應(yīng)急處理苯胺污染水源水的粉末活性炭吸附工藝的研究

1、 傅金祥等應(yīng)急處理苯胺污染水源水的粉末活性炭吸附工藝的研究應(yīng)急處理苯胺污染水源水的粉末活性炭吸附工藝的研究3傅金祥王鋒李敬寶池福強(qiáng)沈陽(yáng)110168(沈陽(yáng)建筑大學(xué)市政與環(huán)境學(xué)院, 遼寧摘要以渾河水為原水, 模擬突發(fā)苯胺污染, 通過(guò)投加粉末活性炭(PAC 進(jìn)行應(yīng)急處理的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明:PAC 對(duì)苯胺的吸附在30min 內(nèi)能達(dá)到80%90%的吸附容量; PAC 對(duì)苯胺的吸附等溫線符合弗蘭德里希(Freundlich 吸附模式, 在苯胺的平衡質(zhì)量濃度為0. 030mg/L 時(shí),PAC 對(duì)其吸附容量約為5mg/g ; 比表面積較大的木屑炭對(duì)苯胺的吸附效果比煤質(zhì)炭好, 但粒度以300目左右為宜;

2、炭漿濃度越小對(duì)苯胺的吸附效果越好; 溶液p H 以不小于5為最好; 絮凝劑最佳的投加順序是先投加炭漿然后投加絮凝劑; 對(duì)突發(fā)的渾河水苯胺污染, 在取水口處投加PAC 是十分有效的應(yīng)急處理措施。關(guān)鍵詞苯胺應(yīng)急處理渾河粉末活性炭吸附Powdered activated carbon adsorption for emergency treatment of aniline contamination Fu J inx iang , W ang Feng , L i J ingbao , Chi Fuqiang. (I nstitute of M unici pal and Envi ronment

3、al Engineering , S heny ang J ianz hu Universit y , S heny ang L iaoning 110168Abstract :Laboratory adsorption isotherms runs were performed to determine the feasibility activa 2ted carbon (PAC adsorption for removing aniline in emergency PAC the Hun River sample quickly and that 80%90%of its capaci

4、ty was attained in 30capacity vs. residual (equilibrium concentration data were well model ; the ad 2sorptive capacity of 5mg aniline/g at an mg/L. The PAC with a high specif 2ic surface area a ; capacity was found using PAC of 300mesh and at a p H 5. coagulant produced more desirable results. The s

5、tudy results have the influent to the water treatment plant is an effective emergency measure for remo 2ving aniline when its concentration in the water supply exceeds the high end of the acceptable range.K eyw ords :AnilineEmergency treatmentHun RiverPowdered activated carbonAdsorption我國(guó)已進(jìn)入環(huán)境污染事故高發(fā)

6、期, 尤其是重大突發(fā)性的環(huán)境化學(xué)污染事故不僅在發(fā)生次數(shù)上, 而且在污染的危害程度上均有增加的趨勢(shì), 形勢(shì)十分嚴(yán)峻。據(jù)統(tǒng)計(jì), 20012004年發(fā)生污染事故3988起, 平均每年約1000起, 尤其是因企業(yè)違法排污和排污事故而引發(fā)的重大水污染事件接連發(fā)生1。自2005年松花江水污染事故以來(lái), 我國(guó)共發(fā)生130多去除低倍超標(biāo)的污染物是恢復(fù)供水的關(guān)鍵。地表(G B 3838水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)2002 中規(guī)定飲用水地表水源地苯胺的限值是0. 1mg/L 。本研究以渾河水為原水, 通過(guò)配制一定量的苯胺來(lái)模擬苯胺類水污染并進(jìn)行PAC 吸附的應(yīng)急處理, 研究PAC 對(duì)苯胺的吸附特性, 優(yōu)選炭種和粒度, 探討投加

7、PAC 的炭漿濃度、溶液p H 以及絮凝劑的投加順序等因素對(duì)PAC 吸附苯胺效果的影響, 并研究苯胺濃度超標(biāo)4倍左右時(shí)投加PAC 的處理效果, 為實(shí)際的應(yīng)急處起與水有關(guān)的污染事故, 達(dá)到平均每23天一起。結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況, 對(duì)水污染應(yīng)急處理的可行方法是投加水處理藥劑, 如進(jìn)行粉末活性炭(PAC 吸附2等。國(guó)外已經(jīng)有利用PAC 應(yīng)對(duì)季節(jié)性水質(zhì)變化和突發(fā)水污染事故的成功例子, 且獲得了很好的處理效果325。我國(guó)也有利用PAC 應(yīng)急處理水污染的成功實(shí)例6225,7,8, 但目前還沒(méi)有針對(duì)苯胺污染進(jìn)行PAC 吸附的應(yīng)急處理的研究。水廠停水可避開污染高峰, 但突發(fā)的水污染事故后, 有效地理技術(shù)提供理論

8、依據(jù)。1材料和方法1. 1原水水質(zhì)試驗(yàn)以冬季沈陽(yáng)渾河水為原水, 另加不同量的苯胺配制成混合液, 模擬受污染的水源水。原水水質(zhì)如表1所示。第一作者:傅金祥, 男,1955年生, 博士后, 教授, 博士生導(dǎo)師, 主要從事水處理理論與技術(shù)研究。3遼寧省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No. 20062004 ; 沈陽(yáng)建筑大學(xué)省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金資助項(xiàng)目(No. HJ 2200604 。689 環(huán)境污染與防治第29卷第8期2007年8月表1原水水質(zhì)情況Table 1Characteristics of the Hun River water sample(-1后測(cè)定剩余的苯胺, 結(jié)果如圖2所示。試驗(yàn)儀器SC

9、956六聯(lián)實(shí)驗(yàn)攪拌器; TL8021型醫(yī)用離心機(jī);UV9100紫外可見分光光度計(jì)。1. 2試驗(yàn)方法試驗(yàn)中攪拌器的轉(zhuǎn)速為110r/min , 模擬混凝前管道中的混合和吸附水力條件。用蒸餾水和PAC 配制一定濃度的炭漿加入到1L 水樣中進(jìn)行攪拌吸附, 吸附一定時(shí)間后的混合液用離心機(jī)進(jìn)行分離, 然后檢測(cè)水樣中的苯胺。苯胺采用N 2(12萘基 2乙二1. 3圖2PAC 對(duì)苯胺的吸附等溫線Fig. 2Adsorption isotherm of PAC for aniline胺偶氮分光光度法測(cè)量。以下如不特別指明, 試驗(yàn)過(guò)程中炭漿濃度均為1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù) 。2結(jié)果與分析2. 1PAC 對(duì)苯胺的吸附性能通過(guò)

10、對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行不同吸附類型的擬合, 得出PAC 對(duì)苯胺的吸附等溫線符合弗蘭德里希(Fre 2undlich 吸附模式, 其數(shù)學(xué)模型為q =25. 136C 0. 4619(R 2=0. 9587 , 其中q 為PAC 對(duì)苯胺的飽和吸附容量,mg/g ; C 為苯胺平衡質(zhì)量濃度,mg/L 。從圖2可看出, 0. 030mg/L 時(shí), 5。2. 210. 873mg/L 的混合液中投加同粒度的4種PAC (木屑質(zhì)和煤質(zhì)各兩種 炭漿進(jìn)行吸附試驗(yàn), 各種PAC 的主要性能指標(biāo)如表2所示。吸附30min 后用離心機(jī)進(jìn)行炭液分離, 然后測(cè)定上清液中的苯胺, 結(jié)果見圖3。表2PAC 主要性能指標(biāo)Table

11、2Properties of the PAC employed in the study2. 1. 1吸附速率向每升苯胺質(zhì)量濃度為0. 790mg/L 中投加3mL 的炭漿, 。圖1PAC 對(duì)苯胺的吸附Fig. 1Adsorption of aniline by PAC從圖1可見, PAC 在吸附初期對(duì)苯胺的吸附速率很大, 混合液中的苯胺濃度迅速下降。PAC 對(duì)苯胺的快速吸附階段大約需要10min , 當(dāng)吸附時(shí)間為30min 時(shí), 可以達(dá)到80%90%的吸附容量, 基本達(dá)到吸附平衡狀態(tài)。再繼續(xù)延長(zhǎng)吸附時(shí)間, 苯胺濃度的下降趨勢(shì)變緩, 吸附容量增加很少, 逐漸達(dá)到吸附飽和。對(duì)實(shí)際水廠而言, 保證

12、PAC 充足的吸附時(shí)間即“關(guān)口前移”是應(yīng)對(duì)突發(fā)污染的重要經(jīng)驗(yàn)之一63。對(duì)取水口離凈水設(shè)施很近的水廠, PAC 的吸附時(shí)間有限, 但PAC 對(duì)苯胺的吸附時(shí)間為30min 就可以達(dá)到有效吸附, 說(shuō)明即使在有限的吸附時(shí)間內(nèi), 利用PAC 進(jìn)行苯胺的應(yīng)急處理也是可行的。2. 1. 2吸附等溫線向每升不同苯胺濃度的混合液中加入4mL 的炭漿, 在轉(zhuǎn)速為110r/min 的水力條件下吸附6h , 保證吸附達(dá)到飽和, 混合液經(jīng)離心機(jī)進(jìn)行炭液分離 690炭種產(chǎn)地材料粒度/目灰分1 /%碘值/(mg g -11#炭2#炭3#炭4#炭沈陽(yáng)木屑炭2003004. 8875. 512010. 0太原煤質(zhì)炭200300

13、12. 5920. 610512. 0上海木屑炭2003005. 2945. 81208. 2遼陽(yáng)煤質(zhì)炭2003009. 6900. 31505. 0亞甲基藍(lán)值/(mg g -1水分2 /%注:1 指炭燃燒后殘留的固體殘?jiān)荚康馁|(zhì)量分?jǐn)?shù); 2 炭在105的恒溫烘箱中干燥1h 后所揮發(fā)出來(lái)的水分占原炭的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。從圖3可看出, 木屑炭比煤質(zhì)炭對(duì)苯胺的去除率高, 說(shuō)明不同炭種對(duì)PAC 吸附苯胺的效果影響很大, 其中3#炭對(duì)苯胺的去除效果穩(wěn)定, 為最佳炭種。有些學(xué)者已經(jīng)研究證實(shí), 只有活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)(包括大孔、中孔和微孔, 其中微孔表面積占活性炭總表面積的95%以上 與水體中有機(jī)物的尺寸大小相符

14、才能充分發(fā)揮活性炭的吸附作用9。苯胺為小分子有機(jī)化合物, 吸附作用主要發(fā)生在活性炭的微孔表 傅金祥等應(yīng)急處理苯胺污染水源水的粉末活性炭吸附工藝的研究面, 具有發(fā)達(dá)的比表面積的木屑炭對(duì)苯胺具有良好的吸附效果。煤質(zhì)炭比表面積較木屑炭小, 所以吸附效果相對(duì)較差。在應(yīng)對(duì)苯胺水污染的應(yīng)急處理中, 根據(jù)實(shí)際情況可以優(yōu)先選擇比表面積大的活性炭進(jìn)行投加, 以提高處理效率 。數(shù), 下同 為1%、3%、5%、7%、10%和15%的炭漿。每升苯胺質(zhì)量濃度為0. 983mg/L 的混合液投加4mL 炭漿, 吸附30min 后離心取上清液進(jìn)行分析 , 結(jié)果見圖5。圖5炭漿濃度對(duì)苯胺去除率的影響Fig. 5Effect

15、of PAC slurry density on aniline removal從圖5可看出, 不同的炭漿濃度對(duì)處理效果存在明顯的差異。隨著炭漿濃度的增加, PAC 對(duì)苯胺的去除率由55. 42%逐漸降低到36. 15%。這主要是炭漿濃度越大, PAC 顆粒間相互接觸的幾率增大, 自凝聚現(xiàn)象嚴(yán)重, 使PAC , PAC , 在應(yīng)急處理過(guò), 對(duì)處理效果的影響在PAC 吸附過(guò)程中, 溶液p H 對(duì)吸附質(zhì)和吸附劑都會(huì)有影響。用氫氧化鈉和鹽酸調(diào)節(jié)溶液p H , 分析溶液p H 對(duì)PAC 吸附苯胺效果的影響, 其圖3各炭種對(duì)苯胺的去除率Fig. 3Aniline removal vs. PAC dosa

16、ge注:投加量以每升混合液各炭種的炭漿投加量計(jì)。2. 2. 2PAC 粒度對(duì)處理效果的影響采用3#炭進(jìn)行不同粒度的PAC 吸附試驗(yàn)。分別對(duì)每升苯胺質(zhì)量濃度為0. 921mg/L 加3mL 炭漿, 吸附30定分析, 中混合液苯胺質(zhì)量濃度為0. 426mg/L , 結(jié)果如圖6所示。圖4不同粒度的PAC 對(duì)苯胺的去除率Fig. 4Effect of PAC particle size on aniline removal從圖4可看出, 不同粒度的PAC 對(duì)苯胺的去除率有著明顯的差異。隨著PAC 粒度的減小, PAC 對(duì)苯胺的去除率呈明顯的上升趨勢(shì), 去除率由小于80目的35. 33%逐漸增加到200

17、300目的60. 40%, 去除率約提高25個(gè)百分點(diǎn)。這主要是因?yàn)镻AC 的粒度越小, 表面積越大, 傳質(zhì)速率就越快, 吸附效果就越好。但在應(yīng)急處理過(guò)程中, 還應(yīng)考慮粒度對(duì)后續(xù)工藝的影響, 尤其是當(dāng)PAC 的粒度大于300目時(shí), 其難以沉淀而且容易穿透濾池, 從而影響出水水質(zhì)。因此, 選擇PAC 的粒度以300目左右為宜。以下選擇粒度為200300目的3#炭進(jìn)行試驗(yàn)。炭漿濃度對(duì)處理效果的影響PAC 顆粒間存在自凝聚現(xiàn)象, 應(yīng)急處理過(guò)程中應(yīng)考慮這方面的影響。分別配制炭漿濃度(質(zhì)量分2. 3圖6溶液pH 對(duì)PAC 吸附苯胺的影響Fig. 6Effect of p H on aniline remo

18、val by PAC從圖6可看出, 當(dāng)溶液p H 小于5時(shí),PAC 對(duì)苯胺的去除率呈明顯上升趨勢(shì); 當(dāng)溶液p H 大于5時(shí), PAC 對(duì)苯胺的去除率變化不大, 此時(shí)吸附效果較好。曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)恰好在苯胺的一級(jí)離解常數(shù)p K a =4. 6附近。主要是因?yàn)? 當(dāng)溶液p H 大于5時(shí), 水中苯胺主要以分子形態(tài)存在; 而當(dāng)溶液p H 小于5時(shí), 水中苯胺主要以離子形態(tài)存在, PAC 對(duì)極性較弱的分子形態(tài)的有機(jī)物吸附效果好于極性較強(qiáng)的離子形態(tài)的有機(jī)物。同時(shí)這也說(shuō)明苯胺在水中的存在形態(tài)對(duì)其受PAC 的吸附影響很大。應(yīng)急處理過(guò)程691 環(huán)境污染與防治第29卷第8期2007年8月表3投加PAC 的應(yīng)急處理效果

19、Table 3Performance of emergence treatment by PAC and PAC +coagulation/precipitation炭漿投加量1 /mL單獨(dú)吸附苯胺質(zhì)量濃度-1/(mg L 吸附絮凝沉淀10. 2170. 18220. 1450. 12630. 1140. 07740. 0840. 04150. 0580. 03260. 031ND 2注:1 以每升混合液炭漿投加量計(jì); 2 表示未檢出。中, 應(yīng)保持PAC 對(duì)苯胺的吸附環(huán)境的p H 不小于5, 這樣可以充分發(fā)揮PAC 對(duì)苯胺的吸附性能。2. 5能夠明顯提高苯胺的去除率。2. 6投加PAC 應(yīng)急處

20、理的效果絮凝劑的投加順序?qū)μ幚硇Ч挠绊懺诨旌弦簆 H 為7. 1、苯胺質(zhì)量濃度為0. 385mg/L 、每升混合液投加3. 5mL 的絮凝劑時(shí), 選用絮凝劑的投加順序直接決定著PAC 吸附時(shí)間的長(zhǎng)短, 這是應(yīng)急處理過(guò)程中必須考慮的問(wèn)題。選用聚合氯化鋁為絮凝劑, 投加量為每升混合液3. 5mL , 絮凝時(shí)間為30min 。絮凝過(guò)程模擬實(shí)際水廠粒度在200300目的3#炭, 先投加炭漿濃度為1%的炭漿, 然后投加絮凝劑, 吸附30min 后絮凝沉淀(絮凝沉淀工藝同2. 5節(jié) , 分別取單獨(dú)吸附后和吸附絮凝沉淀后離心取上清液測(cè)定苯胺。結(jié)果如表3所示。從表3可看出, 當(dāng)每升混合液投加4mL 炭漿時(shí),

21、 , 苯6mg/L , 吸附絮凝沉淀后的出水已經(jīng)檢測(cè)不到苯胺的存在, 且后續(xù)的過(guò)濾工藝也能去除一定的苯胺, 給供水留有充分的安全余地。這說(shuō)明對(duì)于水廠來(lái)說(shuō), 在取水口處投加PAC 進(jìn)行苯胺污染的應(yīng)急處理是切實(shí)可行的。3結(jié)的水力運(yùn)行條件, 即先快速混合1min (200r/min , 然后以轉(zhuǎn)速150、100、60r/min 分別反應(yīng)5、5、19min , 攪拌絮凝30min , 然后靜止沉淀30min , 取上清液測(cè)定苯胺。每升苯胺質(zhì)量濃度為0. 986mg/L 的混合液中分別在不同的投加點(diǎn)投加4mL 炭漿,試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示(投加點(diǎn)1、2、3、4分別表示炭漿在絮凝劑投加前15、10、5、3mi

22、n 5、810、投加, 空 。論(1 PAC 的快速吸附時(shí)間為10min , 當(dāng)吸附時(shí)間為30min 時(shí), 吸附處于平衡狀態(tài), 可以達(dá)到80%90%的吸附容量; PAC 對(duì)苯胺的吸附等溫線符合弗蘭德里希(Freundlich 吸附模式, 其數(shù)學(xué)模型為圖7絮凝劑投加順序?qū)Ρ桨啡コ实挠绊慒ig. 7Effect of the sequence of adding PAC andcoagulant on aniline removalq =25. 136C0. 4619(R 2=0. 9587 ; 在苯胺的平衡質(zhì)量濃度為0. 030mg/L 時(shí), PAC 對(duì)其吸附容量大約為5mg/g 。(2 對(duì)渾

23、河水苯胺污染來(lái)說(shuō), 比表面積較大的木屑炭對(duì)苯胺的吸附效果比煤質(zhì)炭好。活性炭粒度越小越有利于苯胺的吸附, 但以300目左右為宜。(3 炭漿投加量相同的情況下, 炭漿濃度越小對(duì)苯胺的吸附效果越好。原因在于PAC 顆粒間存在自凝聚現(xiàn)象, 炭漿濃度越小, 其相互間吸附凝聚的幾率就小, 吸附效果就好。(4 對(duì)渾河水苯胺污染的應(yīng)急處理過(guò)程中, 溶液p H 不小于5時(shí)的處理效果最好。(下轉(zhuǎn)第703頁(yè)從圖7可看出, 隨著炭漿投加時(shí)間的后移, 對(duì)苯胺的去除率呈現(xiàn)下降趨勢(shì), 說(shuō)明對(duì)苯胺吸附的最佳順序是先投加炭漿, 然后投加絮凝劑, 而且炭漿的投加時(shí)間越前, 對(duì)苯胺的處理效果越好。一方面是因?yàn)樵谛跄齽┩都雍笸都犹繚{

24、,PAC 被水中有機(jī)物形成的絮凝體所包裹, 阻礙其對(duì)苯胺的吸附; 另一方面是因?yàn)樘繚{投加時(shí)間后移, 使PAC 吸附時(shí)間有限, 也影響其對(duì)苯胺的去除率。同時(shí)從圖7可看出, 水廠常規(guī)的絮凝沉淀工藝對(duì)苯胺的去除率只有15%左右, 投加炭漿進(jìn)行吸附692 陶凌燕等固定化微生物法處理對(duì)氯苯酚廢水的研究物量4. 5g/L 降解含對(duì)氯苯酚廢水, 確定固定化活性污泥降解對(duì)氯苯酚的最適宜溫度, 結(jié)果見圖2。由圖2可見, 固定化活性污泥降解對(duì)氯苯酚廢水的最適宜溫度在2535, 其在2040的平均降解率為87. 5%。2. 4pH 對(duì)固定化活性污泥降解對(duì)氯苯酚的影響用固定化活性污泥(微生物量4. 5g/L 處理相s

25、phere ,2000,41(3 :4472452.4WAN GJianlong ,QUAN Xiangchun , HAN Liping ,et al. Micro 2bial degradation of quinoline by immobilized cell of Burkholde 2ria pickettiJ.Wat. Res. ,2002,36(9 :228822296. 5陳元彩, 藍(lán)惠霞, 陳中豪. 固定化好氧菌和厭氧顆粒污泥在不同供氧條件下降解氯酚的研究J.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2005,25(2 :1722175. 6全向春, 施漢昌, 王建龍, 等. 固定化氯酚降解菌強(qiáng)化SB

26、R 系統(tǒng)治理氯酚廢水J.中國(guó)環(huán)境科學(xué),2002,22(2 :1322136.責(zé)任編輯:趙多(修改稿收到日期:2006212208同濃度、不同p H 的對(duì)氯苯酚廢水, 比較p H 對(duì)其降解對(duì)氯苯酚的影響, 確定最適宜p H , 實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3 。(上接第692頁(yè)(5 炭漿與絮凝劑的最佳投加順序是先投加炭漿, 然后投加絮凝劑, 且炭漿的投加時(shí)間越前, PAC 對(duì)苯胺的去除效果越好。(6 對(duì)水廠來(lái)說(shuō), 在取水口處投加PAC 進(jìn)行渾河水苯胺污染的應(yīng)急處理是可行的。參考文獻(xiàn)1孟偉. .中國(guó)水網(wǎng),20062921115 . 2. ,2006( :7E G on t he removal of tastes

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