粉末活性炭在超滤净水厂的应用研究文档格式.docx
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105m2),进行了最佳投炭量的生产研究。
1 实验方法
1.1常规指标分析方法
实验采用的水质分析方法为国家环保局水与废水检测分析方法,具体方法见表1。
1.2粉末活性炭孔径分布
粉末活性炭孔径特征采用ASAP2020M全自动比表面积及孔隙度分析仪在77K温度下氮气吸附分析测定。
样品在90℃温度下脱气,脱气压力升至500μHg/min时进行样品分析。
ASAP2020M自带软件提供了分析样品的BET表面积(SBET)、微孔表面积(Smic)、外表面积(Sext)、总孔容积(Vtot)、微孔容积(Vmic)、平均孔径(Dmean)和孔径分布(PSD)。
SBET是根据氮气的吸附等温线计算得出,Vtot是在相对压力P/P0为0.973时
根据吸附在样品上氮气量计算而得,Smic、Sext和Vmic是根据t-plot法计算得出,Vmic、Dmean和PSD是由BJH吸附模型计算得到[4]。
1.3粉末活性炭化学性质
Boehm滴定法测定表面基团[5]。
1.4消毒副产物及其生成势的研究方法
消毒副产物生成势采用UFC法,基本步骤是:
取待测水样,投加2mL pH=8硼酸缓冲溶液,再将水样加入在6只100mL的玻璃瓶中,每个瓶中加75mL。
.分别按公式:
TOC×
1.8,TOC×
2,TOC×
2.5的投加量投加配制好的pH=8的次氯酸钠使用液,每个投加量加2瓶,添加水样至注满玻璃瓶,不留气泡,摇晃均匀。
在20℃条件下培养24h后测定3种投加量下余氯情况,取其中余氯含量在1.0±
0.4mg/L的水样做为测定样,以此投加量投加的另一瓶样测定消毒副产物。
消毒副产物采用气相色谱法测定,气相色谱仪为安捷伦GC6890N型。
THMs测定方法:
检测器(ECD)温度:
345℃;
色谱柱:
HP5柱;
进样口温度:
250℃。
三卤甲烷样品采集方法:
250mL顶空瓶采集水样至满瓶(不应有气泡),立即用垫有聚四氟乙烯薄膜的翻口胶塞盖上,带回实验室立即测定。
样品测定采用顶空进样气相色谱法检测。
HAAs测定方法:
250℃;
卤乙酸样品采集:
先将5mg氯化铵晶体置于50mL采样瓶中(含量为100mg/L),取满水样。
自来水采集时先打开水龙关,使水流中不含有气泡,3~5min后开始采集,盖好塞子,上下翻转振摇使晶体溶解,于24h内测定。
样品测定采用衍生化毛细管气相色谱法进行检测。
2 结果与讨论
消毒副产物(DBPs)如三卤甲烷(THM)、卤乙酸(HAA)等属三致物质;
饮用水中含量超标时对人体健康影响巨大。
而对消毒副产物(DBPs)前驱物的去除能有效减少饮用水中DBPs的形成。
因此,DBPs前驱物的有效去除是现代饮用水处理中最具挑战性的任务之一。
DBPs前驱物以天然有机物(NOM)的形式存在于所有地表水中,而芳香类物质是DBPs最强的前驱物,所以粉末活性炭的应用弥补了单纯使用超滤工艺的不足
本实验投炭量分别为0,1,2,3,4mg/L,通过对比出水水质(DOC,UV254),以及消毒副产物的前驱物的去除,获得最佳投炭量。
2.1粉末活性炭物理化学特性
PAC的物理特征,尤其是孔径分布,是影响活性炭吸附性能的重要因素。
根据国际理论和应用化学学会(IUPAC)的分类标准,活性炭孔径分为四种类型:
大孔(>50nm),中孔(2-50nm),二级微孔(0.88-2nm),一级微孔(<0.8nm)[6]。
芳香类物质为小分子有机物其半径<2nm,木质炭的微孔面积(Smic=563)和微孔容积(Vmic=0.223)较发达,因此粉末活性炭主要通过微孔对其进行物理吸附。
在其通往微孔的过程中,PAC的表面化学性质对其输送、排斥、吸附过程也是不容忽略的。
一个高极性的表面易于吸附高极性物质。
芳香类物质在表面上的化学吸附主要是通过π电子与表面正电荷基团的连接(π健为为缺电子基团提供电子),炭表面的极性含氧基团主要有:
羧基、羰基、羟基等,所以两者易于吸附在一起。
(如表2表3)
2.2粉末活性炭投加量对有机物的去除
由图1可知,随着粉末活性炭投加量的增加,出水UV254也相应的减少,当投加量大于2mg/L时,UV254下降趋势减缓。
UV254是表征水中芳香类有机物的重要指标,能作为消毒副产物前驱物的代表参数[7]
,UV254的减少表明水中部分芳香类有机物被粉末活性炭所吸附,当粉末活性炭投加量大于3mg/L,UV254并未减小,说明水质芳香类有机物已经基本被吸附,因此消毒副产物的前驱物也达到一定的去除(见2.3)。
(如图1)
溶解性有机碳(DOC)是表征天然有机物(NOM)的重要指标,而DBPs前驱物以天然有机物(NOM)的形式存在于所有地表水
郭爱玲1 陈起2 张萍1
(1.东营市自来水公司 山东东营 257452;
2.中国核电工程有限公司郑州分公司 郑州 450052)
摘 要:
生产性试验与小试和中试存在一定的差异。
基于已有的超滤膜装置,通过不同的粉末活性炭投加量,比较了UV254、DOC、SUVA,确定了粉末活性炭的最佳投加量:
2-3mg/L。
同时,比较了投加粉末活性炭后,水中消毒副产物及其生成势的变化,结果表明粉末活性炭对消毒副产物前驱物有较好的去除作用。
关键词:
粉末活性炭 超滤 消毒副产物中图分类号:
TU991.2文献标识码:
A文章编号:
1674-098X(2012)02(a)-0004-03
表1 常规指标分析方法
表3 粉末活性炭表面化学性质
检测项目 检测方法 检测仪器
pH值 — PHS-3C精密酸度计 浊度 —
哈希2100N台式浊度仪 UV254 254nm波长下紫外吸光度 752型紫外可见分光光度计 TOC — 岛津TOC测定仪
表2 活性炭的孔结构特征
PAC种类 SBETm2
/g Sextm2/g Smicm2/g Vtotcm3/g Vmiccm3/g Dmeannm 木质炭
1190
724 563
0.812
0.223
3.3
PAC种类 羧基/mm ol・L-1 内酯酸基 /mmol・L-1 酚基/mmo l・L-1 酸度/mmo l・L-1 碱度/mmo l・L-1 木质炭
0
0.029 0.177 0.206 0.523
5
科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald研 究 报 告
项目 0.5mg/L氯消毒
1.0mg/L氯消毒 0.5mg/L氯胺消毒 1.0mg/L氯胺消毒 THMs(μg/L) 72.6 114.1 28.2 43.6 UF HAAs(μg/L) 15.6 22.8 10.1 19.3 THMs(μg/L) 60.2 106.9 25.3 39.1
PAC+UF
HAAs(μg/L)
13.9
19.2 8.8 15.9
表5 UF和PAC+UF工艺出水的消毒副产物生成势
表4 UF和PAC+UF工艺出水不同消毒剂的DBPs的生成量
三氯甲烷(μg/L) 一溴二氯甲烷(μg/L) 二溴一氯甲烷(μg/L) 三溴甲烷(μg/L) 总和(μg/L) UF
0.8562 0.6415 0.7132 ---- 2.2109 PAC+UF
0.7456
0.5938 0.6483 ---- 1.9877
0.030
UV254(cm
-1)
PAC(mg/L)
图1 粉末活性炭投加量对UV254的去处效果的影响
图2 粉末活性炭投加量对DOC的去除效果的影响
0
1
2
3
2.60
2.652.702.752.802.852.902.953.003.05 DOC
DOC(mg/L)
中,所以DOC的去除,在一定程度上表明DBPs前驱物有的去除(随后将通过消毒副产物生成势表明DBPs前驱物的去除)。
当粉末活性炭浓度大于2mg/L时,DOC浓度差不大于0.1mg/L,表明随着粉末活性炭投加量的增加,有机物减少逐渐趋于稳态即小分子有机物都已经被粉末活性炭所吸附。
DOC的结果和UV254的结果相似。
(如图2)
比紫外吸光度(SUVA)是一个计算参
数,其值等于(UV254/DOC)×
100,该参数表征了水中的腐殖含量,NOM中的腐殖酸也是一类主要的DBPs前驱物。
当粉末活性炭投加量为3mg/L时,SUVA最低(1.31),表明此时水中的腐植酸含量最低。
当粉末活性炭投加量继续增加时,SUVA变大,表明水中的芳香类有机物基本已经被吸附,而水中其它小分子天然有机物则继续被粉末活性炭吸附。
(如图3)
综合图1-图3的结果,最佳粉末活性炭的投加量应该是3mg/L(即对水质芳香类有机物到达最大吸附值),虽然增加粉末活性炭投加量能怎增加对小分子有机物的吸附,但效果不明显,而且粉末活性炭每增加1mg/L,都将给水厂增加相应的成本,所以,在具体的生产实践中,粉末活性炭投加量可以在2~3mg/L,或者根据水厂需要而定。
2.3消毒副产物及其生成势的研究
在确定最佳投炭量后,本实验测定了在粉末活性炭投加量为2mg/L下,不同消毒剂(氯和氯胺)分别投加量为0.5mg/L和1mg/L,观察UF和PAC+UF的消毒副产物(DBPs)。
同时分别对UF和PAC+UF进行了消毒副产物生成势的分析。
(如表4表5)
两种消毒剂,不同的投加量下,投加粉末活性炭的出水DBPs的生成量均小于不投加粉末活性炭。
表明粉末活性炭的投加较少了消毒副产物的生成。
PAC+UF工艺的各项消毒副产物生成势均小于超滤工艺,表明粉末活性炭对消毒副产物的前驱物有一定的吸附作用,这与董秉直等人的研究一致[2]。
3 结论
综合UV254和DOC的结果可知,生产性粉末活性炭最佳投加量为2~3mg/L。
同时粉末活性炭吸附了水中的芳香类有机物,小分子天然有机物,还有腐植酸等消毒副产物的前驱物,从而减少了消毒副产物的生成。
因此,粉末活性炭在超滤水厂有广泛的应用空间。
参考文献
[1]王文清,高乃云,刘宏,等.粉末活性炭
在饮用水处理中应用的研究进展.四川环境.2008.27(5):
84~87.
[2]董秉直,陈艳,高乃云,等.粉末活性炭-
超滤膜处理微污染原水试验研究.同济
(下转8页)
8
VICE LETTERS,2005 26(6)p:
348-350.[4]Khan M A,Hu X,Tarakji A,et al.“AlGaN/GaN metal-oxide-se
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- 粉末 活性炭 超滤 净水厂 应用 研究