曰四方是什么字:粉末活性炭处理原水中溶解性机物的试验研究

粉末活性炭处理原水中溶解性机物的试验研究
金伟，徐祖信，曹达文
(同济大学环境科学与工程学院，上海200092)
摘要：采用模拟试验的方法，考察混凝剂与粉末活性炭(PAC)投加去除姚江原水溶解性有机物(DOC)的效果．试验结果表明，表征活性炭吸附性能的碘值与亚甲基兰值与有机物去除效果无显著相关性；混凝处理主要去除的是分子质量1×104 ～3×104 U区段的有机物，而粉末活性炭处理其他区段的有机物效果较好，尤其是分子质量小于l×104 U区段，去除率均在40％以上；混凝处理分子质量小于3×104 u区段的有机物效果较差，几乎全部依赖粉末活性炭去除，该区段质量分数占姚江原水的70％，这是处理姚江原水时粉末活性炭投加量相对较大的主要原因．
关键词：饮用水处理；粉末活性炭；有机物分子质量分布；溶解性有机物
中图分类号：TU 991．21 文献标识码：A 文章编号：0253—374X(2008)12—1670—04
粉末活性炭吸附是去除饮用水中微量有机物的有效方法之一．自1929年美国新米尔福水厂首次采用粉末活性炭去除氯酚产生的嗅昧以来，已有近80年历史，其对水中的色、嗅、味去除效果十分显著，对酚类、农药、消毒副产物及其前质物也有很好的吸附去除效果，特别适合在受突发性水污染事故影响及原水水质季节性变化较大的水厂应用．
本文主要通过混凝与粉末活性炭处理姚江原水中溶解性有机物的试验研究，探讨粉末活性炭吸附处理效果及原水有机物分子量分布对处理效果的影响，为粉末活性炭科学化应用提供借鉴．
1 材料与方法
1．1 试验用材料
试验所用的原水取自浙江姚江宁波段．原水主要的水质特性列于表1，其中，pDOC为溶解性有机物(DOC)的质量浓度．

试验选用的6个品种的粉末活性炭的吸附性能参数见表2．

1．2 试验研究方法
采用模拟静态吸附试验方法测定粉末活性炭去除原水中有机物的效果，即模拟水处理工艺中粉末活性炭与原水的接触时间、水力混合强度以及投加点等环境条件进行的静态吸附试验．具体试验条件与步骤如下．
按照模拟常规水厂的快速反肝絮凝条件设定搅拌转速和速度梯度G值(见表3)，并模拟粉末活性炭投加点将不同量的粉末活性炭投加人1．0 L原水中，根据表3设定的步骤采用六联搅拌机进行模拟吸附试验，然后取上层清液经0．45 m的膜过滤进行炭液分离和检测分析．

1．3 测试指标与测试方法
浊度采用美国Hach公司2100AN浊度仪测定，uv254吸光值采用上海分析仪器厂755B紫外分光光度仪测定，水样经0．45 um微滤膜过滤采用岛津D()C一500总有机炭分析仪测定DOC质量浓度，其他水质指标采用国家标准分析方法测定．
分子量分布采用美国Milpore公司生产的Amicon的YM 系列超滤膜测定，膜材质为改性醋酸纤维素，截留分子量为3×104 ，1×104 ，3×103和1×103u的分子．超滤膜在使用前用超纯水过滤，直至出水的UV254和超纯水一致，然后浸泡在超纯水中置于4℃的冰箱中保存使用．膜过滤采用平行法，即水样用0．45 m微滤膜过滤后，分别通过3×104 ，1×104 ，3×103 和1×103 u的超滤膜．测定过滤液的pDOC，Uv254指标，各个分子量区间的有机物去除量由差减法加权平均得到．
2 结果与讨论
2．1 粉末活性炭品种的选择试验
试验数据的统计学分析表明(见表4)，活性炭吸附性能参数(碘值、亚甲基兰值)与有机物DOC去除量之间显著性概率P均大于0．05，没有显著的相关性．
现行的商品活性炭通常采用碘值和亚甲基兰值来衡量和评价活性炭的吸附性能，一般而言，碘值和亚甲基兰值越大，活性炭的吸附性能越好．但碘值和亚甲基兰值均是表示活性炭达到吸附平衡时的吸附容量，而粉末活性炭应用于常规水厂的混合一絮凝池中，其吸附时间仅20～30 main，通常远低于粉末活性炭达到吸附平衡所需的时间，所以未达到吸附平衡．而且由于水中有机物组分是复杂的且分子量各不相同，以表征单一物质的活性炭吸附性能参数就不能很好地反映对水中有机物的吸附效果．因此不能仅根据商品活性炭所标明的碘值和亚甲基兰值来选择所需的粉末活性炭，而应针对处理不同的原水水质特点和投加粉末活性炭的反应器的具体吸附时间和水力条件，通过模拟吸附试验选择合适的活性炭品种和型号．

2．2 粉末活性炭投加量的选择
为满足卫生部生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)要求，以有机物去除率大于50％为目标，选择适合姚江原水特性的木质炭SM 和果壳炭SG品种，采用静态模拟搅拌试验方法选择活性炭投加量．试验条件为投加25 mg/L聚合氯化铝混凝剂，混凝剂投加后约10-20 s投加粉末活性炭。
图1显示，随着粉末活性炭投加量的增加，有机物去除效果均呈增加的趋势．木质粉末活性炭(SM)投加量为100 mg/L 时，通过UV254测定的有机物去除率也只能达到50％左右，对应的DOC去除率为40％左右(图la)；果壳粉末活性炭(SG)在投加量为100 mg/L 时，DOC的去除率基本达到50％左右，UV254下降了50％(图1b)，略优于木质粉末活性炭．

2．3 有机物分子量分布的影响
姚江原水中大分子(分子质量大于3×104 u)的有机物含量较少，质量分数仅为6％左右；小于3×10 3u的DOC质量分数相当高，为69．1％，对应的Uv254测定下分子质量小于3×103 u的有机物质量分数为69．6％(见表5，其中硼指质量分数)．Uv254值和DOC含量均是反映水中有机物的指标，uV254值是间接反映芳香族有机物和带双键有机物多少的综合指标．姚江原水的特点是低分子量(小于3×103u)的有机物的含量接近70％，且以饱和键的有机物为主．图2和图3试验条件为聚合氯化铝混凝剂投加量
为25 mg/L，粉末潘f生炭投加量为100 mg/L 时，姚江原水经过常规混凝处理和常规混凝同时活性炭处理后的有机物去除率特点．数据表明，联合投加混凝剂和粉末活性炭时去除有机物效果较好，以UV254 测定各分子量区间有机物去除率大于50％，大于3×104 u区间的有机物去除率达到了100％，而在此区间的DOC去除率仅为20％左右，说明在该分子量区间，联合投加工艺对于不饱和键有机物去除效果良好．

图2、图3表明，常规混凝处理过程主要去除的是原水中大于1×104 u分子量区段的有机物，DDC的去除率达到55％以上，uV254值下降超过75％，而对其他各分子量区段有机物去除率均不足10％，处理效果较差．这说明一般混凝仅对分子量较大的有机物具有处理效果，这一试验现象与其他研究人员的报道基本一致．数据表明，混凝处理3×103～l×104 u区间的有机物效果差，可能由于混凝剂带人了干扰有机物测定的物质，使有机物去除率均表现为负值，这需要通过进一步的试验研究验证．
粉末活性炭对分子质量1×10 4～3×104 u区段以外的各区段的DOC去除率达到30％以上，Uv254值下降超过50％；但是在1×10 4～3×104 u区间，DOC去除率为一23％左右，而Uv254下降仅为5％左右，原因之一可能是活性炭带人了分子质量在1×104 ～3×104 u区间的有机物，这需进一步验证．活性炭与混凝在有机物各区段处理效果基本上是互补的，混凝处理主要作用在1×104 ～3×104 U区段，在其他各区段处理效果较差，而活性炭处理的区段正好与此具有互补性．研究表明，以黄浦江原水为处理对象时，粉末活性炭对分子质量大于103u区段的有机物均有较好的去除效果．试验表明，对于分子质量小于3×103u的有机物，混凝处理效果相对较差，几乎完全依靠粉末活性炭吸附去除，这也是处理姚江原水时活性炭投加量相对较高的主要原因．
3 结论
(1)姚江原水浊度和有机物含量均较低，有机物主要是由近70％的低分子量(分子质量小于3×103 u)有机物组成．
(2)粉末活性炭吸附性能参数碘值和亚甲基兰值与有机物去除效果之间无显著相关性，应依据所处理的原水和工艺条件通过静态吸附试验选择合适的粉末活性炭品种．
(3)混凝和活性炭处理姚江原水中的有机物时，混凝处理主要去除的是1×104～3×103 U区段的有机物，而粉末活性炭对其他区段的有机物去除效果较好，两者的作用是互补的．对于分子量小于3×103 u的有机物混凝处理去除效果非常不理想，几乎完全依靠粉末活性炭去除，这是处理姚江原水时粉末活性炭投加量相对较高的主要原因．
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