李 滿，李 瑩

（1.山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，?jì)南 250013；2.山東電視臺(tái)農(nóng)科頻道，濟(jì)南250062）

由于水源水受到污染，溶解性有機(jī)物、氨氮濃度升高，常規(guī)水處理工藝很難使水質(zhì)達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)［1-2］。飲用水中氨氮濃度過高可能造成亞硝酸鹽濃度升高，而水中溶解性有機(jī)物特別是有機(jī)鹵化物通常是“三致物質(zhì)”的前驅(qū)物，如果在水處理過程中未能得到有效去除，則在后續(xù)的加氯消毒過程中，其中的一部分有機(jī)物會(huì)轉(zhuǎn)變成“三致”物質(zhì)，對(duì)人體健康存在著潛在的危害［3］。因此，進(jìn)一步研究污染物的去除方法及其效果有著積極而深遠(yuǎn)的意義［4-5］?；钚蕴孔鳛橐环N良好的吸附劑［6-7］，已廣泛應(yīng)用于水處理技術(shù)的研究和實(shí)踐。

作為一種非極性吸附劑，活性炭易吸附非極性分子，其孔隙范圍較大，吸附不同直徑有機(jī)物分子的范圍較大，但對(duì)極性有機(jī)物特別是危害較大的鹵代烴吸附效果不好，且活性炭價(jià)格高，再生費(fèi)用大［8-9］。而陶粒是極性很強(qiáng)的吸附劑，對(duì)極性分子和不飽和分子有很強(qiáng)的親和力，對(duì)非極性分子中極化率大的分子也有較高的選擇吸附優(yōu)勢(shì)。對(duì)當(dāng)前飲用水中常見的污染物NH3-N，陶粒的吸附能力遠(yuǎn)超過活性炭，對(duì)其他一些極性小分子有機(jī)物的去除能力，也會(huì)強(qiáng)于活性炭［10-11］。另外，陶粒比活性炭經(jīng)濟(jì)，是一種很有前途的水處理濾料。若將陶粒與活性炭吸附工藝聯(lián)合使用，相互取長補(bǔ)短，能夠更加徹底地去除飲用水中的各種污染物。

1 試驗(yàn)材料及分析方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)中采用的陶粒是由多種天然環(huán)境礦石經(jīng)過粉碎后加入多種特殊的觸媒，燒制成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，再經(jīng)過高溫?zé)挓傻?，顏色為乳白色，主要性質(zhì)及成份見表1。活性炭為粒狀炭，規(guī)格見表2。

表1 陶粒的主要性質(zhì)及成份

表2 活性炭主要性質(zhì)

1.2 分析指標(biāo)及方法

分析指標(biāo)及方法見表3。

表3 分析指標(biāo)及方法

2 靜態(tài)吸附試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 活性炭—陶粒最佳配比試驗(yàn)

在總投加量不變的基礎(chǔ)上，將陶粒、按質(zhì)量比不同復(fù)合的活性炭—陶粒、活性炭作為11種吸附劑進(jìn)行靜態(tài)吸附試驗(yàn)。在11個(gè)250ml錐形瓶中加入200ml水樣，分別加入0.6g吸附劑，然后放在恒溫震蕩器上在室溫條件下進(jìn)行震蕩4h后，靜置30min后取上清液，測(cè)定其各個(gè)參數(shù)值。試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 最佳配比試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)證明，隨著活性炭在復(fù)合吸附劑中比例的增加，對(duì)有機(jī)物的去除效果明顯加強(qiáng)，對(duì)氨氮的吸附則逐漸降低。其中，當(dāng)吸附劑中活性炭的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%時(shí)，對(duì)CODMn和氨氮的去除效果均較好，去除率分別大于25%和30%。隨著陶粒百分比的提高，盡管對(duì)氨氮的去除率有所升高，但對(duì)CODMn的去除率有較大降低。因此，本試驗(yàn)確定復(fù)合吸附劑的最佳配比為70%活性炭+30%陶粒。

2.2 活性炭—陶粒吸附平衡時(shí)間的確定

在8個(gè)250ml錐形瓶中加入200ml水樣，分別加入0.6g最佳配比的復(fù)合吸附劑，然后放在恒溫震蕩器上在室溫條件下進(jìn)行震蕩，每隔1h取一次樣，分別靜置30min后取上清液，測(cè)定其各個(gè)參數(shù)值。試驗(yàn)結(jié)果如表5、圖2所示。

表5 活性炭—陶粒吸附平衡試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)表明吸附過程進(jìn)行到4h時(shí)，活性炭—陶粒對(duì)CODMn及氨氮的吸附量基本趨于恒定，表明活性炭—陶粒的吸附過程已接近平衡，因此，可以確定活性炭—陶粒對(duì)CODMn及氨氮的吸附平衡時(shí)間為4h。

2.3 活性炭—陶粒復(fù)合吸附等溫式

2.3.1 活性炭吸附等溫式的確定

在8個(gè)250ml錐形瓶中加入200ml水樣，分別加入0.1～1.0g（0.5～5g/L）活性炭，然后放在恒溫震蕩器上在室溫條件下進(jìn)行震蕩4h達(dá)到吸附平衡后，分別靜置30min后取上清液，測(cè)定其各個(gè)參數(shù)值，并計(jì)算活性炭對(duì)CODMn的吸附量。試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 活性炭等溫吸附試驗(yàn)結(jié)果

由于活性炭表面能分布的不均勻性，活性炭對(duì)水中有機(jī)物的吸附符合Freundlich吸附等溫式，即

式中 qe為單位質(zhì)量的活性炭所吸附的量（mg/g）；x為吸附的量（mg/L）；m為活性炭的量（g/L）；K、n為常數(shù)；Ce為吸附質(zhì)的平衡濃度（mg/L）。

其對(duì)數(shù)形式為：

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以lgCe為橫坐標(biāo)，lgqe為縱坐標(biāo)，作lgCe～lgqe圖，如圖3所示。

最終確定活性炭對(duì)水中CODMn的吸附等溫式為：

2.3.2 活性炭—陶粒復(fù)合吸附等溫式的確定

在8個(gè)250ml錐形瓶中加入200ml水樣，分別加入0.1～1.0g（0.5～5g/L）復(fù)合吸附劑，試驗(yàn)結(jié)果如表7、圖4所示。

表7 活性炭—陶粒等溫吸附試驗(yàn)結(jié)果

最終確定活性炭—陶粒對(duì)水中CODMn的吸附等溫式為：

根據(jù)Freundlich吸附曲線qe=KCe1/n，比較式（3）與式（4）可知，式中1/n均小于2，表明吸附相對(duì)容易進(jìn)行；而式（4）中l(wèi)gK大于式（3），表明該吸附劑更適合于低濃度污染物的吸附［12］。利用K和1/n兩個(gè)常數(shù)，比較兩種吸附劑的吸附特性得出，對(duì)于微污染水源，活性炭—陶粒對(duì)水中有機(jī)物的吸附性能優(yōu)于單獨(dú)使用活性炭。

表7亦證明，當(dāng)復(fù)合吸附劑投加量在3g/L時(shí)，處理后水中的CODMn降到2.97mg/L，去除率達(dá)到28.6%；氨氮降到0.35mg/L，去除率達(dá)到34%。因此，確定活性炭—陶粒最佳投加量為3g/L，此時(shí)對(duì)CODMn和氨氮的去除效果最好。

3 結(jié)語

（1）從污染物極性角度考慮，將活性炭與陶粒組成復(fù)合濾料，提出了無機(jī)+有機(jī)吸附劑組合強(qiáng)化去除水中污染物的作用機(jī)制，開發(fā)了活性炭—陶粒復(fù)合吸附組合工藝。

（2）通過靜態(tài)吸附試驗(yàn)研究確定活性炭對(duì)水中CODMn的吸附等溫式為qe=0.0407Ce0.6028；通過靜態(tài)選炭試驗(yàn)確定吸附劑的最佳配比為70%活性炭+30%陶粒。

（3）確定活性炭—陶粒對(duì)CODMn及氨氮的吸附平衡時(shí)間為4h；最佳投加量為3g/L；確定活性炭—陶粒對(duì)水中CODMn的吸附等溫式為：qe=0.1165Ce1.1984。利用K和1/n兩個(gè)常數(shù)，比較兩種吸附劑的吸附特性得出：活性炭—陶粒組合對(duì)微污染水中CODMn的吸附性能優(yōu)于活性炭。

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