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活性炭在饮用水中的应用

2012-07-23

  活性炭在饮用水中的应用

  随着水污染日益严重,大量的污染物尤其是有机污染物通过不同的方式进入水体,饮用水水源受到日趋广泛的污染。目前,世界上大多数国家,特别是发展中国家的饮用水净化基本上采用“混凝→沉淀→砂滤→投氯消毒”的常规处理工艺,虽然能够使水澄清、消除水传染病原菌,但是现代工业产生的许多有毒、有害物质,特别是大量有机污染物并不能得到很好的去除,对人类健康构成了威胁。洁净饮用水处理技术是针对臭氧、活性炭、生物活性炭、紫外消毒等单元工艺去除水中微量有机物效果进行的研究。特别是把生物工程应用到活性炭上,当活性炭载上活性生物菌种以后,使活性炭既有原来的吸附作用又有生物降解的作用,大大地提高了去除微量有机物的效果。研究结果表明这是一种先进的饮用水深度净化工艺,可有效地提高水处理的效果,满足健康优质饮用水基本的要求,技术上是可行的。

活性炭

  1 方法原理

  1.1 基本原理

  研究采用的是“絮凝沉淀、臭氧氧化、生物活性炭吸附、紫外消毒”等单元方法的优化组合。这四个单元的主要功能是:①絮凝沉淀:物理处理方法,去除水中泥沙等大量杂质。②臭氧氧化:可以使大部分有机物转化为臭氧氧化中间产物。③生物活性炭:它既有活性炭吸附的功能,又有生物降解的功能。④紫外消毒:其功能是杀死微生物病菌,保证饮水健康。

  1.2 生物活性炭去除水中微量有机污染物的原理所谓生物活性炭就是以活性炭为载体进行生物膜的培养和驯化后得到的可以降解水中有机污染物的活性炭。生物膜表层膜内栖息着大量好氧性生物、细菌、原生动物和后生动物,形成了有机污染物—细菌—原生动物(后生动物)的食物链,通过细菌的代谢活动,水中有机污染物的降解是在好氧生物膜内进行的,好氧降解有机物的效率高、速度快。该工艺还充分利用了生物活性炭的优良的吸附性能,特别能有效的吸收水中产生臭和味的有机物,给微生物的生长创造了良好的条件。

  1.3 臭氧氧化法处理水中有机污染物的原理

  研究将陶粒滤料添装在臭氧氧化反应柱中,目的是提高臭氧的利用率、增强臭氧氧化阶段去除有机物及原水色度和浊度的能力,以减轻后续生物活性炭处理阶段的负荷。羟基自由基氧化反应可分为两类:除氢反应、加成反应,羟基自由基更易与芳香族化合物或不饱和烃类化合物发生加成反应,最终将其氧化成二氧化碳、水、以及小分子羧酸等无害物质。还生成一些短链的中间有机物,就容易被生物降解或被活性炭吸附除去。

活性炭

  2 实验部分

  2.1 试验流程

  本研究经优选最终采用“絮凝沉淀→沙滤→臭氧氧化→生物活性炭→紫外消毒”工艺流程处理有机微污染水。

  2.2 主要设备、材料和试验运行参数

  (1)主要设备:臭氧发生器、紫外消毒器。

  (2)主要材料:活性炭、生物活性炭。

  (3)试验运行参数(略)。

  3 实验结果分析

  3.1 实验水的水质分析

  实验用水取自A河水,经絮凝、沉淀处理后沙滤而成,进行全面的水质分析,其结果见表1。按照“地面水环境质量标准”对实验水的分析结果进行评价,发现实验水的CODMn、色度、浊度、细菌总数、大肠菌群均超过三类水的标准,说明水源的有机污染十分严重。因此把该实验水作为目标原水进行深度处理技术研究。

  3.2 实验水的微量有机物的分析与鉴定

  对实验水进行富集、浓缩预处理,然后应用色谱—质谱联用仪进行分析和鉴定。结果在实验水中共检出69种有机物,其中对人体有明显毒性的苯及其多元取代物4种,酚类3种,芳香卤代物3种,芳香族硝基化合物4种,稠环类化合物2种,含氮、含硫杂环化合物2种,共计18种,占检出有机物总数的31%。根据美国国家环保局(USEPA)对饮用水中有机毒物的分类,A河水已受到严重的有机污染。

经典工程案例

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