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活性炭吸附受污染河水中有机物的三维荧光分析
作者:管理员    发布于:2017-11-16 09:03:33    文字:【】【】【

  基金项目:国家水体污染控制与治理科技重大专项(2009ZX07314 -009);北京市重大科技专项(D07060601980802);北京市科技新星计划项目(2009B31)活性炭因其优异的吸附性能而被称为“的吸附剂”,在去除水中农药、杀虫剂等微量污染物方面是其他处理工艺难以取代的,在控制水体的臭味以及保证饮用水的生物稳定性等方面也有重要的作用,目前活性炭吸附技术在受污染饮用水源水及污(废)水的处理中已得到越来越广泛的应用。

  三维荧光光谱(EEM)技术是一种新型的水质分析方法,荧光光谱像指纹一样与水样一一对应,被称为水质荧光指纹。荧光光谱以水中各类有机物的特征荧光强度之和表示水中荧光类有机物的综合含量,以特征荧光峰中心大荧光强度作为表征水中某类溶解性有机物含量的指标,与传统表征有机物含量的水质参数相比,不仅能反映有机物的浓度,同时还可以提供有机物组成成分的信息。因此,三维荧光光谱技术在环境监测领域有着较广泛的应用,但在表征活性炭吸附有机物的过程方面还鲜有报道。笔者在利用活性炭吸附净化受污染河水的基础上,采用EEM技术分析了不同吸附时间及活性炭投量下的净化效果及其对河水中有机物组分特征变化的影响。

  1材料与方法1.1试验材料试验用水取自某受污染河水,其碳氮比值较低,试验用活性炭为山西某厂生产的净水煤质活性炭,呈柱状、粒径为3mm,其主要性能指标:碘值为800~1050mg/g,亚甲基蓝值为度>85,灰分<18,堆积密度为380~560g/L.试验前需对柱状活性炭进行预处理,即将其放人蒸馏水中浸泡24h,然后于103°C下烘干24h,之后研碎成200目以下的粉末状待用。

  1.2试验方法采用静态试验方法,考察了活性炭在不同吸附时间和投量下对水体中有机物的吸附效果,具体方法如下:考察吸附时间的影响时,称取200mg的粉末活性炭若干份,放人不同的三角瓶中,分别注人100mL原水水样,于25C下振荡,每隔一定时间取出一个三角瓶,滤除活性炭后,对滤液进行水质分析;考察活性炭投量的影响时,取若干个三角瓶,分别装人不同量的粉末活性炭和100mL原水水样,于25C下振荡18h后,滤除活性炭,对滤液进行水质分析。

  1.3分析项目及方法UV254、UV.采用CARY50型紫外-可见分光光度计测定。三维荧光光谱采用F-7000型荧光光度计测定,光源为150W的氙灯,光电倍增管电压为400V,激发和发射狭缝宽度均为10nm.Aex与Aem的扫描范围分别为(200 ~400)和(200~500)nm,扫描间隔均为5nm.EEM数据采用Origin8.0软件进行处理,以等高线图表征,每条等高线间隔代表5个单位荧光强度。C0D、TN等常规指标采用国家标准方法测定。

  2结果与讨论2.1活性炭对有机物的吸附效果表1为活性炭在2h内对有机物的静态吸附效果。其中UV254作为水中有机物的综合性指标,与总有机碳(T0C)存在良好的线性关系,常被用作T0C的替代参数;UV.主要反映水中具有较大共轭体系的有机化合物,如天然水体中的大分子腐殖质等,它们是地表水中的主要生色物质,因此。与水体色度有良好的相关性。

  表1活性炭对有机物的吸附效果项目去除率/吸附时间由表1可知活生炭对天然有机物的吸附速率较快,在2h内基本已经达到了吸附平衡。当吸附时间为15min时,对COD和UV254的去除率达到大,之后趋于稳定;对UV410的去除率在15~20min时仍呈上升趋势,20min后趋于稳定。根据静态试验结果和有关资料,初步确定活性炭吸附工艺的佳接触时间为15~20min.另外,在吸附时间为18h的条件下,使活性炭投量由零逐渐增至3mg/mL,对COD和UV254的去除率先快速升高,至活性炭投量增至。

  5mg/mL后趋于稳定,可见活性炭的佳投量为。

  5mg/mL.此外,试验结果表明活性炭对氨氮、总氮、亚硝酸盐氮没有明显的去除效果。

  2.2不同吸附时间下有机物的EEM变化是宋梁路段河水水样经活性炭吸附不同时间后扫描得到的三维荧光光谱(扫描前水样先经0.45pm滤膜过滤,下同)。根据各种溶解有机质(DOM)的Aex/Aem荧光峰位置,三维荧光光谱通常~400腿,Aem约为260~380nm)为溶解性微生物类代谢产物荧光;ClassV(Aex约为250 380~500nm)为类腐殖酸荧光。

  不同吸附时间下河水的EEM变化由可知,原水的n~v荧光区内多处出现削峰现象,同时I区内也存在明显的荧光峰,说明该段河水中各类天然有机物的含量均较高,D0M以类腐殖酸、类富里酸和芳香族蛋白质为主。原水经活性炭振荡吸附5min后,各区内削峰现象全部消失,EEM中出现3个主要的荧光峰(A、B、C),Aex/Aem荧光峰位置分别为(260nm/340nm)、(230nm/340nm)和(245nm/400nm),A、B峰均为类芳香族蛋白质荧光,代表色氨酸类蛋白质,C峰代表类富里酸;此外在(Aex>300nm)、(Aem>410nm)的区域内有一个宽阔的峰带D,与类腐殖酸有关,强度相对较弱。延长吸附时间至15min,各荧光峰强度(FI)均有所降低,C、D峰强度变化较大;吸附时间延长至30min后C荧光峰消失,其他荧光峰强度无明显变化。

  综上所述,在前15min内,活性炭对各类有机物的吸附效果为显著,这与对COD和UV254去除率的分析结果一致;同时根据各区域内荧光峰强的变化可知,活性炭对水中有机物的吸附具有明显的选择性,对类腐殖酸、类富里酸化合物的吸附效果较好,对芳香族蛋白质类化合物的吸附效果较差。

  2.3不同活性炭投量下有机物的EEM变化在静态吸附18h,活性炭投量分别为0、0.5、和2mg/mL的条件下,对活性炭吸附后的甘棠段河水水样进行三维荧光扫描。结果表明,原水样中主要存在两个荧光峰(A和B),位置(Aex/Aem)分别在内有一个宽阔的峰带C,与类腐殖酸有关,强度相对较弱(见a)。当活性炭投量为0.5mg/mL时,峰带C消失,A峰和B峰依然存在,但荧光强度明显降低(见b);当投量继续至1、mg/mL时,各峰强度并未发生显著的变化。

  投加活性炭后河水的EEM变化进一步分析在不同投量的活性炭吸附作用下的三维荧光光谱的数据矩阵,结果发现,当活性炭投量为0.5mg/mL时,荧光峰带C消失,A峰和B峰强度的变化率分别达到了81.31和92.52;逐渐增大投量至2mg/mL,各峰强度变化趋势明显减缓,A峰和B峰强度的变化率分别为82. 93和94.47.由此可见,当活性炭投量为0.5mg/mL时,吸附效应已达到佳,继续增加活性炭投量,对有机物的吸附效果无明显变化,这可能与活性炭的吸附性能及其对有机物分子质量的选择性有关。另外,将特征荧光强度综合指标XFI(各特征荧光峰强度之和)与常规有机污染物综合指标的变化规律进行对比,结果表明,XFI的变化趋势与COD和UV254值基本相似,可见用XFI分析评价对有机物的去除效果时,与有机污染物指标具有较好的一致性。

  3结论活性炭对天然有机物的吸附速率较快,在达到佳;当活性炭投量为0.5mg/mL时,对试验水体中有机物的吸附效果基本达到优状态。

  宋梁路段河水中的DOM主要为类腐殖酸、类富里酸和芳香族蛋白质类化合物;河水的EEM中主要有3个荧光峰和1个宽阔的峰带;当吸附时间为15mm时,对各类有机物的去除效果均为显著。活性炭对水中有机物的吸附具有明显选择性,对类腐殖酸、类富里酸化合物的吸附效果较好,对芳香族蛋白质类化合物的去除效果较差。

  甘棠段河水的EEM中主要有2个荧光峰A和B(均为色氨酸类蛋白质)与1个宽阔的峰带C(与类腐殖酸有关)。当活性炭投量为0. 5mg/mL时,荧光峰带C消失,A峰和B峰强度变化率分别达到81.31和92. 52,吸附效应达到佳,继续增大投加量,各峰强度变化不明显。

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