活性炭對城市景觀水體中腐植酸的吸附效應

秦國杰，安曉寧

（山西省農業科學院園藝研究所，山西 太原 030031）

日益嚴重的水源污染已經越來越受到城市人們的關注，污染的水體中存在許多有機物質，腐植酸（HA）就是其中的一類。天然水體中的HA主要由水生植物的分解和低等浮游生物產生，其含量占到水體中有機成分的50%～90%[1]。HA也是強絡合劑，能夠消除水體中Pb2+，Cd2+，Cu2+等金屬離子和微量元素。與此同時，飲用水在氯化消毒時，水中的HA會與氯反應產生三鹵甲烷、鹵乙酸等有害物質，可對人體產生致癌、致突變、致畸作用[2]。

水體中的HA由于擁有復雜的分子結構，化學性質穩定，生物降解困難，因而過去的沉淀、消毒、降解等技術去除HA的效果甚微[3-6]。而粉末活性炭（PAC）化學性質穩定，基本上由碳組成，且含有大量縫隙，擁有龐大的表面積，可作為疏水性吸附劑，應用于水體污染治理，能夠有效去除水體中的有機物質，并包括部分重金屬物質。

針對傳統工藝難以有效去除城市水體中的HA[7-9]，本研究以太原市即將規劃、整治的景觀河北張退水渠池底泥中提取的HA為研究對象，采用PAC吸附法，探討了不同因素對PAC消除HA效果的影響，為PAC吸附技術運用于景觀水體的去污提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 材料

HA從太原市北張退水渠池底泥中提取，提取流程參照文獻[10]進行。提取的HA用0.45 μm的醋酸纖維膜過濾后備用。

1.2 方法

采用單因素分析法，起始HA（HA0）設3個質量濃度梯度，分別為 10，30，50 mg/L，pH＝7，腐植酸濃度的檢測參照席北斗等[11]的方法。起始pH值設3個梯度，分別為 4，7，10，HA0＝20mg/L，分別用 0.1mol/L H2SO4和 0.1 mol/L NaOH調節體系的pH值，用pHS-3B型酸度計進行pH值測定。PAC以及硫酸鋁（Al2（SO4）3）與其聯用試驗使用pH＝5的腐植酸溶液（20 mg/L），PAC設5個質量濃度梯度，分別為100，200，300，400，500 mg/L，Al2（SO4）3為50 mg/L，反應時間為40 min；反應溫度為（25±1）℃。

1.3 溶液中腐植酸質量濃度的測定

采用Lamda 45型紫外-可見分光光度計對HA在254 nm處的吸光值進行檢測，即UV254。去除率＝（A0－A1/A0）×100%。式中，A0為處理前水樣吸光度；A1為處理后水樣吸光度[12]。

2 結果與分析

2.1 初始pH值對HA去除效果的影響

對PAC去除各種初始pH值樣本中HA的效果進行了試驗，結果表明，初始pH值越高，PAC對HA的消除力越差。當pH值為4時，反應40 min后，HA去除率達到了50.1%，是pH值為10時HA去除率的1.6倍。同時，pH值為4時，HA消減速度最快，反應10 min時，HA消減率達到了30%以上，20 min后，HA消減率已接近50%，而pH值為10時，HA消減速度最慢，反應40 min時，HA去除率僅在30%左右（表1）。

表1 初始pH值對HA去除效果的影響

2.2 初始HA質量濃度對HA去除效果的影響

從表2可以看出，當HA質量濃度增加時，PAC對HA的消減力呈先增后降的趨勢。當HA0為30mg/L，反應40 min后，HA去除率最高，達到了50.2%，分別是HA0為10，50 mg/L時HA去除率的1.6倍和1.2倍。同時，當HA0為30mg/L時，HA去除速率最快，反應10 min，HA去除率已達30%以上；當HA0為50 mg/L，HA去除速率次之，反應10 min，HA去除率超過20%，反應40 min，HA去除率為41.3%。

表2 初始HA質量濃度對HA去除效果的影響

2.3 PAC與 Al2（SO4）3聯用對 HA去除效果的影響

表3 活性炭與硫酸鋁聯用對HA去除效果的影響

從表3可以看出，在PAC加入量升高的情況下，二者聯用對HA消減效果均有所增加，但單獨使用PAC對HA的消減能力一般。當加入的PAC達到500 mg/L時，HA消減率為50.6%，而PAC與Al2（SO4）3聯用對 HA消除率從 50.6%增加到91.1%，HA去除效果明顯。

3 結論與討論

已有研究發現，pH＜7時，PAC對HA的消除量更高，同時，其消減能力也與腐殖物的濃度有關，溫度恒定時，被測樣本濃度越高，PAC對其消減效果越強，但溫度升高會使PAC的消除能力降低。本研究表明，起始pH不斷提高的情況下，PAC對HA的消減作用逐漸下降。當pH為4時，試驗進行40min，HA消減率達到了50.1%，且HA消減速度最快，但pH＝10時，HA消減速度最慢，試驗進行40 min，HA消減率僅為31.2%。而PAC對HA的消減能力則在一定范圍內隨HA0濃度增加而升高。當HA0為30 mg/L時，HA去除率最高，HA去除速率最快；當HA0為50 mg/L時，HA去除率與去除速率次之，可能是由于活性炭從溶液中吸附溶質是放熱反應，較高的HA濃度使得活性炭在去除HA時放出了較多熱量，致使溶液溫度上升，影響活性炭對HA的消除能力。

單獨使用PAC對HA的消減作用較弱，這是因為HA大分子不容易進入PAC表面的孔隙，但與Al2（SO4）3聯用能夠明顯提高PAC對HA的消減作用。500 mg/LPAC在加入Al2（SO4）3后能夠使HA消除率達到91.1%，相比增加了40.5百分點。究其原因可能HA帶有負電荷、弱酸性，硫酸鋁可與其反應，發生絡合和吸附作用，達到去除HA的目的[13]。因此，PAC通過與Al2（SO4）3聯用對前者吸附HA具有明顯的強化效應。

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