Observing the use of activated carbon filtration

Abstract

Since the beginning of the year 1998 granular activated carbon filtration has been used at Helsinki Water Vanhakaupunki water treatment plant. There are 10 pairs of filters in the activated carbon plant. The first filter in a pair can be considered to function as a biological filter and the second one as an adsorption filter.

Nowadays humic substances are precipitated with ferric sulphate instead of aluminium sulphate previously used. The enhancement in the chemical precipitation has reduced the incoming load to the activated carbon filters. When the filter pairs are operated in series, as they are at the moment, the activated carbon filtration process is limiting the capacity of the Vanhakaupunki water treatment plant.

In the year 2004 the operation of the two-step GAC filter was compared with the operation of the single GAC filter at the Vanhakaupunki water treatment plant during six months. A study was carried out also to find out possibilities to develop current backwashing strategy. Main interests of the study were backwashing frequency and filter ripening sequence. Effluent from all GAC filters was analysed in terms of TOC to find out the influence of the ages of the GAC filters. Also effluent AOC was analysed from some of the GAC filters. Based on the TOC-analysis from all GAC filters a simple spreadsheet model was created in order to evaluate the need for reactivations.

During the six months monitoring only marginal enhancement was observed in the effluent of the two-step GAC filter compared with the single GAC filter in terms of TOC, ultraviolet absorbance at 254 nm and turbidity.

Extending the backwashing intervals of the GAC filters by one week did not cause any problems in the filtration during the study. The deterioration of water quality during the filter ripening sequence was successfully managed by swearing the filter effluent water for an adequate time. Extended terminal sub fluidization wash (ETSW) was used with the adsorption filter.

According to the spreadsheet model the TOC target value could be achieved at the Vanhakaupunki water treatment plant even though one annual reactivation was left out. Effluent AOC concentrations varied greatly between GAC filters.

Helsingin Veden Vanhankaupungin vedenpuhdistuslaitoksella on ollut aktiivihiilisuodatus käytössä vuoden 1998 alusta alkaen. Aktiivihiililaitos koostuu 10 suodatinparista, joita on ajettu sarjassa siten, että ensimmäinen suodatin toimii pääasiallisesti biologisena suodattimena ja jälkimmäinen suodatin adsorptiosuodattimena.

Aktiivihiililaitoksen käyttöönoton jälkeen vedenpuhdistuslaitoksella on vaihdettu saostuskemikaali alumiinisulfaatista rautasulfaattiin, minkä vuoksi aktiivihiilisuodattimille tuleva orgaanisen aineen kuorma on vähentynyt. Nykyisellä tavalla sarja-ajossa toimiva aktiivihiililaitos on vedenpuhdistuslaitoksella käsiteltävän veden määrää rajoittava prosessi.

Vuonna 2004 Vanhankaupungin vedenpuhdistuslaitoksella vertailtiin puolen vuoden ajan koesuodatinparien avulla sarja- ja rinnanajon vaikutusta aktiivihiilisuodatetun veden laatuun. Lisaksi aktiivihiilisuodattimien pesuja pyrittiin kehittämään nykyisiä olosuhteita paremmin vastaaviksi. Tutkimuksessa selvitettiin mahdollisuutta pidentää pesuvälejä sekä etsittiin pesutapaa, jolla kypsymisjakson aikaiset häiriöt saataisiin poistettua. Tutkimuksessa kartoitettiin myös eri-ikäisten suodattimien toimintaa suodattimilta lähtevän veden TOC-pitoisuuden ja vähäisissä määrin myös AOC-pitoisuuden suhteen. Kartoituksen perusteella tehtiin yksinkertainen taulukkolaskentamalli, jonka avulla arvioitiin reaktivointien tarvetta TOC:n tavoitetason saavuttamiseksi.

Puolen vuoden aikana sarjassa ajettava suodatinpari pystyi vain marginaalisesti parempaan puhdistustulokseen TOC:n, UV -absorbanssin ja sameuden mukaan arvioituna kuin yksittäinen rinnan ajettava suodatin.

Aktiivihiilisuodattimien pesuvälien pidentäminen viikolla ei tutkimuksen mukaan aiheuttanut ongelmia suodatuksessa. Kypsymisjakson aikaisen häiriön hallittu poistaminen onnistui viemäröimällä esisuodatusvesi. Toisen vaiheen suodattimen kohdalla viemäröinti onnistui käyttämällä kirjallisuudessa esitettyä ETSW -pesutekniikkaa.

Taulukkolaskentamallin mukaan Vanhankaupungin vedenpuhdistamolla päästäisiin nykyiseen TOC:n tavoitetasoon, vaikka vuosittaisten reaktivointien määrää vähennettäisiin yhdellä. AOC:n poistumisessa eri suodattimien välillä todettiin suuria eroja.