂家良莠不齐，曾发生过炭粉中的石块堵塞输送管道的事故。
③ 脉动气力输送装置安装在地下，维护检修较为困难。
3．3 吸附效果分析
表3是石门水厂在2005年某月的进、出水水质情况。
石门水厂投加粉末活性炭后达到了预期效果：
① 对有机物的去除率较高，水体中的胶状物质含量减少，表面粘度下降。
② 有利于絮凝体的架桥，改善了絮凝体的结构。
③ 使出厂水浊度、色度、CODMn 嗅阈值大幅度下降。当粉末活性炭投量达到10 mg/L时，与常规工艺相比，对CODMn 的去除率可提高20％ 一30％ 。
可见对于微污染源水，在常规处理工艺的基础上投加粉末活性炭是一种非常有效的处理措施，将使出厂水水质以及口感大大改善。
4 经济分析
以石门水厂采用木质粉末活性炭为例，炭粉的价格约为5000元／t，若不考虑设备折旧和人力成本，当投加量为5—12 mg/L时则增加直接生产成本为0．025—0．06元／m 。如果考虑设备折旧(按照15年计算)和人工费用等则总成本为0．08—0．1元/m3 。如果不考虑自动投加则设备成本会下降。
在水厂的日常生产运行管理中，应加强对源水的监测，以根据源水的变化合理优化调节粉末活性炭的投加量，有效控制生产成本。
5 结语
目前，国内活性炭自动投加系统还处于研制、开发阶段，其中粉末活性炭输送装置为系统的核心设备，国外已有成套设备，而国内厂家的产品尚未成熟，这成为制约活性炭吸附技术应用的瓶颈之一。粉末活性炭吸附技术作为改善出水水质的措施，特别是应对突发性源水污染的应急措施，运行方式灵活，投资相对较小，效果明显，具有很好的应用前景。
广州追远电气机械有限公司技术部
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