小型炭砂滤池在应急污染处理中的试验研究

赵胜勇，杨晓刚

(河南省化工研究所有限责任公司，河南郑州 450052)

化学污染物高浓度有机物在突发事件中流入河水，能造成重大污染事件，给河流沿岸城市，特别是居民的饮用水安全，构成了严重威胁。如何实施应急处理技术措施，有效控制有机污染物，在短时间内恢复供水是一个迫切的课题。

炭砂滤池作为应急处理中的重要单元，是利用原有的无烟煤/石英砂双层滤池，将其中的无烟煤滤料全部更换为活性炭滤料来实现的。采用这种方式，能够同时利用活性炭吸附作用和石英砂物理拦截作用，去除水中的微量有机物和交替颗粒物，有效改善出水水质;由于石英砂滤层厚度相对较低，因此对进水水质变化较为敏感，浊度易穿透。目前在瑞士、日本、美国等地，都有炭砂滤池这种过滤方式，但由于国内外水源水质差别较大，炭砂滤池在我国的应用较少。由于炭砂滤池的实施，仅须用活性炭滤料替换原有滤池中的部分滤料，可迅速投产使用，有效提高供水水质，因此在城镇安全保障与应急处理研究中，系统开展炭砂滤池的应用研究，将为我国城镇供水安全保障与应急体系建设提供重要的技术支撑。随着活性炭种类的发展，炭砂滤池中的活性炭种类选择是目前研究课题的重要课题。

1 炭砂滤池设计以及活性炭的选择

1.1 设备特点

①设备集沉淀、混凝、过滤、吸附于一体，处理效果显著，安装简单方便。②设备入水采用小型DL型离心水泵抽水，连续运行，控制入水流速。③设备主体由钢筋混凝土和优质碳素钢两种材料制成，坚固耐用且耐高压，容易满足长时间蓄水试验要求。④设备内吸附填料为所选用活性炭，用筛网装实填满，添加与更换方便。具本结构如图1所示。

1.2 活性炭的选择

活性炭的主要原料几乎可以是所有富含碳的有机材料，如煤、木材、果壳等。这些含碳材料在活化炉中，在高温和一定压力下通过热解作用被转换成活性炭。具有发达空隙结构、巨大的比表面积、特意的表面官能团、稳定的物理性和化学性，是优良的吸附剂、催化剂或催化剂载体。

一般来说，活性炭颗粒越小，过滤面积就越大。所以，粉末状的活性炭总面积最大，吸附效果最佳，活性炭的吸附能力和与水接触的时间成正比，接触时间越长，吸附后的水质越佳。本试验因为主要研究处理流动原水，为了防止活性炭被冲走，所以选用颗粒活性炭而不是粉末活性炭，注意:吸附的水应缓慢地流过滤层。本实验选用了四种常用的颗粒活性炭进行吸附比较，主要是煤质活性炭、木质活性炭、果壳活性炭、椰壳活性炭。

图1 炭砂滤地结构图

2 试验流程及试验结果

试验流程如下:处理水样→混凝剂混凝→石英砂沉淀过滤→网状活性炭吸附→送检

实验在污水处理厂建立的小型滤池模型上进行，滤池入水流速控制为1 m3/h。将已知浓度的硝基苯用母液稀释至浓度为9.30 mg/L，在炭砂滤池中加入石英砂进行过滤处理，然后投加混凝剂，投加量设为5 mg/L;最后将沉淀后的水样通过自制的网状活性炭，将过滤后的水样进行硝基苯浓度的测定。对四种不同种类的活性炭进行试验比较，处理后水样送环境监测站检测。

实验分析了水样的吸光度，水样经过网状活性炭，测得硝基苯的浓度，结果列于表1。

表1 处理后的硝基苯浓度

从结果看出，加入混凝剂再经过石英砂和网状活性炭，硝基苯的去除效果明显。水样经炭砂滤池处理后，四种活性炭对其进行吸附过滤，硝基苯去除率分别为 96.4%、97.8%、96.9% 和 97.4%，可见活性炭对苯类有很好的吸附效果，这是因为活性炭是弱极性吸附剂，它对极性较弱的硝基苯具有较高的吸附效能。本实验的四种活性炭处理后的水样COD指标见表2。

表2 四种活性炭处理前后COD指标

由此可见，四种活性炭处理后的水样COD最高去除率达到94.9%，均能够满足相应的国家标准。

3 经济效益分析

随着经济的迅速发展，突发性环境污染事件发生的可能性也不断增大，事故发生后的处理、处置也比一般的突发事件难度更大、更复杂，甚至在一定程度上可以说，一旦污染事故发生，将无法进行处置。至今发生的一系列突发环境事件往往按照个案处理，缺乏制度性考虑。本项目所设计研究的炭砂滤池处理在经济上是可行的，按活性炭目前市场价7 000元/t来计算，处理一次重大污染事故水量约55万t，所需活性炭约600 t，花费约420万元，这点成本对于污染后城市能够及时供水的显著经济效益是微不足道的。所以，炭砂滤池处理有机物污染的工艺在经济上是可行的。