褐煤半焦用于源水除味的試驗研究

李 強，江建忠，徐正泉，肖 平

（中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司，北京102209）

近年來，我國經濟步入高速增長的階段，與之伴生的是經濟高速增長情況下環境污染的日益加重。由于化學和生物等不同因素的影響，自然水體、生活飲用水和污水都存在著日益嚴重的異味問題。例如2007年春夏之交的無錫自來水出現異味，影響范圍很廣，在全國乃至世界上都引起了關注。在人們對生活質量要求越來越高的今天，水源異味及異味的去除日益引起人們的重視。

自然水體出現異味并非我國所獨有，凡是湖泊、水庫及河流都可能發生。美國、日本等工業化國家均有所發生，其中典型的事例就是日本的琵琶湖事件。琵琶湖是日本東京（京都）阪（大阪）神（神戶）地區的重要水源，發生過硅藻和藍藻帶來的異味爆發，東京的水源多摩川也發生過類似事件。

產生水中異味的物質已由日本科研人員從放線菌中分離出來，推定其為：mucidon和geosmin（亦有稱為diosminr），其結構如圖1。

圖1 褐煤半焦粉投加量與出水濁度關系曲線

根據產生異味物質的分子結構，人們認為這兩種物質是可以被活性炭吸附的，因此均集中力量對活性炭吸附進行研究。

北京自來水集團有限責任公司、中國科學院生態環境研究中心通過臭氧、高錳酸鉀預氧化和粉末活性炭對水中2-甲基異莰醇 （MIB）的去除試驗發現，粉末活性炭對其處理效果最佳。

常規粉末活性炭雖然用于異味去除效果良好，但成本較高。探索褐煤半焦在源水除味水處理的應用，主要是因為我國水處理市場發展迅猛，潛力巨大，特別是對深度處理、循環利用的新工藝、新材料需求十分迫切，急需穩定可靠、豐富廉價的吸附凈化材料。

我國褐煤資源豐富（1303億t），主要分布在內蒙古（占全國褐煤儲量的77%）和云南（占全國褐煤儲量的13%）境內。近年來，為了充分利用豐富的褐煤資源而進行褐煤提質品（褐煤半焦）的大量深加工。中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司開發了流化床輕度氣化褐煤提質技術工藝，用于對褐煤進行提質處理，生產提質褐煤。初步分析表明，采用該技術生產的褐煤半焦具有類似活性炭的特性，有著較發達的中孔結構和比表面積，具有一定的吸附能力，在源水除味處理方面具有潛在的利用價值，值得進一步研究。同時，采用該技術生產的褐煤半焦其生產成本要遠低于常規活性炭的生產成本，具有十分重要的經濟意義。

1 褐煤半焦的吸附特性

吸附指標通常用碘值、亞甲藍吸附值和糖蜜來衡量，分別表征不同的孔隙尺寸。

對褐煤半焦樣品的吸附指標進行了試驗室分析，結果如表1。表1中同時列出了常規活性炭的指標值作為對比參考。

表1 褐煤半焦粉的吸附指標

可以看出，褐煤半焦粉雖然吸附能力較常規活性炭有一定差距，但仍有較強的吸附能力。考慮到其較之于常規活性炭較大的成本優勢，褐煤半焦有應用于水處理的潛在價值。

2 褐煤半焦去除水中異味的試驗研究

為了探索褐煤半焦在源水除味處理領域的應用，選用褐煤半焦粉，采用攪拌法，進行了褐煤半焦粉源水除味的試驗研究。

2.1 試驗儀器

試驗所有主要儀器包括：QP2010S氣相色譜儀（島津，日本），PTX-5MS毛細管柱（30mm×0.25mmID×0.25um），CJ型四連恒溫磁力攪拌器（江蘇）等。

2.2 試劑及標樣

已有的研究表明，導致源水異味的主要物質為土臭素和2-甲基異莰醇，本次試驗將采用上述兩種物質作為主要的致臭物質配置一定濃度的溶液替代源水進行試驗。

土臭素（GSM）和2-甲基異莰醇（2-MIB）為標準品，購于Singma Adrich試劑公司，純度≥98%；氯代辛烷（1-chiorooctane）為標準品，購自Ficka公司，正乙烷為色譜純，購自Sigma-Adrich公司，純度≥95%；試驗用水為Milli-Q超純水（18.2MO），試驗所用試劑NaC1和Na2SO4為分析純，使用前分別經105℃、400℃烘干。標準儲備液的制備：使用微量進樣器精確量取一定量的GSM和2-MIB將其溶解于超純水中，配制成10mg/L的標準儲備液。

2.3 試驗方法

采用攪拌試驗法，研究同一種褐煤半焦粉對異味的去除效果，主要是在固定源水水質和投加條件下，變化同一種活性和煤粉投加量，檢測不同投加量對應的出水質量。

2.4 試驗結果與分析

不同的褐煤半焦粉投加量對應的出水濁度、游離氯、殘留氯及異味濃度如表2。

表2 褐煤半焦粉除味試驗結果 單位：ppm

由表2可知，隨著褐煤半焦粉投加量的增加，出水的濁度由2.0降至1.5，并且在投加量達到10ppm時達到穩定值。隨著褐煤半焦粉投加量的增加，出水的pH值呈上升趨勢，由弱酸性水變成弱堿性水。褐煤半焦粉對水中的游離氯和殘留氯均有一定的吸附效果，其中游離氯在不添加褐煤半焦粉的情況下，其濃度為1.5ppm，當褐煤半焦粉投加量增加到40ppm時，其濃度降至0.2ppm。殘留氯在不添加褐煤半焦粉的情況下，其濃度為3.2ppm，當褐煤半焦粉投加量增加到40ppm時，其濃度降至0.8ppm，如圖2、圖3。

圖2 褐煤半焦粉投加量與游離氯關系曲線

圖3 褐煤半焦粉投加量與殘留氯曲線

試驗研究表明，褐煤半焦粉對異味有著較強的吸附能力，原水的異味濃度為10ppm，當褐煤半焦粉的投加量增加到40ppm時，出水的異味濃度即可降低至2ppm（基本無味）以下，異味基本消除，如圖4。

圖4 褐煤半焦PAC投加量與異味濃度關系曲線

4 結語

褐煤半焦具有類似活性炭的吸附特性，顯微結構表明，褐煤半焦孔隙發達，裂隙及孔隙發育完全，具備水的除味處理的基本條件。試驗研究表明，投加量達到40ppm時，能將水中的異味由10ppm降至2ppm以下。由于褐煤半焦的生產成本要遠低于常規活性炭的生產成本，可以作為活性炭的替代品，用于源水的應急投加處理，具有十分可觀的社會效益和經濟效益。

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