混凝和活性炭聯用對有機物質的去除效果

陳 晉

飲用水源受到污染物的影響是困擾目前國內外水處理領域的難題。天然水中包含了很多不同的物質，有天然的也有人工的。這些物質包括人工有機污染物(SOCs)、殺蟲劑、除草劑和三致物(THMs)[1］。這些物質很多是有毒的，所以必須從飲用水中除去。常規處理工藝包括混凝、沉淀、過濾、消毒。混凝是去除膠體和懸浮顆粒的重要工藝，混凝劑改變了膠體顆粒表明的性質和把小顆粒聚集成容易沉降的大顆粒，大的絮凝體被沉淀和過濾除去[2］。粉末活性炭(PAC)已經成功用于色度和嗅味的去除，同時也用于去除水中的有機物和NOM[3-5］。

1 實驗方法和試劑

1.1 實驗方法

本實驗配置的原水樣腐殖酸濃度為8 mg/L，苯酚1 mg/L，pH為5 ～7，色度為 120 度，CODMn為 13.4，UV254為 0.268 7。混凝實驗采用ZR4-6混凝試驗攪拌機于室溫下進行。在燒杯中分別投機聚合氯化鋁和PAC。PAC為0.7 g/L，混凝劑的量從1.5 mg/L～7.5 mg/L。100 r/min快攪1 min使藥劑與水樣充分混合，再10 r/min慢攪15 min，靜置沉淀60 min后于液面下2.5 cm處取水樣測定余濁(RT)(WG2-100散射式光電濁度儀);取一定量上清液，用0.45 μm的液膜過濾，測定濾液UV(LabTechUV-2100)。隨后采用三種方式投加藥劑:1)在PAC投加了60 min后投機聚合氯化鋁;2)PAC和聚合氯化鋁同時投機;3)單獨投加聚合氯化鋁。

1.2 實驗試劑

腐殖酸(BR);苯酚;聚合氯化鋁(自制，Al2O3含量29.40%，鹽基度 84.55%);PAC(C30)。

2 結果與討論

2.1 吸附試驗

本文采用著名的Freundlich公式用來解釋腐殖酸的吸附。Freundlich公式為:

其中，q為吸附容量;KF，n均為Freundlich常數(見表1)，與吸附劑、吸附質種類及溫度有關。

表1 Freundlich公式的各個參數

結果表明:PAC的最佳投加量為0.7 g/L。PAC對HAS吸附量大于苯酚的吸附量。原因是因為苯酚的分子量遠遠小于HAS。因此可以發現:小分子不如大分子容易被吸附。90%以上的苯酚在前30 min被吸附，而分子量大于50 000的HAS要兩天后才能被吸附掉。因此，對于小分子物質的去除時間比較少，而大分子的物質需要很長的時間才能被吸附掉。

2.2 混凝劑試驗

根據前面的吸附試驗，我們選用0.7 g/L的PAC來作為最佳投加量。

圖1表明:試驗方法(1)對色度和有機物的去除率與聚合氯化鋁的投加量基本無關。可以看出低的投加量下，對腐殖酸的去除效果明顯。UV254的去除率為81%～89%。試驗方法(2)混凝和吸附的效果降低，特別是在低混凝劑投加量的情況下(見圖2)。在混凝劑為1.5 mg/L時，無明顯的絮體形成，PAC的絮塊也很少。因此，PAC顆粒能順利的通過濾紙。方法(1)比方法(2)有更高的效率。原因是方法(1)PAC和聚合氯化鋁發生了協同作用。方法(2)PAC和聚合氯化鋁發生了吸附競爭作用，影響了腐殖酸和苯酚的去除。

圖1 方法（1）pH=7的去除效果

圖2 方法（2）pH=7的去除效果

圖3 方法（3）pH=7的去除效果

圖4 方法（1）pH=6對有機物和色度去除

圖3表明:沒有投加PAC的去除效果大大降低。在高投加量和低投加量下，都有形成絮體。首先，苯酚沒有通過混凝劑去除，有機物的去除效果也很低。可以表明:混凝劑對小分子物質去除效果比較低。當聚合氯化鋁的投加量為1.5 mg/L時，色度的去除率僅為20%。本文研究了pH對于混凝和吸附的影響(見圖4，圖5)。

圖5 方法（2）pH=6對有機物和色度去除

圖4中不同的是形成的絮體和穩定程度。當投藥量為4.5 mg/L和6 mg/L時，絮體很容易沉淀，投藥量為1.5 mg/L和3 mg/L時，形成的絮體小而且容易破碎。因此最近聚合氯化鋁的投加量為4.5 mg/L。圖5表明:有機物的去除率有所下降，但是苯酚的去除率不變。比較pH6和pH7，在處理效果上沒有多大區別。但是pH6的最佳投加量比pH7要大，因此，pH7比較經濟。

3 結語

1)PAC對苯酚的吸附時間比腐殖酸的吸附時間短，但是腐殖酸的吸附率比苯酚大。2)只投加腐殖酸而不投加PAC對腐殖酸和苯酚的去除率低。苯酚基本得不到去除。3)先吸附后混凝比同時投加混凝劑和吸附劑效果明顯。4)pH7在有機物的去除、絮體的穩定性、混凝劑的消耗上比pH6要好。

[1]I.N.Najm，V.L.Snoeyink，B.W.Lykins Jr.，et al.AWWA，1991(83):65-76.

[2]USEPA，Enhanced Coagulation and Enhanced Preci-pitative Softening Guidance Manual，1999.

[3]H.Teng，C.T.Hsieh，Ind.Eng.Chem.Res.，1998(37):3618-3624.

[4]B.Ericsson，G.TtigSlrdh，Desalination，1996(108):117-128.

[5]I.Najm，C.Tate，D.Selby，J.AWWA，1998(90):88-95.

[6]Freundlich動力學方程及其參數的物理意義探析[Z］.