CN111747477A - 利用粉末活性炭去除水源中不同分子量有机物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于环保技术领域，具体为一种利用粉末活性炭去除水源中不同分子量有机物的方法。粉末活性炭为多孔结构，具有较大的比表面积；水中有机物中丰富的表面官能团可以化学键的形式结合在粉末活性炭表面，从而被有效吸附，因此可用于水源为微污染水源的饮用水厂活性炭预处理。具体步骤包括：粉末活性炭预处理；根据原水中小分子量有机物占比投加对应量的粉末活性炭；保持室温吸附时间不少于6 h。其中吸附饱和的粉末活性炭可再生利用。本发明成本小、污染少、工艺简单，适合于饮用水厂针对水源中不同分子量有机物的处理。

Description

利用粉末活性炭去除水源中不同分子量有机物的方法

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种利用粉末活性炭去除水源中不同分子量有机物的方法。

背景技术

近年来，随着水污染问题的日益加剧，水源水微污染状况也越发普遍，水源中天然有机物给饮用水水质安全带来了重大隐患。有研究表明，天然有机物含量越高，水质卫生状况越差。天然有机物不仅会提高水体色度，还会造成水处理过程中混凝剂投加量的增加。水源水中的天然有机物与水体环境密切相关，其来源广泛、种类繁多、结构复杂、分子量在数百到数万分布。水体中的天然有机物的分子量分布反映了有机物的处理特性，是影响水处理效率的重要因素之一。水厂常规处理工艺仅能通过混凝沉淀和过滤去除大分子量有机物，对小分子量有机物去除效率较低，而水中小分子量有机物是饮用水加氯消毒过程中形成消毒副产物的主要前体物质，这些物质容易与氯反应生成三卤甲烷(THMs)、卤乙酸(HAAs)等致癌消毒副产物。

由于水中天然有机物具有丰富的表面官能团，亲水性极好，具有较多的吸附位点。因此，通过投加吸附剂去除水源水中有机物一般都能达到很好的效果。常用的吸附剂有活性炭、硅藻土、高岭土及沸石等。其中，粉末活性炭(PAC)是具有弱极性的多孔型吸附材料，通常粒径直径在10-100μm不等，有极强的吸附能力和稳定的化学性能，价格低廉、处理效果显著且设备投资少，作为一种提高出水水质和应对水源水突发性污染的有效措施，PAC吸附技术在饮用水预处理工艺中得到越来越多的应用。因此利用PAC吸附去除水中不同分子量有机物对饮用水厂有机物的去除和消毒副产物的控制具有重要现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效、经济、无污染的利用粉末活性炭去除水源中不同分子量有机物的方法。

粉末活性炭为多孔结构，具有较大的比表面积；水中有机物中丰富的表面官能团可以化学键的形式结合在粉末活性炭表面，从而被有效吸附，因此可用于水源为微污染水源的饮用水厂活性炭预处理。

本发明提供的利用粉末活性炭去除水源中不同分子量有机物的方法，具体步骤为：

第一步：粉末活性炭(PAC)预处理，使用去离子水反复洗涤活性炭数次，对洗涤后的活性炭进行真空泵抽滤，直至洗涤过滤水的pH值与去离子水的pH值相同；之后将活性炭放于烘箱(如85-90℃)中干燥至恒重，并置于干燥器中贮存；

第二步：按照一定比例，将粉末活性炭加入至原水中；具体根据原水中小分子量有机物占比投加粉末活性炭的量；

当原水小分子量有机物占比超过60％时，原水中粉末活性炭投加量应不少于60mg/L；

当原水小分子量有机物占比在40-60％之间时，原水中粉末活性炭投加量应不少于45mg/L(如为45-60mg/L)；

当原水小分子量有机物占比在低于40％时，原水中粉末活性炭投加量应不少于30mg/L(如为30-45mg/L)；

保持室温，吸附时间不少于6h(如为6-10h)；

第三步：静置1h后，排除沉淀的粉末活性炭，完成水源中不同分子量有机物的去除。

本发明中，第二步中的吸附饱和粉末活性炭可经再生后再利用。

本发明方法是基于如下活性炭吸附动力学的基本原理：

1.不同分子量有机物与活性炭分子之间可通过范德华力被快速吸附在活性炭表面；

2.有机物被吸附后，活性炭表面含氧官能团增加，小分子量有机物以化学键等形式结合在活性炭内部。

本发明的特点在于：以廉价的粉末活性炭作为吸附剂，利用物理吸附和化学吸附原理，针对水源中不同分子量有机物的分布，投加不同量的粉末活性炭，以去除不同分子量的有机物。当水源中以小分子量有机物(<3kDa)占比超过60％时，粉末活性炭投加量不应少于60mg/L，此时小分子量有机物(<3kDa)去除率可达49％，大分子量有机物(>3kDa)去除率也超过60％；当水源中小分子量有机物(<3kDa)占比在40-60％之间时，粉末活性炭投加量需不低于45mg/L，此时<3kDa分子量的有机物去除率超过50％；当水源中小分子量有机物(<3kDa)占比低于40％时，粉末活性炭投加量需不低于30mg/L，此时<3kDa分子量的有机物去除率达到40％，而大分子量有机物去除率可达88％。

本发明方法针对不同分子量有机物占比的原水投加不同量的粉末活性炭，其吸附去除效果明显，与现有混凝沉淀方法相比，成本小、污染少、工艺简单，且吸附饱和活性炭可实现再生利用，适合饮用水厂日常针对水源中不同分子量有机物的预处理，符合我国在环境污染治理中高效率、低成本、资源化的要求。

本发明的有益效果是：

本发明以粉末活性炭作为吸附剂，通过物理吸附和化学吸附作用，经不同投加量的粉末活性炭吸附处理后，可针对性的去除水源中不同分子量的有机物，应用于微污染水源的水厂预处理环节，可有效减少后续处理工艺中混凝剂的投加量及消毒副产物的生成。成本小、污染少、工艺简单，具有广泛的经济效益和应用前景。

具体实施方式

下面通过具体实施例进一步介绍本发明。

实施例1

某饮用水厂采用常规处理工艺，夏季时水源常有藻类快速增殖值情况，水厂常规工艺仅能去除大分子有机物，因此在藻类增殖期间，需投加更多的混凝剂用以去除藻类代谢所产生的有机物，而小分子量有机物仍没有较好的去除效果，导致需投加更多的消毒剂以防止管道内滋生细菌，然后投加而更多的消毒剂又会带来消毒副产物超标问题。

在藻类增殖期间测得水中小分子量有机物(<3kDa)占比为64％，大分子量有机物(>3kDa)占比为36％，水中小分子量有机物居多。因此取一定量的粉末活性炭投加至原水中，使原水中粉末活性炭含量不低于60mg/L，并于管道混合，连续投加1周，测定投加期和未投加期水源中有机物去除情况，结果如表1所示，由表1可知投加前水库出水至水厂进水阶段TOC去除率仅为12.0-32.2％，投加后TOC去除率升至49.7-68.3％，可见有机物被有效去除，出厂水THM由未投加时的36.7-57.8μg/L降至17.2-23.7μg/L。出厂水各项指标均低于国家规定的饮用水出厂水标准(见表2)。

表1水厂粉末活性炭投加前后TOC浓度、去除率和THM浓度

表2水厂投加粉末活性炭期间出厂水45项指标数据

实施例2

某饮用水厂采用深度处理工艺，夏季时水源也常有藻类快速增殖情况，水厂深度处理工艺可有效去除大分子有机物，但在藻类增殖期间，需投加更多的混凝剂用以去除藻类代谢所产生的有机物，增加水厂制水成本。

在藻类代谢期间测得水中小分子量有机物(<3kDa)占比为55％，大分子量有机物(>3kDa)占比为45％，水中小分子有机物占比降低。取一定量的粉末活性炭投加至原水中，使原水中粉末活性炭含量在30-45mg/L，并于管道混合，连续投加1周，测定投加期和未投加期水源中有机物去除情况，结果如表3所示，由表3可知投加前水库出水至水厂进水阶段TOC去除率仅为8.8-19.7％，投加后TOC去除率升至63.5-78.2％，有机物被有效去除，出厂水THM由未投加时的23.8-41.3μg/L降至10.7-16.5μg/L。出厂水各项指标低于国家规定的饮用水出厂水标准(见表4)。

表3水厂粉末活性炭投加前后TOC浓度、去除率和THM浓度

表4水厂投加粉末活性炭期间出厂水45项指标数据

对照例

某实验室采用3kDa超滤膜对原水进行分级处理，将原水中有机物分为<3kDa的小分子量有机物和3kDa-0.45μm的大分子量有机物，测得分级后小分子量有机物占比为70％，大分子量有机物占比为30％；利用粉末活性炭对水中不同分子量有机物进行吸附去除，结果显示PAC投加量为30mg/L时，3kDa-0.45μm分子量区间内的TOC去除率达到88％，＜3kDa分子量区间内的TOC去除率仅为15％；当PAC投加量为60mg/L时，3kDa-0.45μm分子量区间内的TOC去除率下降至60％，＜3kDa分子量区间内的TOC去除率增加至49％。

Claims (2)

1.一种利用粉末活性炭去除水源中不同分子量有机物的方法，其特征在于，具体步骤为：

第一步：粉末活性炭预处理；使用去离子水反复洗涤粉末活性炭数次，对洗涤后的粉末活性炭进行真空泵抽滤，直至洗涤过滤水的pH值与去离子水的pH值相同；之后将活性炭放于烘箱中干燥至恒重，并置于干燥器中贮存；

第二步：按照一定比例，将粉末活性炭加入至原水中；具体根据原水中小分子量有机物占比投加粉末活性炭的量；

当原水小分子量有机物占比超过60%时，原水中粉末活性炭投加量不少于60 mg/L；

当原水小分子量有机物占比在40-60%之间时，原水中粉末活性炭投加量应不少于45mg/L；

当原水小分子量有机物占比在低于40%时，原水中粉末活性炭投加量应不少于30mg/L；

保持室温，吸附时间不少于6 h；

第三步：静置1h后，排除沉淀的粉末活性炭，完成水源中不同分子量有机物的去除。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，吸附饱和的粉末活性炭可再生利用。