混凝和活性炭聯(lián)用對有機(jī)物質(zhì)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(nèi)外水處理領(lǐng)域的難題。天然水中包含了很多不同的物質(zhì)，有天然的也有人工的。這些物質(zhì)包括人工有機(jī)污染物(SOCs)、殺蟲劑、除草劑和三致物(THMs)[1］。這些物質(zhì)很多是有毒的，所以必須從飲用水中除去。常規(guī)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(zhì)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(jīng)成功用于色度和嗅味的去除，同時(shí)也用于去除水中的有機(jī)物和NOM[3-5］。

1 實(shí)驗(yàn)方法和試劑

1.1 實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)采用ZR4-6混凝試驗(yàn)攪拌機(jī)于室溫下進(jìn)行。在燒杯中分別投機(jī)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(jī)聚合氯化鋁;2)PAC和聚合氯化鋁同時(shí)投機(jī);3)單獨(dú)投加聚合氯化鋁。

1.2 實(shí)驗(yàn)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(jié)果與討論

2.1 吸附試驗(yàn)

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(shù)(見表1)，與吸附劑、吸附質(zhì)種類及溫度有關(guān)。

表1 Freundlich公式的各個(gè)參數(shù)

結(jié)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?yàn)楸椒拥姆肿恿窟h(yuǎn)遠(yuǎn)小于HAS。因此可以發(fā)現(xiàn):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(zhì)的去除時(shí)間比較少，而大分子的物質(zhì)需要很長的時(shí)間才能被吸附掉。

2.2 混凝劑試驗(yàn)

根據(jù)前面的吸附試驗(yàn)，我們選用0.7 g/L的PAC來作為最佳投加量。

圖1表明:試驗(yàn)方法(1)對色度和有機(jī)物的去除率與聚合氯化鋁的投加量基本無關(guān)。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(yàn)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(shí)，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(fā)生了協(xié)同作用。方法(2)PAC和聚合氯化鋁發(fā)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(jī)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(jī)物的去除效果也很低。可以表明:混凝劑對小分子物質(zhì)去除效果比較低。當(dāng)聚合氯化鋁的投加量為1.5 mg/L時(shí)，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(jī)物和色度去除

圖4中不同的是形成的絮體和穩(wěn)定程度。當(dāng)投藥量為4.5 mg/L和6 mg/L時(shí)，絮體很容易沉淀，投藥量為1.5 mg/L和3 mg/L時(shí)，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(jī)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(qū)別。但是pH6的最佳投加量比pH7要大，因此，pH7比較經(jīng)濟(jì)。

3 結(jié)語

1)PAC對苯酚的吸附時(shí)間比腐殖酸的吸附時(shí)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(shí)投加混凝劑和吸附劑效果明顯。4)pH7在有機(jī)物的去除、絮體的穩(wěn)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(dòng)力學(xué)方程及其參數(shù)的物理意義探析[Z］.