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游泳池水处理中活性炭的应用

2012-11-13 17:21阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/2885907165

游泳池水处理中活性炭的应用
——游泳池可以这样设计和维护之十
1 概述
游泳池水处理的活性炭过滤已经是很成熟的技术了，为什么今天又重提它，主要有下面几个原因：
a 国外的很多研究证实了活性炭可以吸附游泳池水氯消毒的副产物DBPs，从而有效地改善了水质和室内游泳场所空气质量。我国目前在游泳池水消毒中只用活性炭来吸附臭氧消毒时水中残余臭氧和反应罐吸附罐的臭氧残余尾气，但对于采用氯消毒时并没有采用活性炭吸附DBPs的工艺。
b 国外水处理和空气处理对活性炭的需求逐年迅速提高，引起了国内学者和专家的关注，在对活性炭进行深入研究的基础上，取得了很多重大发现。
c 我国是全球活性炭生产和出口最多的国家，出口依存度高达70%。我们可以充分利用这种资源优势，对国内游泳池水质的深化处理和对室内游泳场所空气质量的保证进行进一步的提升。

d 小资料：


图1 美国2008-2011年活性炭的进口量（在对中国的活性炭进行反倾销的背景下）[1]
2006年4月4日，美国商务部对原产于中国的活性炭进行反倾销立案调查，10月5日，美国商务部对原产于中国的活性炭反倾销案作出初裁，裁定其倾销幅度为13.78%～228.11 %。2007年3月2日，美国商务部对该案作出反倾销终裁，裁定中国涉案企业的倾销幅度为62.08%～228.11%。2009年5月29日，美国商务部对该案进行行政复审调查。2012年3月1日，美国商务部对该案进行反倾销日落复审调查。图1为美国2008-2011年间进口活性炭的统计图，图上的说明指出，在过去的4年里，美国的活性炭的进口量成倍本的增长。
2 活性炭的性能
2.1 活性炭的释义
《现代汉语词典》中的活性炭词条释义“吸附能力很强的炭，是把硬木、果壳、骨头等放在密闭的容器中烧成炭再增加其孔隙后制成的。防毒面具中用来过滤气体，工业上用来脱色、使溶液纯净，医药上用来吸收胃肠中的毒素、细菌或气体。”
2.2 活性炭的吸附特性
活性炭是由含炭为主的物质作原料，经高温炭化和活化制得的疏水性吸附剂。活性炭含有大量微孔，具有巨大的比表面积，它的吸附特性包括物理吸附和化学吸附。活性炭的吸附性既取决于孔隙结构，又取决于化学组成。活性炭不仅含碳，而且含少量的化学结合、功能团等，例如羰基、羧基、酚类、内酯类、醌类、醚类。这些表面上含有的氧化物和络合物，有些来自原料的衍生物，有些是在活化时、活化后由空气或水蒸气的作用而生成。有时还会生成表面硫化物和氯化物。在活化中原料所含矿物质集中到活性炭里成为灰分，灰分的主要成分是碱金属和碱土金属的盐类，如碳酸盐和磷酸盐等。活性炭可去除二级出水中大多数有机污染物和某些无机物，包含某些有毒的重金属，并能有效地去除色度、臭味等，国内主要用于给水深度处理中。
有资料显示，活性炭能有效吸附氯代烃、有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂，还能吸附苯醚、正硝基氯苯、萘、乙烯、二甲苯酚、苯酚、DDT、艾氏剂、烷基苯磺酸及许多酯类和芳烃化合物。活性炭对三卤甲烷(THMs) 的去除能力较低，仅达到23-60%，而对卤乙酸(HAAs) 的去除能力较高，运行2年的活性炭对HAAs仍有54.6%的吸附率。


运行条件：装炭高度1.5m，滤速8—10m/h，过滤周期96h。[2]

2.3 活性炭吸附的饱和性和可逆性
活性炭的饱和期与使用环境的污染源类别和污染程度等有直接关系，在游泳池使用活性炭进行深化吸附处理时，要根据实际情况及时判断活性炭是否已经饱和，活性炭饱和后就不再有功效甚至成为新的污染源。


图2 活性炭吸附能力q与被吸附物C特性曲线

图3 活性炭吸附能力q与被吸附物C的吸附示意图（注意其可逆性）
活性炭吸附主要是物理过程，因此还可以采用高温蒸汽将使用过的活性炭内之杂质进行脱附，并使其恢复原有之活性，以达到重复使用的目的，具有明显的经济效益。再生后的活性炭其用途仍可连续重复使用及再生。
3 游泳池水处理和空气处理中的活性炭应用的实践和构想

3.1 游泳池池水处理中的活性炭
3.1.1活性炭过滤器（适用设备图4）
这是一种现有的最直接的处理方式，多用于在石英砂过滤后和臭氧反应罐后吸附和处理水中残余臭氧，已有现成的设备和技术。现在可以它用来在游泳池氯消毒的水处理工艺系统里，在石英砂、硅藻土、滤芯过滤器之后，采用活性炭吸附游泳池水氯消毒的副产物DBPs。设备条件：在采用一般游泳池专用循环泵时，其扬程比单个石英砂过滤器时水泵的扬程高3-5米，可选用变频水泵；深层过滤器以满足和留出活性炭反冲洗膨胀率的净空、深层过滤器需带有观察视窗、不得采用滤层小的过滤器或一般标准过滤器，过滤器的最大工作压力大于或等于4kg/cm2.
3.1.2活性炭在多层次滤料中（适用设备图4）
在石英砂过滤器的沙床（最上层10cm）的下面放入20cm厚度的活性炭层，其粒径可在0.6-1mm(石英砂粒径0.4-0.8mm)，这样就能同时实现石英砂过滤的拦截和比重分层去除污染物，与活性炭对水溶性有机污染、胶体污染和菌毒的吸附作用，约2年的时间里当活性炭饱和后（不同的污染程度其饱和时间会有所不同），将最上层的石英砂滤床和活性炭滤料一起全部清除，再放入新的活性炭和石英砂滤料，也同时起到清除生物膜的作用。设备条件与3.1.1相似，水泵扬程比单一石英砂过滤介质器时水泵的扬程高2米左右，观察视窗开在活性炭滤层的位置。


图4 用于活性炭吸附的深层过滤器

图5 用于活性炭吸附的硅藻土过滤器
3.1.3硅藻土过滤器用活性炭粉末滤料助滤和吸附（适用设备图5）
采用硅藻土过滤器，用相同粒径（目数）的活性炭代替硅藻土，为避免破碎的活性炭透过格网流入游泳池，过滤系统应设计外循环管路，在挂膜时让流出全部水流（带有细颗粒的活性炭）通过外循环管路，把破碎的硅藻土再与水流一起流过滤器，在已挂膜的格网的外层再挂一层细粒径活性炭颗粒的膜。设备条件：硅藻土过滤器和所配置的水泵。
3.1.4硅藻土过滤器用硅藻土活性炭混合粉末滤料助滤和吸附（适用设备图5）
采用硅藻土过滤器，用相同粒径（目数）的活性炭按照一定的比例与硅藻土混合的滤料作为助滤剂，其它方面与3.1.3相同。
3.1.5游泳池水质活性炭处理的紧急和临时措施（适用设备图4）
在游泳池池水水质不平衡、化学消毒薄弱而使泳池浑浊、藻类爆发、池水呈现不同颜色、尿素超标，还有在池中呕吐、大小便、出血或急需对池水进行优化的临时处理时，可将粒度很小的活性炭调和成糊状，从水泵和砂缸之间设置的专门的投加器里冲入石英砂过滤器，或将糊状的活性炭从撇沫器或毛发聚集器冲入石英砂过滤器，在石英砂过滤沙床上面就自动形成一层活性炭助滤和吸附膜，待到紧急和临时处理目的达到后，再进行反冲洗，把粉末状的接近饱和的活性炭冲洗掉。这种过程可以在急需时多次和反复进行，当然也要结合必要的化学冲击、调整水质平衡等措施。设备条件：在采用一般游泳池专用循环泵时，其扬程比没有硅藻土滤料时水泵的扬程高2米左右，可选用变频水泵；深层过滤器或标准过滤器、不得采用滤层小于标准的过滤器，过滤器的最大工作压力大于或等于4kg/cm2.
3.1.6游泳池水质活性炭处理的简化和方便措施（适用设备图4）
将小沙包状的大网孔、大粒径的活性炭小包（类似于家庭净化室内空气的活性炭小包，下文简称小炭包）摆放在石英砂过滤器滤床上面一层，当水流流入石英砂过滤器时，小炭包就会吸附水中污染物，如毒素、细菌、异味、色素等。它对已建游泳池的水处理系统进行深度净化时独具作用，这种简化和方便的措施可放入砂缸里长期使用，也可作为紧急和临时措施使用。对于中小型游泳池，公共游泳池1-2年更换一次小炭包、私家2-3年更换一次小炭包。设备条件：在采用一般游泳池专用循环泵时，其扬程比单个石英砂过滤器时水泵的扬程高2米左右，可选用变频水泵；深层过滤器或标准过滤器、不得采用滤层小于标准的过滤器，过滤器的最大工作压力大于或等于4kg/cm2.
4. 游泳池活性炭水处理对设备的要求
4.1 对过滤器的要求
a 类石英砂过滤器时：必需采用深层过滤器以满足和留出活性炭反冲洗膨胀率的净空、过滤器需带有观察视窗用于观察活性炭的饱和情况，不得采用滤层浅的过滤器或一般标准过滤器，过滤器的最大工作压力大于或等于4kg/cm2。
b 类硅藻土过滤器时：直接采用硅藻土过滤器，但必须做外循环管路系统。外循环管路在挂膜时让流出的全部水流（带有细颗粒的活性炭）通过外循环管路，把破碎的硅藻土再与水流一起流入过滤器，在已挂膜的格网的外层再挂一层细粒径活性炭颗粒的膜。
4.2 对水泵的要求
a 类石英砂过滤器时：在3.1.1时变频水泵或三速水泵、如果采用一般的水泵时，其水泵扬程要多加一个活性炭过滤器的压头；在3.1.2、3.1.5和3.1.6时，比没有硅藻土滤料时水泵的扬程高2米左右。
b 类硅藻土过滤器时：在3.1.3和3.1.4时，可直接采用硅藻土过滤器和所配置的水泵。
5游泳池活性炭水处理对游泳池室内空气的影响
研究显示，活性炭对三卤甲烷(THMs) 的去除能力23-60%，而对卤乙酸(HAAs) 的去除能力较高，运行2年的活性炭对HAAs仍有54.6%的吸附率。当活性炭吸附了一部分游泳池氯消毒的副产物DBPs后，这些有害污染物的挥发性就会有所降低，从而改善了游泳馆室内空气的质量。

致谢
该文是在傅文华先生的指导和提供资料的帮助下写成的，在此表达深深的谢意！文中的观点是作者对自己长期从事游泳池技术经验的总结和对国内外技术、设备、资料的研究和借鉴，文中若存在问题或错误全由作者本人负责，并欢迎指正、探讨和提出不同意见。
参考文献：
1. Ken Schaeffer The Activated Carbon Market 2012 Supply and Pricing Update Water Conditioning & Purification June 2012
2. 侯延民李松田等活性炭多水中有机物吸附的选择性松辽学刊（自然科学版）2001年2月
3. Amos Turk CARBON ADSORPTION Activated Carbon
4. Meike Kramer Haloacetonitriles–another important group of disinfection byproducts in swimming pool water Swimming Pool & SPA International Conference 2009 - London, March 2009
作者 刘春生：《易商资讯》特聘技术专家
联系地址：易商杂志社
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本文来源易商网——中国泳池沐浴SPA温泉门户网站

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