關于活性炭濾柱反沖洗對有機物去除效果影響的研究
作者：張毅
隨著活性炭濾池運行時間的延長，炭粒表面和濾床中積累的生物和非生物顆粒數(shù)量不斷增加、炭粒間間隙不斷減小，影響活性炭濾池的出水水質(zhì)及產(chǎn)水量，及時進行合理的反沖洗是保證活性炭濾池有效運行的重要因素。
本文以反沖洗廢水濁度、濁污比、反沖洗前后活性炭濾柱上生物量和生物活性的變化以及反沖洗后活性炭濾柱對有機物的去除效果為指標，觀察4種不同的反沖洗方式對活性炭濾柱運行效果的影響。
1試驗條件及方法
1.1工藝流程及進水水質(zhì)
本試驗在南京某水廠進行。水廠以長江下游水為原水，采用混凝、沉淀、過濾、消毒的常規(guī)工藝。混凝劑采用聚合氯化鋁（冬季采用聚合氯化鋁復合藥劑），混凝劑投加量為13~16 mg/L。水廠的工藝流程與試驗流程見圖1。
試驗選用4根相同柱型活性炭濾柱（見圖2），活性炭濾柱為內(nèi)徑100 mm的有機玻璃柱，柱高1.8 m，炭層高1.1 m，下設10 cm砂濾層。濾料采用ZJ-15型柱狀顆粒活性炭，粒徑0.8~1.5 mm。在各炭層高度設置取樣口，活性炭濾柱底部設置反沖洗進水閥及空壓機氣沖裝置，活性炭濾柱由頂部進水、底部出水，炭床接觸時間EBCT為20 min。
活性炭柱進水為水廠砂濾池出水。活性炭柱進水水質(zhì)情況見表1。
1.2試驗方法及檢測指標
活性炭濾池反沖洗通常有單獨水沖、氣水聯(lián)合反沖、氣水混合反沖3種方式。單獨水沖根據(jù)水流速度分為高速水沖和低速水沖。在一定范圍內(nèi)提高水沖強度會使濾層得到更好的反沖，但是當水沖強度達到一定程度時，對反沖洗效果的改善程度有限，并且會極大增加反沖洗的水耗；氣沖的主要作用在于氣流紊動先沖松濾層，產(chǎn)生比同等條件下水沖大得多的剪切力，更好沖刷生物膜，使得生物濾料得到更好清洗。但是，強度過大的氣沖在沖刷老化生物膜的同時，也會將生長良好的生物膜去除。
本次試驗共采用4種反沖洗方式。
1)方式一：單獨水沖，強度13 L／(s．m2)，膨脹度20%，歷時10 min，靜沉排水。
2)方式二：單獨水沖，強度18 L(s．m2)，膨脹度37%，歷時10 min，靜沉排水。
3)方式三：氣水聯(lián)合反沖，先氣沖，強度10 L(s．m2)，歷時2 min，再水反沖，強度
12 L/( S.m2)，膨脹度16%，歷時8 min，靜沉排水。
4)方式四：氣水混和反沖，氣沖強度8 L(s．m2)，水沖強度11 L／(s．m 2)，膨脹度10%，歷時8 min，靜沉排水。
反沖洗程序：首先停止活性炭濾柱進水，待活性炭上層水位降至表層15 cm左右，關閉出水閥門；打開反沖洗進水閥，調(diào)至相應流量，進行反沖洗（有氣沖程序同時進行），之后將反沖洗廢水靜置1 min左右，由反沖洗排水閥排出。
評價指標：分別以反沖洗廢水濁度及其濁污比（反沖洗廢水濁度與反沖前濾池去除CODM�？偭恐龋�、反沖洗前后活性炭濾柱上各層生物量和生物活性的變化為評價指標，考察不同反沖洗方式對活性炭濾柱去除有機物的效果。
生物量采用脂磷分析法，磷脂是所有細胞生物膜的主要成分，以它表示生物量已經(jīng)在很多飲用水生物處理的試驗研究中得到應用。生物活性采用TTC-脫氫酶活性檢測方法1。該方法利用被脫氫酶活化的氫原子被人為受氫體接受，利用人為受氫體直接測定脫氫酶活性。選用無色的氯化三苯基四氮唑( TTC)受氫變成紅色的三苯甲基(TF)，然后利用比色法做定量分析。
2研究分析
2.1以反沖洗廢水濁度、濁污比為評價指標
圖3反應不同反沖洗方式下，反沖洗廢水濁度隨反沖洗時間的變化趨勢。圖中的變化曲線與橫坐標、縱坐標所圍面積代表反沖洗期間去除的炭床累積的生物和非生物顆粒的總量。由圖3可以看出，膨脹度為37%的單獨水沖方式去除的物量最多，清洗程度最大。4種沖洗方式分別在第8、9、6、9 min時，反沖洗廢水濁度不再下降，其中，氣水混和反沖洗方式，反沖洗廢水濁度在最后水沖階段進一步下降。
為更準確比較不同沖洗方式的效果，采用反沖洗廢水初期濁污比，濁污比從高值到趨于平穩(wěn)的歷時作為評價指標。由圖4可以看出，氣水聯(lián)合反沖洗方式初期濁污比最大，原因在于氣沖能預先沖松濾層，使得老化的生物膜從活性炭表面脫附下來，氣沖2 min后再進行水沖，將已經(jīng)松動的濾層中的生物顆粒和非生物顆粒更好地去除。膨脹度為20%的單獨水反沖方式初期濁污比最小、濁污比達到平穩(wěn)歷時最短，氣水混合反沖洗方式最長，原因是小強度的單獨水沖方式力度小，對活性炭濾層的沖刷作用有限。隨著反沖洗時間的增加，活性炭濾層中顆粒和非生物顆粒不能沖刷下來；而氣沖方式能產(chǎn)生大得多的水沖剪切力，從而沖刷出活性炭表面更多的生物膜，使得反沖洗廢水濁污比達到穩(wěn)定的時間更長。
2.2以反沖洗前后活性炭濾柱各層生物量、生物活性作為評價指標
活性炭濾池成功運行的關鍵是保證濾料上有一定數(shù)量的具有活性的微生物，活性炭濾柱上生物量和生物活性是影響處理效果的一個重要因素I 4J。因此生物量、生物活性是反映反沖洗效果的另一個很重要的指標。
圖5、圖6反應4種不同的反沖洗方式反沖洗前后炭層不同高度上生物量的損失情況和生物活性的增加情況。
由圖5可知，4種不同的反沖洗方式均為炭層上部的生物量損失較大，下層損失較小。這主要有兩個方面的原因，一是反沖洗時炭層上部的膨脹度較大，炭粒之間的沖刷、碰撞較為激烈；另一原因為上層濾料中懸浮微生物占總生物量的比例較下層濾料大，而懸浮微生物與濾料的結(jié)合很松散，反沖洗時很容易隨水流流失。附著微生物主要分布在炭粒表面及炭粒發(fā)達的孔隙中，與濾料的結(jié)合力強，不容易隨反沖洗水沖走。另外，膨脹度37%的單獨水沖損失的生物量最大，膨脹度20%的單獨水沖損失的生物量最小。原因在于本次試驗氣沖強度較小，產(chǎn)生的膨脹度也較小，故氣沖時生物量的損失量也較小。
由圖6可以看出，膨脹度37%單獨水沖的反沖洗方式下，生物活性增強最大。膨脹度20%的單獨反沖洗方式生物增強最小，原因和生物量損失相同。氣水混合反沖洗方式較氣水聯(lián)合反沖洗方式的生物活性增強大，原因在于氣水聯(lián)合反沖洗方式下，氣沖時間較短的緣故。
2.3不同反沖洗方式對有機物的去除效果
炭床的除污能力是活性炭濾池反沖洗的最終目的，是評價反沖洗方式優(yōu)劣的最終指標。UV254值代表水中含有共軛雙鍵或苯環(huán)的有機物。UV254值不僅與水中有機物含量（TOC或DOC）有關，而與色度、消毒副產(chǎn)物（THMs等）的前體物有較好的相關性。
反沖洗后96 h內(nèi)炭床對CODMn、UV254的去除能力如表2，表3所示。
比較表2、表3，可以看出活性炭工藝對UV254的去除作用均大于對DOC的去除作用。主要原因0.17 mg/L，平均去除率在65%以上，TP達到規(guī)范一級A排放標準。圖5為逆流式連續(xù)砂濾池對TP的去除效果。
4結(jié)語
逆流式連續(xù)砂濾池對水中的懸浮物有較好的去除效果，可以保證出水SS濃度穩(wěn)定在10 mg/L以下，SS的平均去除率在65%以上，另外，通過去除SS的同時也可以使COD進一步降低。通過投加聚合硫酸鐵可以有效去除水中TP，保證TP濃度穩(wěn)定在0.5 mg/L以下，TP的平均去除率在65%以上。連續(xù)式砂濾器對濁度和TP濃度的去除效果較明顯，針對污水處理廠的水質(zhì)條件，連續(xù)活性砂濾系統(tǒng)在濾速9.62 m/h的水力條件下，投加聚合硫酸鐵50 mg/L，
砂濾出水水質(zhì)可以達到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準規(guī)范一級A標準。
5摘要反沖洗方式是影響活性炭濾池正常運行的關鍵因素。以反沖洗廢水濁度、濁污比、反沖洗前后活性炭濾柱上生物量和生物活性的變化為指標，分析反沖洗后活性炭濾柱去除有機物的效果，觀察4種不同的反沖洗方式對活性炭濾柱運行效果的影響。試驗結(jié)果表明：在活性炭濾柱試驗中，以氣沖強度8L(s．m2)、水沖強度11 L(s．m2)、膨脹度10%、歷時8 min的氣水混合反沖效果最好，反沖洗后活性炭濾柱對有機物的去除率增長最多。
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