活性炭吸附去除原水中有機(jī)物的研究

王 芳

（紹興柯橋?yàn)I海供水有限公司， 浙江 紹興 312000）

人類的發(fā)展其實(shí)就是一個(gè)不斷改造自然的過程，隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對于自然的開發(fā)力度越來越大，而隨著城市工業(yè)化建設(shè)進(jìn)程的推進(jìn)，廢水排放總量不斷增長，再加上水土流失加劇的緣故，各條河流原水中有機(jī)物含量不斷提升，成分也變得越來越復(fù)雜。有人采取黃浦江原水樣本進(jìn)行檢測，在其中發(fā)現(xiàn)了 700余種有機(jī)物，且水質(zhì)檢測發(fā)現(xiàn)其等級僅達(dá)Ⅲ ～ Ⅳ類水體標(biāo)準(zhǔn)[1]。水是生命之源，人們的生活用水一般都是取自各條江河，原水中有機(jī)物含量過高，會(huì)影響到水中致病和有毒化學(xué)物質(zhì)的溶解，威脅到人體健康，因此，如何有效去除原水中有機(jī)物，是現(xiàn)階段水處理領(lǐng)域中急需攻克的一個(gè)難題。

1 活性炭吸附去除原水中有機(jī)物的研究

1.1 活性炭吸附去除原水中有機(jī)物的工藝流程

各個(gè)城市水廠原水均取自于城市中的河流，在水域生態(tài)變化、工業(yè)廢水污染及生活污水污染的共同作用下，目前我國各大河流均有著較為嚴(yán)重的有機(jī)污染現(xiàn)象。在進(jìn)行活性炭吸附去除原水中有機(jī)物的研究過程中，首先應(yīng)該選定有機(jī)物含量高的河流作為研究對象，采集上游原水作為樣本，分析其水質(zhì)，然后再經(jīng)混凝、沉淀和砂濾等常規(guī)工藝處理后，測定水質(zhì)。在此過程中，可采用采用超濾膜法測定水中有機(jī)物分子質(zhì)量，應(yīng)用改性醋酸纖維素膜，采用平行法進(jìn)行膜過濾,使用截留分子質(zhì)量為 30、10、3、1 ku的超濾膜, 測定過濾液的 DOC 和 UV254 ,明晰原水、濾后水中各個(gè)分子質(zhì)量區(qū)間有機(jī)物含量[2]。

圖1 ·活性炭吸附去除原水中有機(jī)物的工藝流程圖

1.2 活性炭吸附去除原水中有機(jī)物的效果分析

1.2.1 原水及濾后水中有機(jī)物分子質(zhì)量分布對比

原水中有機(jī)物主要集中于以下兩個(gè)分子質(zhì)量區(qū)間：①10至 30ku區(qū)間，其中DOC占比為35.17%，UV254占比為28.36%；②小于1ku，其中，DOC占比為36.80%，UV254占比為46.75%。而在濾后水中，有機(jī)物分子質(zhì)量分布仍然與原水相似，都集中于10至30ku區(qū)間和小于1ku區(qū)間，在10至30ku區(qū)間，DOC占比為22.48%，UV254占比為22.10%，小于1ku區(qū)間，DOC占比為42.95%，UV254占比為48.30%，有機(jī)物整體去除率較低[3]。

1.2.2 活性炭吸附對CODMn和UV254的去除

原水中大多含有兩類有機(jī)物，一類為CODMn，具有還原性，可被高錳酸鉀氧化，一類為 UV254，具有芳香環(huán)或雙鍵結(jié)構(gòu), 多為腐殖酸和富里酸類物質(zhì)。將濾過水經(jīng)活性炭吸附裝置處理后，發(fā)現(xiàn)在吸附初期，便有了較好的去除效果，對于 CODMn和UV254的去除率分別達(dá)到82%、90%之上，但隨著通水倍數(shù)的增長，去除效果逐漸降低，對于CODMn和UV254的的后期去除率均只有25%左右。為了保證有機(jī)物去除效果，在達(dá)到一定通水量后，應(yīng)該對活性炭進(jìn)行再生。而且，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，活性炭吸附對于CODMn和UV254的去除效果呈現(xiàn)相關(guān)性，且對于這兩類物質(zhì)在各分子質(zhì)量分布區(qū)間的去除率都比較高。

2 活性炭吸附去除原水中有機(jī)物的機(jī)理分析

活性炭是一種黑色的無定形碳，通常以粉末、塊狀、顆粒狀、蜂窩狀的形態(tài)出現(xiàn)，由于發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，以及較大的比表面積, 具有極強(qiáng)的吸附性。活性炭吸附是一種利用活性炭的吸附功能去除有機(jī)物質(zhì)、微生物、病毒等物質(zhì)的凈化方式，具有凈化、脫色、除臭的功效，在水處理中應(yīng)用廣泛。在應(yīng)用活性炭吸附去除原水中有機(jī)物的過程中，初期去除效率比較高，是因?yàn)楫?dāng)時(shí)活性炭吸附孔道通暢, 孔隙率較大, 水流剪力較小, 有機(jī)物可輕易進(jìn)入活性炭孔隙中,但隨著吸附時(shí)間的增加,活性炭孔隙中的雜質(zhì)越來越多，孔道逐漸被堵塞，孔隙率變小，水流剪力增加，活性炭與有機(jī)物的結(jié)合力降低，及時(shí)吸附進(jìn)去也很容易脫落，再加上孔隙填滿，可容納有機(jī)物顆粒的空間逐漸縮小，所以去除能力會(huì)逐漸下降。

活性炭對于原水中有機(jī)物的吸附，主要發(fā)生在活性炭孔隙中，所以，活性炭孔徑分布狀況將直接影響到對于各類有機(jī)物的吸附能力。在活性炭中，超過 95%的孔隙為微孔，也就是說只有小分子質(zhì)量雜質(zhì)方能進(jìn)入，根據(jù)液相吸附質(zhì)分子在活性炭不同吸附孔內(nèi)分布的研究結(jié)果, 活性炭的最佳吸附D/d數(shù)值為 1.7至6，也就是說，對于分子質(zhì)量低于3ku的有機(jī)物雜質(zhì)來說，最佳活性炭孔徑為 3.2至11.4 nm[4]。

3 結(jié)語

由于工業(yè)的發(fā)展，廢水排放量不斷增長，《2014-2018年中國污水處理行業(yè)市場前瞻與投資規(guī)劃分析報(bào)告》顯示，2001我國廢水排放總量為433億噸增，到2012年年廢水排放總量增加了252億噸，達(dá)到了685億噸，平均年復(fù)合增長率高達(dá)4.3%。污水不經(jīng)處理排入江河，將導(dǎo)致各大河流原水含有大量工業(yè)廢棄物，導(dǎo)致有機(jī)物種類及含量不斷增加。常規(guī)的污水處理工藝，比如說混凝、沉淀、過濾和消毒等，對于原水中有機(jī)物的去除效果不佳，因?yàn)樗械娜芙庑杂袡C(jī)物主要集中在小分子質(zhì)量區(qū)間。由于活性炭的吸附特性，對于河流原水中的小分子有機(jī)物具有較強(qiáng)的去除效果，且經(jīng)濟(jì)適用性強(qiáng)，目前被廣泛應(yīng)用于在飲用水深度處理中，而 GAC吸附出水中的有機(jī)物也以小分子為主