飲用水廠活性炭更換，由于氣候變化，很多自然飲用水中存在天然有機(jī)物質(zhì)增多。這些有機(jī)物能與氯結(jié)合形成致癌消毒副產(chǎn)物，促進(jìn)水中的細(xì)菌再生，并產(chǎn)生顏色，味道和氣味，進(jìn)一步影響飲用水的質(zhì)量。活性炭過濾是許多飲用水凈化設(shè)施的步驟，可提高分布式水質(zhì)的穩(wěn)定性。

　　活性炭的更換改善飲用水過濾

　　介紹的飲用水處理廠有七個(gè)使用活性炭的過濾器，可從上游上流式快速砂濾器接收濾液。來自兩個(gè)大廳的水從兩個(gè)相反的方向進(jìn)入七個(gè)過濾器中的活性炭(圖1)。過濾器中的介質(zhì)由三層組成。使用來自飲用水廠的成品水每96小時(shí)進(jìn)行過濾器的反洗，以洗掉吸附的絮凝物并限制過濾器上的生物生長。在活性炭沒有更換之前，所有過濾器都包含老化的活性炭(>3年)。可以得知，假設(shè)每個(gè)過濾器充當(dāng)物理和生物過濾器，3年后活性炭幾乎沒有吸附能力，所以活性炭必須得定期更換。

　　活性炭過濾系統(tǒng)改進(jìn)

　　我們研究了五個(gè)活性炭的過濾器，其中三個(gè)在實(shí)驗(yàn)期間被改造(F4，F(xiàn)6和F7)，兩個(gè)作為沒改造的對(duì)比。由于在活性炭之前沒有采樣點(diǎn)，因此使用建立了一個(gè)數(shù)值模型，以計(jì)算進(jìn)入每個(gè)過濾器的水量。這表明A室向過濾器F1，F(xiàn)6和F7供水，而B室則向過濾器F3，F(xiàn)4和Rf5供水。參考濾波器Rf2主要接收來自A室的水(來自A室的73%)。因此，將修改的濾波器F6和F7與參考濾波器Rf2進(jìn)行比較，并將修改的濾波器F4與參考濾波器Rf5(圖1)進(jìn)行比較。

　　圖1：連續(xù)上流砂濾器和活性炭平行下游過濾器的示意圖。深灰色框(F4，F(xiàn)6和F7)是經(jīng)過改造的活性炭過濾系統(tǒng)，淺灰色框(Rf2和Rf5)是未改造參考活性炭。存在附加過濾器(F1和F3)。

　　在本研究的實(shí)驗(yàn)過程中，活性炭的修改如下：在改進(jìn)的活性炭濾器中，10%床層高度飽和活性炭被新的活性炭取代，該新活性炭浸泡在清水中24小時(shí)幾小時(shí)去除過濾介質(zhì)中的任何吸附空氣。在改造過程中，改造后的過濾器不能運(yùn)行，水流量增加到其他過濾器。為了避免在實(shí)驗(yàn)期間破壞飲用水的總體供應(yīng)，對(duì)不同的過濾器依次進(jìn)行改造。使用新活性炭補(bǔ)充過濾器的過程大約需要40小時(shí)，其中包括以下步驟：

　　1.安裝液壓泵和噴射器，通過在過濾器周圍操縱抽吸軟管，從過濾器上除去頂層活性炭漿液。泵送時(shí)間與需要移除的活性炭質(zhì)量成比例。

　　2.將浸泡過的新活性炭分配到舊過濾材料之上。分發(fā)時(shí)間與要更換的活性炭的質(zhì)量成正比。

　　3.通過反復(fù)反沖洗過濾器，從新活性炭中消除黑色碳粉和灰分。由于高細(xì)顆粒，通常丟棄第一濾液。反洗時(shí)間與補(bǔ)充的活性炭質(zhì)量成正比

　　4.在將過濾器恢復(fù)使用之前，通常要檢查生物水質(zhì)。

　　新的活性炭具有微孔結(jié)構(gòu)，因此預(yù)期有利于小有機(jī)化合物相對(duì)于較大的有機(jī)化合物的吸附。由于現(xiàn)有的活性炭和添加的活性炭具有相似的密度和大小，因此在反沖洗過程中它們會(huì)徹底混合，以便新的活性炭在整個(gè)活性炭過濾器中分布。重要的是，添加的活性炭密度與現(xiàn)有活性炭相匹配，并在整個(gè)濾器中均勻分布。不然過濾介質(zhì)將不會(huì)徹底清潔，可能活性炭將在反洗過程中被沖洗掉。

　　圖2：改造后的(F6，F(xiàn)7和F4)和參考(Rf2和Rf5)過濾器中活性炭對(duì)有機(jī)物級(jí)分的去除效率。誤差棒表示通過誤差傳播計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)誤差(N=4)。

　　改進(jìn)活性炭過濾器中有機(jī)物質(zhì)的去除效率

　　活性炭對(duì)所有光學(xué)活性(吸收/發(fā)熒光)有機(jī)物和有機(jī)碳的總體去除效率如圖2所示。該圖上的誤差條表示由誤差傳播方法計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)誤差，并且對(duì)于熒光測量而言最小。圖2表明，與有機(jī)碳代表的較寬有機(jī)物池和不發(fā)熒光的UV吸收分?jǐn)?shù)相比，本研究中的生物過濾器優(yōu)先去除有機(jī)物組分。有機(jī)碳的相對(duì)低的去除表明大部分有機(jī)物池由非熒光部分組成，具有相對(duì)差的去除。然而，在活性炭補(bǔ)充后，包括有機(jī)碳在內(nèi)的所有三種級(jí)分的去除均得到改善，表明對(duì)有機(jī)物去除具有積極的總體影響。由于沒有與新活性炭相關(guān)的生物去除，增加的去除最可能歸因于吸附到新的活性炭過濾材料上。

　　活性炭更換的經(jīng)濟(jì)方面

　　從經(jīng)濟(jì)角度來看，添加一層活性炭比再生或更換一整罐的活性炭更經(jīng)濟(jì)。雖然改造活性炭過濾器有一些固定成本(例如管理和安裝時(shí)間，泵的采集和安裝，生物測試)，但大部分成本與將要更換的活性炭數(shù)量成正比，提取和分配泵的時(shí)間，反洗時(shí)間，運(yùn)輸和處置成本)。生物活性炭系統(tǒng)的運(yùn)營成本遠(yuǎn)低于活性炭系統(tǒng)，估計(jì)節(jié)省約2-3倍，包括延長4-5倍的使用壽命。在活性炭生物過濾器中保持了90%的過濾介質(zhì)，因此在新活性炭提高吸附的同時(shí)，生物降解繼續(xù)有助于有機(jī)物的去除。

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