粉末活性炭凈化微污染水庫水中有機物影響因素研究

摘 要:以粉末活性炭(PAC)吸附去除微污染水庫水中有機物為研究目標，考察投加量、吸附時間和pH值等因素對吸附效果的影響。結果表明:PAC投量30mg/L、吸附時間30分鐘時，CODMn、UV254的去除率分別為39.8%和40.9%。調節原水pH值至弱酸性(pH=5.5)，可以進一步提高粉末活性炭對CODMn、UV254的去除效果。根據生產實際情況，在水源本底pH值、粉末活性炭投量30mg/L和吸附時間30分鐘條件下可以保證良好的出水水質。

關鍵詞:粉末活性炭有機物吸附影響因素

中圖分類號:TU991文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(b)-0011-02

Abstract:This study investigated the organic matters in micro-polluted reservoir water removal influencing factors by activated carbon(PAC) dosage、adsorption time、pH value.The results indicated that:when the dosage of PAC was 30mg/L、adsorption time，the removal rate of CODMn、UV254 were 39.8%、40.9%，adjusted the pH value to 5.5 can promoted the removal rate.According to the treatment condition，it can ensure the water quality when PAC dosage was 30mg/L、adsorption time was 30 min and natural pH value by PAC adsorption process.

Key words:powdered activated carbon;organic matters;adsorption;influencing factors

目前，我國大部分地區的地表水源受到不同程度的有機污染，傳統的水處理工藝在面對水源受到季節性或突發性水源污染時難以保證出水水質。由于活性炭價格便宜，不用增加特殊設備和構筑物，應用靈活，在不增加大量投資的條件下，使用方便，適宜于常規處理工藝的改造[1]。因此，活性炭吸附是去除飲用水源中的有機污染物的有效方法之一[2]。

本試驗以某地微污染水庫水為研究對象，考察投加量、吸附時間和水中pH值等不同因素對粉末活性炭吸附去除水源水中有機物的影響，以期為微污染水庫水中有機物的去除提供有價值的實驗與理論依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料與儀器

實驗采用的主要材料與儀器、裝置:粉末活性炭;超純水;酸性高錳酸鉀;微濾膜(0.45μm);燒杯;ZR4-6型六聯混凝攪拌機;散射光濁度儀(HACH2100P);非色散紅外線吸收儀(SHIMADZU-4100);pH計(Orion230A);紫外分光光度計(UV2300);比色皿(光程長度為1cm)。

1.2 源水水質

原水取自某地水庫水，試驗期間的典型水質指標如表1所示。

其中高錳酸鉀指數(CODMn)采用酸性高錳酸鉀法，濁度采用散射光濁度儀法(HACH2100P)，TOC采用非色散紅外線吸收法(SHIMADZU-4100)，色度采用標準鉑鈷比色系列目視比色法，pH值采用pH計測定(Orion230A)，紫外吸光度值(UV254)采用紫外分光光度法(UV2300型可見/紫外光度計，比色皿光程長度為1cm)。

1.3 試驗方法

采用靜態燒杯混凝試驗，PAC規格為200目，攪拌設備為ZR4-6型六聯混凝攪拌機，混合液通過0.45μm微濾膜過濾后，測定過濾液的UV254、CODMn，研究PAC投加量、反應時間和pH值影響條件下PAC對有機物的去除效果。

2 結果與討論

2.1 投加量對吸附的影響

分別加入5、10、20、30、40、50mg/L的PAC，少量超純水，用玻璃棒攪拌，使之充分混合，然后投加到1L水樣中，在轉速300r/min、150r/min、75r/min條件下分別攪拌1min、5min和15min。不同投加量下PAC對CODMn、UV254的去除效果如圖1所示。

從圖1中可以看出，PAC投加量對水中的有機物去除效果影響較大，隨著投加量的增加，濾后水檢測指標中CODMn、UV254含量逐漸降低。在PAC投加量為30mg/L時，CODMn、UV254的去除率可以達到37.8%和43.5%，進一步增加投加量對CODMn、UV254的去除效果不明顯。根據文獻報道，粉末活性炭吸附容量隨投加量的增加而明顯減小，即隨投加量的增加，單位粉末活性炭去除的有機物越少[3]。因此，在PAC投加量達30mg/L后單純增加PAC投加量對去除有機物作用效果不明顯。根據實際水質可以認為，對于以地表水源為凈化對象的工藝，30mg/L的PAC投加量能夠保證出水水質。

2.2 吸附時間對吸附的影響

選取30mg/L的PAC作為最佳投加量，研究吸附時間對PAC吸附去除有機物作用效果影響。取快速混合(300r/min)和中速攪拌(1500r/min)階段時間相同，分別為1 min和5min，慢速攪拌階段的時間控制分別為15、25、40、55、85、115min。不同吸附時間對有機物的去除效果如圖2所示。

由圖2可知，吸附時間對PAC的吸附效果影響明顯。在吸附時間為30分鐘條件下CODMn、UV254的去除率分別為39.8%和40.9%。在30min到60min吸附時間內能進一步提高兩者的去除效果，但增加速率緩慢。同時，隨著吸附時間的延長，UV254去除變化趨勢有以下特點:UV254的去除率在30min達到穩定之后，在吸附時間為90min時去除率有比較明顯的增加，并在此趨于穩定。原因可能是PAC發達的孔隙結構對親水性小分子有機物吸附作用迅速，在一定反應時間條件下，PAC對有機物吸附主要集中吸附中小分子量有機物階段上[4]，對大分子量的有機物的吸附則需要PAC在低分子有機物吸附基本達到平衡時才能進行。在吸附進行45min時間段，中小分子量的有機物首先達到吸附平衡，吸附時間延長到90min時，PAC對大分子量的有機物也能達到吸附平衡。

2.3 pH值對吸附的影響

用0.1mol/L的鹽酸和0.1mol/L的氫氧化鈉將原水的pH值分別調節為5.5和10.5，原水的pH值為7.02。在PAC投加量30mg/L和吸附時間30min條件下，pH值對吸附的影響結果如圖3所示。

由圖3可知，在弱酸性條件下，PAC對CODMn、UV254的去除率均要好于水源本底(pH=7.02)和弱堿值(pH=10.5)情況，最佳去除率分別為43.1%和43.5%。這是因為溶液的pH值會影響溶質的離解狀況和溶解性，氫離子和氫氧根離子會干擾其他溶質在PAC上吸附，而且能改變吸附劑表面的電荷特性，從而影響吸附容量[1]。另外，當pH值降低時，水中有機物的形態也會發生變化，腐殖酸的負電性降低以及由極性向非極性轉變，處于離子狀態的極性小分子有機物減少，從而容易被PAC吸附[5]。

3 結語

(1)對于微污染水庫水，PAC投加量對以高錳酸鹽指數、UV254為指標參數的有機物去除效果影響明顯。在投加量為30mg/L時，CODMn、UV254的去除率分別為37.8%和43.5%，并且單純增大加投加量對提高去除效果作用不明顯。

(2)吸附時間為30min條件下，CODMn與UV254的去除率趨于穩定，可以達到39.8%和40.9%。進一步延長吸附反應時間至90min能夠提高UV254的去除率，可以達到47.7%。

(3)在弱酸性條件下，PAC對CODMn、UV254的去除效果最佳，隨著pH值的升高，去除率均有不同程度的下降。

參考文獻

[1] 范瑾初.應用水處理中粉末活性炭應用研究[J].中國給水排水，1997，13(2):7～9.

[2]Gaxle N，David C.Influences on the removal of tastes and odour by powdered activated carbon [J].Water Supply:Research and Technology，2002，51(8): 468.

[3]何文杰.安全應用水保障技術[M].北京:中國建筑工業出版社，2006，3.

[4]董秉直.混凝和粉末炭去除黃浦江水中DOM的效果[J].中國給水排水，2000，16(3):1～4.

[5] 陳艷.pH對粉末活性炭去除有機物的影響[J].給水排水，2004，30(5):13～16.