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《太原理工大学》 2011年
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活性炭在饮用水深度处理中的应用研究

张长明  
【摘要】:水是人类赖以生存的物质,是经济发展和社会进步的生命线。人们生产和生活中的用水主要依靠地表水和地下水提供,由于地表水在自然界的分布较为广泛,而且其来源丰富且利用起来较为方便,再加上人们对地下水的过量开采,导致水位急剧下降,所以各种各样的地表水源如江河和湖泊以及水库等成为人们生产和生活用水的主要来源。随着我国经济的迅速发展,工业化和城镇化步伐的加快,用水量的增加和水环境的污染,加剧了淡水资源的短缺。地表水水体被大量有害有机化学物质和病原微生物的污染,常规净水工艺根本无法消除这些种类繁多的有害有机物,饮用水深度处理势在必行。活性炭是以碳元素为基础,经过物理化学方法加工而成的一种多孔性吸附材料,由于其内部发达的空隙结构、巨的大比表面积和超强的吸附能力等特点,因此在各种改善水质和提高净水效果的饮用水深度处理技术中,活性炭吸附技术成为弥补常规净水工艺存在的问题和有效去除水中微量有机物微生物最成熟的方法之一 针对活性炭在饮用水深度处理中的应用选择这一研究课题,基于活性炭吸附原理、活性炭的孔隙结构和吸附性能以及活性炭的结构性能研究理论,以黄浦江饮用水为研究对象,对深度处理活性炭吸附效果进行研究,通过比较六种活性炭深度处理饮用水的吸附效果,得到了用于黄浦江饮用水深度处理的活性炭,在此基础上,又对活性炭自身的结构性能进行研究,通过比较六种活性炭的吸附量大小、比表面积大小以及孔容和孔径,进一步验证了黄浦江饮用水深度处理活性炭的吸附效果,并得到了一些重要的结论及成果。 1、随着我国经济的快速发展,特别是有机化工企业、医药行业、农药如杀虫剂及除草剂的生产等迅速增长和发展,使得有机化合物的数量和种类日益增加,大量的生产废水和生活污水未经达标处理就直接进入黄浦江,对黄浦江水源造成了极大的污染,导致人们饮用水水源水质急剧下降,而常规净水工艺根本无法消除这些种类繁多的有害有机物。 2、活性炭的内部孔隙结构发达、比表面积大和吸附性能优良,它不仅能够很好的吸附饮用水中的农药、消毒副产物和微量有机污染物等污染物质,而且还可以有效去除水中的铁、锰、铜、汞、铬、砷等微量重金属。用于饮用水深度处理能够很好地改善水质和提高净水效果,弥补常规净水工艺存在的问题和有效去除水中微量有机物微生物。 3、以黄浦江饮用水为研究对象,对选取用于深度处理的六种活性炭进行了静态吸附实验和动态吸附实验,根据测定各炭样的碘值和亚甲蓝值、吸附容量、吸附等温线以及吸附速度,进行比较各炭样的吸附效果,得知碘值以3#、2#、5#和1#的碘值高,而亚甲基蓝值以3#、5#、1#和2#的值高;5#活性炭的碘值和亚甲蓝值均比较高,但其吸附等温线的斜率也较高,比较适合大分子有机物的去除,故在自来水中作原水的实验中的吸附容量、出水水质都相对其它活性炭较差,而2#、1#、3#在该实验条件下表现出较好的吸附性能;用CODMn表征静态吸附容量,1#、2#、3#活性炭的静态吸附容量高于4#、5#、6#活性炭的静态吸附容量,并且以2#活性炭的静态吸附容量为最高;在活性炭对有机物的去除上,分别依据各炭样对CODMn、UV254、TOC的去除率绘制出了随监测天数的图形,并且从各自的去除率以及图形上得知2#、1#、3#活性炭处于前列,以2#活性炭最优,4#、5#、6#活性炭效果稍差,以5#最差;在通过监测得到的活性炭对氨氮、亚硝酸盐的去除的实验数据后,得知由于动态实验运行时间较短,活性炭上的微生物还没有初长成,而活性炭本身对氨氮、亚硝酸盐没有去除能力,从这两个指标并不能看出活性炭的优劣;在实验停止40天以后,重新启动实验,其对有机物的去除能力有一定的恢复,所以在第一天表现出比较高的去除率,以2#、3”、1#活性炭的去除率较高,在接下来的两天内去除率平均以10个百分点连续下降,下降幅度很大,并迅速穿透,但从每天横向数据来看,相对来讲2#炭的去除率仍然高于其它炭种;尽管活性炭对有机物吸附饱和,其对余氯仍有很高的去除率。 4、本论文创新性地对黄浦江饮用水深度处理活性炭吸附效果比选得到的活性炭进行了内在结构性能研究,采用Tristar3000自动分析仪测定各炭样的吸附等温线、比表面积以及孔分布,通过比较各炭样的吸附量、比表面积及孔容和孔径,从自身的结果性能上反映各炭样的吸附效果,得知在相对压力p/p0≈0.38时,由各自的吸附等温线图可得知对应的吸附量大小:2#1#3#4#6#;在相对压力p/p0≈1时,吸附达到饱和,由各自的吸附等温线图可得知对应的吸附量大小(代表各炭样的中孔+微孔的吸附量)为:2#1#3#4#6#;在吸附等温线上还得到了反映中孔发达程度的吸附滞后圈的宽度,并且各炭样的中孔发达程度按1#4#2#3#6”大小顺序排列;吸附接近饱和时的孔容大小(代表中孔+微孔的孔容和):2#1#3#4#6#,孔容越大,则吸附能力越强;各炭样的比表面积大小:2#1#3#4#6#,比表面积是表征活性炭的吸附能力的一个主要指标,比表面积越大,则活性炭的吸附能力就越强、吸附容量就越大;在孔分布图形中,得出各炭样的微孔的百分比为:1#:52.50%;2#:71.53%;3#:67.74%;4#:67.32%;6#:63.22%。可以得知2#炭的吸附能力最强;1#炭的中孔百分比最大,说明其中孔较发达,这一点与吸附等温线的滞后圈宽度取得一致;从孔分布图形上得到各炭样峰值处对应的孔容,得知1#、2#、3#、4”的吸附能力较强,且以2#炭为最高,而以6#炭较差,各炭样孔径以为微孔为主,都有利于对小分子有机物的吸附。通过创新性实验研究,得知用于饮用水深度处理的活性炭在制备和选用上要进可能地包含更多的中孔,中孔的发达程度直接影响活性炭对有机物的吸附能力和速度,而且一定要在比较饮用水深度处理活性炭吸附效果以后,对炭样进行内在结构性能的分析,全面反映活性炭的吸附效果。
【学位授予单位】:太原理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TU991.2

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