陈国光，上海市供水调度监测中心教授级高级工程师，早年奋战在供水行业科研和运行第一线，积累了丰富的理论和实践经验。随后陈教授作为政府部门从事水质检测和监管工作，对上海自来水的水质保障做出了突出的贡献。经过数十年的积累，陈教授对于水厂的运行和管理已然形成了一套独到的经验和观点，并提出了“以前是宏观治水，现在应当是微观治水”的精细化水厂运行管理观点。经陈教授口述，《净水技术》杂志社将大量宝贵的干货分篇后，借此系列文与广大供水同行分享。
水厂的深度处理工艺，目前主流的工艺选择为臭氧-活性炭工艺。其中，生物活性炭滤池，通过吸附和生物降解两个功能，实现了对水中浊度的去除，和有机物的降解。
活性炭材质和种类众多，我们水厂一般选用什么炭？
陈教授：水厂我们常使用煤质活性炭，细分包括活化无烟煤、活化烟煤、压块（片）破碎活性炭、圆柱破碎活性炭等。其中活化无烟煤和活化烟煤虽然相对价格便宜，但是吸附性能较差，或孔隙分布局限性较大，所以较少使用。常见的主要是压块（片）破碎活性炭和圆柱破碎活性炭。这两类活性炭的孔隙分布相对较为合理，适用于水厂工艺，但是又各有千秋。压块（片）破碎活性炭表面相对粗糙，易形成生物膜，但所需的冲洗频率较高，易破碎，会导致活性炭滤池中漂浮物增多，且再生获得率低。而圆柱破碎活性炭表面相对比较光滑，不容易挂膜，但冲洗频率较低，使用寿命较长。此外，还有很多我们所熟知的活性炭，例如果壳碳、竹炭等，但由于这些炭的机械强度较低，不适用于水厂的反冲洗，一般都用在家用净水器上。而市政供水中还会经常被用到的粉末活性炭，则大多为竹炭材质，主要原因是粉末活性炭一般都是不经回收的一次性使用，所以竹炭机械强度差的缺点就不存在了。
对活性炭而言，怎么样的孔隙率分布是最好的？
陈教授：活性炭的孔径按尺寸分，可分为微孔、中孔和大孔。其中大孔（R>500A°）可截留一般的微生物，中孔（20A°<R<500A°）可截留较大分子量的有机物，而小孔（R<20A°）则可截留小分子的有机物。但是对于活性炭而言，并非孔径越小即越好。和膜工艺不同，活性炭滤池不仅仅需要起到物理过滤的作用，还需要起到对其他物质的生物降解功能，合理的孔径分布，即可保证物理过滤效果，也能为微生物的生长提供空间，并能对目标的污染物有效去除。因此，对于活性炭而言，我们更加看重的是它的孔隙率分布。例如我们在大量的实践和研究中发现，当活性炭大孔（R>500A°）占到60%以上时，对氨氮的去除效果最好，同时，当中微孔（R<500A°）占到40%左右时，对致嗅物质（MIB-2，土溴素）的去除效果最好。
活性炭吸附和生物降解的主要机理是怎么样的？
陈教授：活性炭对污染物的吸附是一个物理过程，按经验，活性炭的孔径除以1.7，大约是这个孔径可有效吸附的污染物尺寸，实际运行中发现微孔和中孔主要起到的就是吸附作用。而大孔的作用更多在于为微生物的生长提供空间，也就是为生物膜的生长提供条件。在实际运行的过程中，活性炭通过吸附水中的微量有机物AOC，可为微生物的生长提供碳源；进入生物炭滤池的臭氧被还原为氧气后，同样也是微生物生长必要的条件；同时，由于吸附是可逆的，被活性炭所吸附的大部分有机物，都可能脱附从而成为微生物生长的营养源；而微生物自身的代谢产物，同样也能促使生物膜一直处于良好的状态。所以活性炭吸附和生物降解不是相对独立的，而是相互依托共同作用的结果。当生物活性炭始终处于良好的工作状态，供水水质的提升自然就相当可观了。
那生物炭滤池的冲洗频率应当如何来判断？
陈教授：生物炭滤池的冲洗，实际上就是为活性炭生物膜的新陈代谢提供辅助条件，可以使老膜脱落，让新膜生长。但是冲洗的频率应当科学的选定，频繁的冲洗，会导致生物膜的生长被影响，无法有效发挥生物降解功能；而冲洗频率较低，则可能导致生物菌疯长，堵塞滤池，直接导致出水浊度增高以及带来生物穿透滤池等问题。根据长期的运行经验，冬季由于微生物生长较慢，冲洗频率一般可以为5~7天一次，而夏季冲洗频率一般较高，可以为3~4天一次，但具体的冲洗频率依然需要根据原水和出水浊度、滤池前后的水头损失情况等来进行综合考虑。
很多水厂在实际运行的时候，高度重视生物泄漏的问题，也在通过调整砂滤池和活性炭滤池的前后顺序来比对出水效果。根据运行情况来看，先炭后砂的工艺顺序对生物泄漏的控制效果较好，但差距并不非常明显，还是应当从冲洗频率的控制，以及在平流沉淀池通过加氯杀藻的方式，来解决浮游植物和浮游动物生物泄漏的问题。
作为水厂的一种常用材料，活性炭是否需要更换？
陈教授：活性炭是一种净水工艺中的耗材，一定不是一劳永逸的事，肯定需要更换。但是否更换，应该进行科学的判定。我认为，判断活性炭是否需要更换，可以参考几个方面：（1）是否破损、是否影响过滤效果；（2）对有机物的去除效果对比常规工艺是否提高超过15%；（3）嗅味合格率是否明显降低；（4）对消毒副产物的去除效果对比常规工艺是否超过20%，理想状态应当到50%以上。
根据我们在黄浦江上游水源水厂的实践，我认为活性炭的更换频率应该在5~6年之间。这里需要强调的一个观点是，自来水制水应当是一个公益事业，应将公益性放在经济性之前。满足国家标准的100%达标仅仅是制水工作的合格线，我们应当追求的是更高的自来水标准。多年以前有一位日本专家表示，他们的水厂的出厂水始终坚持以国家标准限值的十分之一为目标，我认为这个观点也应该为我们所认真学习。
至此，陈教授关于深度处理工艺的分享暂告一段落。除了精彩的专业知识分享和如数家珍般的经验数据积累，陈教授所提出的“100%达标仅仅是合格要求”让我感触良多。2035年上海已提出全面实现高品质饮用水的目标，这就是一种在100%达标基础上追求更好水质目标的决心。
推荐参考
江文华.水厂臭氧投加精确控制的问题与思考,2017-07-25.
段友丽.国内外净水用活性炭产品标准发展历程与对比分析, 2017-01-24 .
张慧,吴超,何欢,周红中,段友丽. 生物活性炭运行监测技术与应用实践, 2017-03-31.
宋思杨,吴超, 何欢, 王蒙蒙, 刘雪莲. 活性炭过滤工艺在上海市饮用水深度处理中的应用 ,2017-06-07.
联系客服
