趙勝勇，楊曉剛

(河南省化工研究所有限責(zé)任公司，河南鄭州 450052)

化學(xué)污染物高濃度有機(jī)物在突發(fā)事件中流入河水，能造成重大污染事件，給河流沿岸城市，特別是居民的飲用水安全，構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。如何實(shí)施應(yīng)急處理技術(shù)措施，有效控制有機(jī)污染物，在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)供水是一個(gè)迫切的課題。

炭砂濾池作為應(yīng)急處理中的重要單元，是利用原有的無(wú)煙煤/石英砂雙層濾池，將其中的無(wú)煙煤濾料全部更換為活性炭濾料來(lái)實(shí)現(xiàn)的。采用這種方式，能夠同時(shí)利用活性炭吸附作用和石英砂物理攔截作用，去除水中的微量有機(jī)物和交替顆粒物，有效改善出水水質(zhì);由于石英砂濾層厚度相對(duì)較低，因此對(duì)進(jìn)水水質(zhì)變化較為敏感，濁度易穿透。目前在瑞士、日本、美國(guó)等地，都有炭砂濾池這種過(guò)濾方式，但由于國(guó)內(nèi)外水源水質(zhì)差別較大，炭砂濾池在我國(guó)的應(yīng)用較少。由于炭砂濾池的實(shí)施，僅須用活性炭濾料替換原有濾池中的部分濾料，可迅速投產(chǎn)使用，有效提高供水水質(zhì)，因此在城鎮(zhèn)安全保障與應(yīng)急處理研究中，系統(tǒng)開(kāi)展炭砂濾池的應(yīng)用研究，將為我國(guó)城鎮(zhèn)供水安全保障與應(yīng)急體系建設(shè)提供重要的技術(shù)支撐。隨著活性炭種類的發(fā)展，炭砂濾池中的活性炭種類選擇是目前研究課題的重要課題。

1 炭砂濾池設(shè)計(jì)以及活性炭的選擇

1.1 設(shè)備特點(diǎn)

①設(shè)備集沉淀、混凝、過(guò)濾、吸附于一體，處理效果顯著，安裝簡(jiǎn)單方便。②設(shè)備入水采用小型DL型離心水泵抽水，連續(xù)運(yùn)行，控制入水流速。③設(shè)備主體由鋼筋混凝土和優(yōu)質(zhì)碳素鋼兩種材料制成，堅(jiān)固耐用且耐高壓，容易滿足長(zhǎng)時(shí)間蓄水試驗(yàn)要求。④設(shè)備內(nèi)吸附填料為所選用活性炭，用篩網(wǎng)裝實(shí)填滿，添加與更換方便。具本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 活性炭的選擇

活性炭的主要原料幾乎可以是所有富含碳的有機(jī)材料，如煤、木材、果殼等。這些含碳材料在活化爐中，在高溫和一定壓力下通過(guò)熱解作用被轉(zhuǎn)換成活性炭。具有發(fā)達(dá)空隙結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積、特意的表面官能團(tuán)、穩(wěn)定的物理性和化學(xué)性，是優(yōu)良的吸附劑、催化劑或催化劑載體。

一般來(lái)說(shuō)，活性炭顆粒越小，過(guò)濾面積就越大。所以，粉末狀的活性炭總面積最大，吸附效果最佳，活性炭的吸附能力和與水接觸的時(shí)間成正比，接觸時(shí)間越長(zhǎng)，吸附后的水質(zhì)越佳。本試驗(yàn)因?yàn)橹饕芯刻幚砹鲃?dòng)原水，為了防止活性炭被沖走，所以選用顆?；钚蕴慷皇欠勰┗钚蕴?，注意:吸附的水應(yīng)緩慢地流過(guò)濾層。本實(shí)驗(yàn)選用了四種常用的顆?；钚蕴窟M(jìn)行吸附比較，主要是煤質(zhì)活性炭、木質(zhì)活性炭、果殼活性炭、椰殼活性炭。

圖1 炭砂濾地結(jié)構(gòu)圖

2 試驗(yàn)流程及試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)流程如下:處理水樣→混凝劑混凝→石英砂沉淀過(guò)濾→網(wǎng)狀活性炭吸附→送檢

實(shí)驗(yàn)在污水處理廠建立的小型濾池模型上進(jìn)行，濾池入水流速控制為1 m3/h。將已知濃度的硝基苯用母液稀釋至濃度為9.30 mg/L，在炭砂濾池中加入石英砂進(jìn)行過(guò)濾處理，然后投加混凝劑，投加量設(shè)為5 mg/L;最后將沉淀后的水樣通過(guò)自制的網(wǎng)狀活性炭，將過(guò)濾后的水樣進(jìn)行硝基苯濃度的測(cè)定。對(duì)四種不同種類的活性炭進(jìn)行試驗(yàn)比較，處理后水樣送環(huán)境監(jiān)測(cè)站檢測(cè)。

實(shí)驗(yàn)分析了水樣的吸光度，水樣經(jīng)過(guò)網(wǎng)狀活性炭，測(cè)得硝基苯的濃度，結(jié)果列于表1。

表1 處理后的硝基苯濃度

從結(jié)果看出，加入混凝劑再經(jīng)過(guò)石英砂和網(wǎng)狀活性炭，硝基苯的去除效果明顯。水樣經(jīng)炭砂濾池處理后，四種活性炭對(duì)其進(jìn)行吸附過(guò)濾，硝基苯去除率分別為 96.4%、97.8%、96.9% 和 97.4%，可見(jiàn)活性炭對(duì)苯類有很好的吸附效果，這是因?yàn)榛钚蕴渴侨鯓O性吸附劑，它對(duì)極性較弱的硝基苯具有較高的吸附效能。本實(shí)驗(yàn)的四種活性炭處理后的水樣COD指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 四種活性炭處理前后COD指標(biāo)

由此可見(jiàn)，四種活性炭處理后的水樣COD最高去除率達(dá)到94.9%，均能夠滿足相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，突發(fā)性環(huán)境污染事件發(fā)生的可能性也不斷增大，事故發(fā)生后的處理、處置也比一般的突發(fā)事件難度更大、更復(fù)雜，甚至在一定程度上可以說(shuō)，一旦污染事故發(fā)生，將無(wú)法進(jìn)行處置。至今發(fā)生的一系列突發(fā)環(huán)境事件往往按照個(gè)案處理，缺乏制度性考慮。本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)研究的炭砂濾池處理在經(jīng)濟(jì)上是可行的，按活性炭目前市場(chǎng)價(jià)7 000元/t來(lái)計(jì)算，處理一次重大污染事故水量約55萬(wàn)t，所需活性炭約600 t，花費(fèi)約420萬(wàn)元，這點(diǎn)成本對(duì)于污染后城市能夠及時(shí)供水的顯著經(jīng)濟(jì)效益是微不足道的。所以，炭砂濾池處理有機(jī)物污染的工藝在經(jīng)濟(jì)上是可行的。