发布日期：2018-10-08 13:54 来源：活性炭网 作者：活性炭网 浏览数：
在一些饮用水厂中使用高氯剂量来克服处理中的缺陷，以至少确保向群体供应微生物安全的水。 由于降解增加和人为活动导致的水生资源中天然有机物质（NOM）的增加和人为活动正成为
在一些饮用水厂中使用高氯剂量来克服处理中的缺陷，以至少确保向群体供应微生物安全的水。由于降解增加和人为活动导致的水生资源中天然有机物质（NOM）的增加和人为活动正成为一个关键问题，因为氯化副产物如三卤甲烷（THM）是致癌物质。使用新疗法的埃及饮用水系统对于满足质量指南至关重要。三卤甲烷是饮用水中存在的致癌的消毒副产物。在本研究中，吸附用于去除供水系统中的THM。pH值，接触时间，研究了吸附剂和吸附质在吸附系统上的浓度。Langmuir和Freundlich吸附等温线模型用于分析所得的吸附数据。发现THM去除的动力学遵循伪二阶模型而不是Langmuir-Hinshelwood伪一阶模型。
| 关键词 | |
| 三卤甲烷; 活性炭; 农业固体废物 | |
| 介绍 | |
| 吸附是一种传质操作，其中存在于液相中的物质被吸附或累积在固相上，从而从液体中除去。吸附过程用于饮用水处理，以去除引起味道和气味的化合物，合成有机化学品（SOC），成色有机物和消毒副产物（DBP）前体。无机成分，包括一些代表一个健康的危害，如高氯酸盐，砷，和一些重金属，也通过吸附[除去1，2]。颗粒活性炭（GAC）用于气体和蒸汽系统的柱子或床中，也用于处理许多液体。碳必须具有足够的机械强度以承受继续使用的磨损。高吸附能力的发展伴随着的机械强度和密度[损失1，3]。因此，活化阶段不能太短，因为碳缺乏所需的吸附能力; 相反，它不能太长时间，碳将太软和笨重。在自然状态下，很少有材料可以转化为具有高密度和低磨损的活性炭。然而，不太致密的材料可以制成致密的并且当与粘合剂混合时产生硬碳。粘合剂应该是碳化时不会液化或膨胀的物质。然而，一些收缩是可取的。已经发现来自木材和某些等级的无烟煤和烟煤的焦油副产物是良好的粘合剂。为了适合作为粘合剂，物质在碳化期间应该液化或软化并充分溶胀以产生多孔结构。合适的粘合剂包括糖，焦油，沥青和木质素[4 ]。 | |
| 评估了用于处理漂白纸浆厂废水的膜生物反应器（MBR）中的动力活性炭（PAC）。MBR的水力停留时间为9.5小时，PAC浓度为10克/升。向MBR中添加PAC将化学需氧量（COD）的平均浓度从215 mg / L（82％去除效率）降低到135 mg / L（去除效率为88％），产生可重复使用的流出物在漂白阶段。此外，在MBR中添加PAC导致施加压力降低并且在监测期间提供更稳定的操作。这种情况可能是由于添加PAC后临界通量的增加。5 ]。 | |
| 使用各种活化方法开发了来自农业废弃物如稻壳的低成本吸附剂，并测试了水性污染物的去除。已经研究了碱性染料，孔雀石绿（MG）从水溶液到经硝酸处理（NRH）和过氧化物处理的稻壳（PRH）的吸附。在不同的pH，吸附剂用量，初始染料浓度和温度条件下，采用间歇吸附技术研究了各种实验。NRH和PRH对MG的吸附能力主要归因于静电力。NRH和PRH吸附剂具有相对大的吸附容量（18.1和26.6mg / g）。吸附剂PRH在碱性pH下具有较高的表面电荷，并且在碱性条件下获得了增强的MG去除。典型的吸附动力学表明了伪二级动力学行为。吸附等温线遵循Langmuir等温模型。观察到吸附速率随温度升高而改善，并且该过程是吸热性质。吉布斯自由能（ΔG°）变化的负值表明MG对PRH和NRH的吸附是可行的和自发的[6 ]。 | |
| 目前，饮用水处理中的问题超出了味道和气味控制的范围。人们对水中许多有机和无机化合物的调节和控制给予了极大的关注。关于合成有机化合物（SOC）存在的担忧在20世纪60年代出现。在人们认识到，与氯气或含氯化合物的水消毒导致有机化合物的产生从70年代开始，统称为消毒副产物（消毒副产物），其被怀疑有对健康[不利影响的1，2]。在这方面，天然有机物（NOM）构成了作为DBP形成的前体的有机物的关键组。还表明用臭氧预处理水会产生无机的有害副产物，例如溴酸盐。几十年来，吸附到活性炭上似乎是NOM和DBP控制最可靠的方法之一。这种类型的处理通常在GAC过滤器中进行。这些通常放在砂过滤后和消毒前，但是，这取决于水和处理的对象的特性，活性炭过滤器也可被定位在治疗列车内的其它位置[ 1，2 ]。 | |
| 农业和食品工业产生各种需要利用和转化为增值产品的废物。椰子壳，棕榈壳，锯屑和热带木材等碳质材料是用于生产活性炭的最常见的农业废弃物壳。在本研究中，活性炭是通过使用正磷酸（H 3 PO 4）进行化学活化从两种碳质农业废弃物中制备的）在800±5°C。除工业副产品或天然材料外，农业固体废物是低成本吸附剂的丰富来源之一。由于可获得的丰富，橙皮等农业废弃物几乎没有经济价值，而且造成严重的处理问题。许多农业副产物可在例如鸡毛，木薯废物很少或没有成本，稻壳已报道为能够从水溶液中除去金属离子的显着量的与有机污染物的[ 4，7 ]。因此，本研究旨在从上升壳和木材中获得活性炭，并通过扫描电子显微镜（SEM）分析其内部结构。此外，建议测量它们的DPB吸附能力。 | |
| 材料和方法 | |
| 本研究中用于水净化的活性炭（商业和合成）有四种类型： | |
| 1-商业活性炭（CAC）：由Al-Gomhoria Chemical Company提供; （埃及亚历山大）。 | |
| 2-木质活性炭（WAC）：木材用作制备活性炭的前体。将木材切成2至3cm大小的片，在阳光下干燥2天。然后将干燥的材料在H3PO4溶液中浸泡1小时并在室温下保持24小时。此后，分离木材，在室温下风干并在马弗炉中在320℃下碳化90分钟。将碳研磨成粉末，然后用大量蒸馏水洗涤活性炭以除去残留的酸，干燥，筛分成300至850μm（20-50 ASTM网目）尺寸并储存在紧密盖容器中用于进一步的吸附研究[ 8 ]。 | |
| 3-稻草活性炭（RAC）：稻草收集后，在105±5℃下干燥6小时，在干燥器中冷却至室温，切成2~3cm大小的片，然后浸泡在溶液中。 H 3 PO 4保持1小时，并在室温下保持24小时。将秸秆材料分离; 在室温下风干，在马弗炉中在320℃下碳化90分钟。将碳研磨成粉末然后研磨活性炭。用电子显微镜将制备的稻壳AC放大，如图1所示[ 9 ]。 | |
| 4-由H 2 O 2（CCH）活化的活性炭：稻草，在105±5℃下收集干燥6小时后在干燥器中冷却至环境温度并切成2至3cm大小的片，然后浸泡在H 2 O 2溶液中1小时，并在室温下保持24小时。将秸秆材料分离; 在室温下风干，并在马弗炉中在320℃下碳化90分钟。将碳研磨成粉末然后研磨活性炭[ 8 ]。THM和TOC分别根据APHA使用GCECD，Agilent 5890和TOC分析仪测定（APHA，2012）[ 8 ]。 | |
| 结果与讨论 | |
| 总有机碳（TOC） | |
| 表1-3和图2-6中的结果表明，随着AC剂量（mg）的增加，TOC的去除率增加; 在10mg剂量的AC下，TOC的去除效率顺序分别为CAC> RAC> CCH> WAC。在四个实验碳（CCH，CAC，RAC和WAC）中，表3中的数据表明，在CAC测试中TOC有机化合物的吸附方面表明，RAC的最高性能（78.3％）（76.1％） ），CCH（60.9％）和WAC（58.8％）。用过氧化氢（CCH）活化的活性炭具有最高的1 / n值（0.9905），其次是WAC（0.9634），以及没有活化CAC（0.955）和RAC（0.9503）的商业活性炭。对应于各个碳的这些1 / n值表明CCH具有最高的溶质吸附速率和RAC最低的吸附速率。CCH和RAC的这些1 / n值也表明，在化学活化中，与其他类型的碳相比，二氧化碳活化提高1 / n。此外，具有1 /n≈1.0（0.9905）的CCH表明在吸附的溶质（有机污染物）浓度中观察到的变化大于在溶质浓度中发生的变化。很明显，商业CAC在去除TOC复合有机化合物方面超过了制备AC（CCH，RAC和WAC）的情况（图2 ae）[10]。 | |
| 在消毒之前去除消毒副产物（DBP）的有机前体，即天然有机物质（NOM）被认为是最小化DBP形成的最有效方法。三卤甲烷（THMs）作为主要的DBP组被分类并被认为具有增加肝，肾和中枢神经系统不良反应的潜力[ 11 ]。NOM主要由腐殖质组成，如腐殖酸（HA）和富里酸（FA），由陆地和水生生物分解产生，但它可能含有一系列有机物种和微生物及其排放[ 10 ]。目前的结果与Carrière等人的研究结果一致。[ 12]。他们将粉状活性炭与聚氯化铝一起用于TOC去除，并证明只加入11 mg / l的粉状活性炭，TOC去除效率得到改善，味道和气味剂减少（图3）。 | |
| 在四种实验碳中，商业碳CAC的吸附性能超过RAC和WAC。物理活性炭（蒸汽和二氧化碳）在吸附方面优于化学活化，这可能是由于在中孔和大孔中存在大量极性化合物而抑制小有机物渗透到微孔中。大孔表面的酸活化碳。这些数据推断活化和前体的选择用于活性炭的制备方法不影响有机化合物的吸附，并因此在任何吸附过程[待考虑的因素13，14 ]。此外，与目前的结果一致，阿卜杜拉[ 2据报道，AC将TOC除去了78％。 | |
| 预氯化有可能在水处理过程中增加DBP水平。许多治疗方法确实对预氯化解决操作问题，包括浊度，藻类生长控制，无机氧化和微生物灭活，以及味道和气味[ 1，2 ]。因此，在本研究中，AC用于显示治疗对THM的影响而无需预氯化。碳的五个特征在从溶液中吸附有机分子中是重要的。Yenisoy-Karakas等。[ 14]回顾了文献中的几篇文章，并提出这些因素是（1）粒径，（2）表面积，（3）化学吸附氧，（4）硬度和均匀性，和（5）孔结构。这些碳的吸附特性取决于碳的来源材料和活化过程[ 14 ]。 | |
| 虽然添加粉状活性炭可以增强有机物的去除率，但却会降低混凝剂的消耗量。对于聚氯化铝的应用，通过增加粉末活性炭的量，TOC降低，并且在100mg / l粉末状活性炭下达到最低TOC速率[ 14 ]。活性炭吸附已被广泛应用于从废水中去除有机物质，因为它即使在低浓度下也具有对附着有机物质的强烈亲和力。具有用于吸附比表面积大，粒状活性炭（GAC）是最好的吸附剂的一个用于除去各种的有机污染物[ 2，14]。因此，GAC吸附系统被认为适用于从污水处理厂生产高质量的废水，其可以重复用于各种目的。然而，即使它具有高吸附能力，GAC只能在其可用吸附位点被吸附的有机污染物耗尽后才能在短时间内保持其吸附[ 15 ]。 | |
| THM | |
| 表4-6和图7-11中显示的结果表明，随着以mg计的AC剂量增加，THM去除增加; THM的去除顺序分别为CAC> RAC> WAC> CCH。表6中显示了在CAC测试中THM有机化合物的吸附的数据，显示出最高性能（45％），其次是RAC（42.2％），WAC（23.2％）和CCH（22.6％）。木质活性炭（WAC）具有最高的1 / n值（0.9703），其次是CCH（0.8968），RAC（0.7689）和CAC（0.7688）。对应于各个碳的这些1 / n值表明WAC具有最高的溶质吸附速率，而RAC和CAC具有最低的速率。WAC和CCH的这些1 / n值也表明，与其他类型的碳相比，在化学活化中，碳提高1 / n。此外，WAC的1 /n≈1.0（0.0。1 ]。此外，这与Abdullah [ 2 ] 一致，他们报告AC取消了84％的THM。此外，Uyat等人。[ 16 ]研究了通过强化混凝和粉末活性炭（PAC）吸附去除DBPs前体，并证明补充增强的凝聚与PAC吸附增加了TOC的去除率为76％和PAC吸附去除了大多数低分子量和不带电荷的天然有机物质（ NOM）的物质，如图7-11所示[ 12，16 ]。 | |
| 影响交流吸附能力的因素 | |
| 溶液pH的影响：溶液的pH是影响可电离化合物吸附能力的主要因素之一。为了研究pH的影响，使用碳CCH在25℃的温度下使用不同的初始溶液pH值（2.0,7和9）进行了几个实验。通过由NH 4 OH，HCl，KH 2 PO 4，Na 2 HPO 4，NaH 2 PO 4组成的离子缓冲溶液维持溶液的pH值和柠檬酸。pH值对TOC的等温CCH的影响如图12所示。这表明在非常低的pH（pH = 2）下，由于与羰基上的H +竞争，吸附的TOC量低于其他pH值。位点[ 4，7 ]。pH对使用粉状活性炭TOC消除效率的效果表明，最佳pH值范围和6之间5.5 2，17]。 | |
| 结果，在pH 7下，TOC降低率为76％。考虑到与水的自然pH接近，这表明粉末状活性炭在水的自然pH值下具有高效率。它还表明，在5.5至7的pH范围内，总有机碳浓度显着降低。这是由于在该环境pH下TOC溶解度降低和有机物吸附增加的事实。pH值的升高青睐的有机物质的离子化和降低pH会回报以中和使用氢离子粉末状活性炭的表面上的负电荷，如图4中所指示2，17 ]。 | |
| 溶液温度的影响：从目前的结果可以清楚地看出，TOC的吸附随着温度的升高而降低，如图13所示。这种众所周知的温度效应预计在大多数情况下是物理吸附的放热性质（USEPA和Hoang） [ 11，15 ]。由于这一温度的吸附能力依赖，吸附等温线已在恒温槽中在25℃下确定的。Ramaraju等人表明，吸附速率随温度的升高提高并且该过程是吸热的自然[ 6 ]。 | |
| 结论 | |
| 使用活性炭（AC）的饮用水处理是治疗饮用水问题的一种选择。AC是一种有效的方法，用于处理某些有机化合物，令人不快的味道和气味，以及氯，以及它对金属，微生物污染物，藻类和其他无机污染物的有效性。已经发现活性炭的吸附能力取决于吸附剂的用量，但其他变量如吸附物浓度，pH变化，活化试剂，温度对吸附容量有其自身的影响。因此，这促使使用不同的模型来进行吸附容量的分析（Fruendlich等温线）。通过等温线可以很好地理解吸附过程，所述等温线在液体中的吸附物浓度和在恒定温度下由单位质量的吸附剂吸附的吸附物的量之间产生。通过Freundlich等温线分析了通过吸附实验获得的结果。通过饮用水中的AC吸附可以有效地去除TOC和THM。拟合结果表明THM在RAC上的吸附代表线性一致性。来自TOC的来自自来水的外部质量，接触时间和混合被确认为吸附过程中的控制步骤。在通常条件下，对于65.7μg/ l THM，当接触0.026g RAC时，发现最大RAC去除效率为58.8％。通过饮用水中的AC吸附可以有效地去除TOC和THM。拟合结果表明THM在RAC上的吸附代表线性一致性。来自TOC的来自自来水的外部质量，接触时间和混合被确认为吸附过程中的控制步骤。在通常条件下，对于65.7μg/ l THM，当接触0.026g RAC时，发现最大RAC去除效率为58.8％。通过饮用水中的AC吸附可以有效地去除TOC和THM。拟合结果表明THM在RAC上的吸附代表线性一致性。来自TOC的来自自来水的外部质量，接触时间和混合被确认为吸附过程中的控制步骤。在通常条件下，对于65.7μg/ l THM，当接触0.026g RAC时，发现最大RAC去除效率为58.8％。 | |
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