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活#炭可吸附#在黄河水深度处理中的试验研究
作者:管理员    发布于:2017-12-18 14:02:37    文字:【】【】【

  城镇给排水"活炭可吸附在黄河水深度处理中的试验研究夏鹏1刘建广1刘辉1李恺1冯萌萌1王凯2(1山东建筑大学市政与环境工程学院,济南250101;2山东钢铁济南钢铁集团能源动力厂水资源管控中心,济南250101)炭对黄河水中有机物的去除情况。研究发现:酸性环境有利于活性炭的吸附作用,破碎炭在CODMn、UV254以及TOC的去除上明显优于柱状炭,其佳吸附时间在120min左右,当活性炭的投加度为1.6g/L时,活性炭对TOC的吸附接近饱和,当臭氧投加量为3mg/L时,处理效果比较理想。活性炭吸附性能臭氧氧化黄河水近年来黄河中下游支流汾河、渭河、洛河等受到污染。常规工艺1对水中各类有机污染物的去除已经不能满足水质标准的要求,以活性炭为核心的饮用水深度处理技术应运而生。活性炭能迅速吸附水中的溶解性有机物,同时也能富集水中的微生物。

  但是同一种活性炭对于不同水质的处理效果是不一样的,为了寻求适合黄河水质的活性炭,采用烧杯试验的方式,对于不同类型的活性炭吸附效能展开了研究。

  1材料与方法1.1原水水质以黄河原水为处理对象,水质指标见表1.表1试验用水水质浊度/NTU 1.2试验方法1.2.1粉末活性炭的制备本试验选用卡尔冈破碎炭、泰兴破碎炭、新华柱状炭以及粉末活性炭4种炭型,材质为煤质炭,依次编号为1、2、3、4.首先将4种不同类型的炭用纯水润洗23遍,放到烘箱中,在120°C的高温下烘干至恒重;然后将活性炭取出,放到干燥皿中冷却;后用研钵将颗粒活性炭研磨成粉末,并且用200目的分样筛将其筛分,分离出粒径0. 0074cm左右的粉末活性炭。在用活性炭进行水质净化时,吸附量是影响其效果和成本的主要因素4.评价国家水体污染控制与治理科技重大专项(2008ZX07422-004)。

  吸附的性能指标包括碘吸附值、亚甲蓝吸附值、苯酚吸附值等。4种活性炭的技术指标如表2所示。

  表2 4种活性炭的技术指标项目1材2材3材4材碘吸附值/mg/g亚甲蓝吸附值/mg/g苯酚吸附值/mg/g试验内容本试验分别考察活性炭投加量、吸附时间、温度、pH以及03投加量等参数对活性炭吸附的影响。试验采用静态吸附的方式,将水样放到调速振荡器中振荡,控制相应参数,将处理后水样用045滤膜过滤,分别测定水样的CODMn、UV254以及TOC值,确定出适合黄河水水质的活性炭吸附参数。

  1.3检测方法及仪器水质分析方法参照水和废水监测分析方法(第4版),CODMn测定采用酸性高锰酸钾法,UV254通过紫外可见分光光度计(TU―1800)测定,TOC通过岛津一总有机碳分析仪(TOC―V)进行测定。

  2结果与分析2.1活性炭吸附等温线4种不同炭型的活性炭在25C时对CODMn的吸附情况,并分别通过模型方程对数据进行了回归检验,各自的回归方程见。

  由的炭吸附等温线可以看出,4条曲线的K值大小依次为4 >3>1>2,沁值均大于0.9,曲线的拟合程度良好。活性炭对CODMn的吸附表现为2>3>4>1,在相同温度条件下,的特性不仅进行表面单层吸附,还表现为微孔填充吸附,因2破碎炭对CODMn的吸附量大,而其他3种活性炭的微孔结构以及单层饱和吸附量均小于2破碎炭,因此,表现的吸附性能相对较差。

  2.2活性炭类型对有机物去除的影响试验所投加的活性炭量0.04g/L,在平板振荡器上持续振荡120min,温度恒定为25°C.从、中可看出,4种活性炭对CODm、UV2M的去除率分别为52.3、54.4、51. 4、43.4和59.7、61.2、58.2、53.7,各种活性炭对有机物的去处从强到弱依次为破碎炭>柱状炭>粉末炭,其中泰兴破碎炭的处理效果好。这可能因为2破碎炭的比表面积较大,孔隙结构较发达所致。另外,由于活性炭的质量浓度较低,在水力剪切作用下,活性炭与水样充分接触,从而大大提高了活性炭的吸附效率。比较、可发现,在活性炭吸附过程中,UV254的去除率明显高于CODMn的去除率,可能是由于活性炭对芳香族类有机物的吸附能力较强。

  不同活性炭对CODMn去除效果的影响2活性炭的吸附量远远大于其他3种炭型。这主要是由于活性炭的比表面积在吸附过程中起主要作用,而破碎炭的比表面积大于其他3种炭型,这种结构有利于活性炭对CODMn的吸附;同时,破碎炭有丰富的微孔结构,在吸附过程中破碎炭利用其多孔不同活性炭对UV254去除效果的影响2.3吸附时间对有机物去除的影响从可以发现,随着吸附时间的增加,CODMn不断减小,去除率持续增加,但是增加的趋势逐渐变缓。到120min左右,4种炭对CODMn的去除率分吸附时间/min吸附时间对30去除效果的影响吸附时间/min 7,此后其增幅越来越小,说明活性炭吸附基本达到饱和。从见,对于UV254的去除来讲,在40min,其去除率为20左右,当吸附在4060min区间时,去除率的增幅大,之后增幅渐渐放缓,当吸附进行到第120min时,4种炭对UV254的去除率分别达到了59.7、56.7、58.2、52.2,之后基本不变。可见活性炭佳吸附时间为120mn左右。

  2.4温度对有机物去除的影响活性炭的吸附方式分为物理吸附、化学吸附和交换吸附,无论哪种吸附方式都会受到温度的影响。

  从和0中可以看出,当温度为15°C时,三种炭对COD-和UV254的去除率依次为46.7、49.5、1.1和18.7和14.3、17.1、11.4,CODMn和UV254的去除率均有较大幅度的降低,3种活性炭的下降趋势类似。说明随着温度的升高,活性炭的吸附速率升高,但是由于吸附是放热的,温度升高了,活性炭表面的空隙变大,从而导致吸附容量降低。

  2.5pH对有机物去除的影响从1和2可以看出,随着pH的升高,活性炭的吸附能力下降,CODMn去除率从pH=6.48时的35.7降到了pH=8.21时的22.9,UV254也从41.9降为18. 6,说明活性炭在酸性环境下的处理效果要优于碱性条件,这主要是因为溶液pH控制了酸性或碱性化合物的离解度,在碱性条件下,黄河水中的有机物比较容易离解。此外,碱性环境下,有机物会出现“胶溶”现象或者脱附现象,使水样中的杂质增加,从而影响了活性炭的吸附效果。

  2.6O3投加量对有机物去除的影响由3、4可知,当O3投加量由0逐渐增至去除率由40.4增至64.6,UV254去除率由20.0增至62.9.随着O3投加量的增加,有机物的去除率升高。这是因为随着O3投加量的增加,有机物的结构性质发生了变化,一些大分子的、不易被吸附的有机物转变为小分子的、较易被吸附的有机物,从而提高了活性炭的吸附容量。

  当3浓度为3mg/L时,00和UV254的去除效率分别达到了63.2、57.1,随着03投加量的增大,有机物去除率的增幅逐渐变低,由此可见当臭氧投加量为3mg/L时,为优投加量。对于不同的水质条件,佳臭氧投加量可能会出现差异,胡志光等5在应用臭氧一活性炭联用技术处理微污染水源水时,把臭氧的经济投加量定为4mg/L,这可能是由于水中有机物的种类不同于黄河水而导致的。

  2.7活性炭投加量对有机物去除的影响从5可以看出,随着活性炭质量浓度的增加,T0C的去除率增加,当投炭量为1.去除率从74.9增加到90.5,当投炭量大于1.6g/L时,去除率基本保持不变,说明此时活性炭吸附已经接近饱和。当活性炭投量增加到4g/L时,活性炭对T0C的去除率增加到91.8,增加幅度明显变小,说明活性炭的大投加浓度大约为1.6g/L.3结论通过吸附等温线对比研究和不同炭型活性炭对有机物的吸附效果研究发现,吸附性能从强到弱依次为2泰兴破碎炭、1卡尔冈破碎炭、3新华柱状炭、4粉末炭。说明破碎炭比表面积大且具有丰富的微孔,对有机物的吸附性能佳。

  活性炭吸附过程中,有机物去除率随时间延长逐渐增加,佳吸附时间为120min;高温使活性炭表面空隙增大,导致吸附容量降低;咸性环境容易造成有机物解离,出现胶溶或脱附现象,pH过高会导致活性炭吸附性能下降。

  随03投加量增加,活性炭吸附容量增加,佳投加量为3mg/L,而大于3mg/L时,有机物去除率增幅下降;T0C去除率随活性炭投加量增多而增大,活性炭佳投加量约为1.6g/L.

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