活性炭纤维去除水中有机微污染物的效果

孙治荣,范延臻,李军,王宝贞(哈尔滨建筑大学市政环境工程学院,哈尔滨　150090)

摘要:采用4种活性炭纤维(ACF)作为吸附剂,对水中CHCl3、CCl4、高锰酸钾指数CODMn、紫外吸光值EUV254等有机微污染物的 去除进行了初步研究,并与ZJ-15型颗粒活性炭(GAC)进行了对比.吸附等温线的结果表明,ACF3对CHCl3的去除效果最好 ,当CHCl3的平衡浓度为60μg·L-1时,ACF3对CHCl3的吸附容量为212μg·g-1;GAC对CCl4的去除效果最好,当CCl4的 平衡浓度为3μg·L-1时,GAC对CCl4的吸附容量为0.83μg·g-1;GAC及ACF1对CODMn、EUV254有较好的去除效果,当C ODMn的平衡浓度为2.5mg·L-1时,GAC及ACF1对CODMn的吸附容量分别为2.16mg·g-1和1.98mg·g-1,当EUV254的平 衡浓度为0.05时,GAC及ACF1对EUV254的吸附容量分别为0.32g-1和0.15g-1.
关 键词:活性炭纤维;颗粒活性炭;饮用水;吸附等温线.
中图分类号:X505　　文献标识码:A　文章编号:0250-3301(2000)05-0101-03
TheRemovalofMicropollutantsinWaterbyActivatedCarbonFiberS unZhirong,FanYanzhen,LiJun,WangBaozhen(SchoolofMunicipal&EnvironmentalEngineering,H arbinUniversityofArchitecture&Engineering,Harbin150090,China)
A bstract:TheremovalofmicropollutantsinwatersuchasCHCl3,CCl4,CODMnandEUV254byfourtypeofactivat-e dcarbonfiber(ACF)wasstudiedinthepaperandalsocomparedwithZJ-15typeGAC.Absorptionisothermre-s ultsshowthatgoodremovalefficiencyofCHCl3canbeobtainedbyACF3anditsabsorptioncapacityis212μg·g -1whentheequilibriumconcentrationofCHCl3is60μg·L-1.GoodremovalefficiencyofCCl4canbeobtainedb yGACanditsabsorptioncapacityis0.83μg·g-1whentheequilibriumconcentrationofCCl4is3μg·L-1.G oodremovalefficiencyofCODMnandEUV254canbeobtainedbyGACandACF1.TheabsorptioncapacityofG ACandACF1forCODMnis2.16mg·g-1and1.98mg·g-1respectivelywhentheequilibriumconcentrationofC ODMnis2.5mg·L-1andforEUV254is0.32g-1and0.15g-1respectivelywhentheequilibriumconcentrationofE UV254is0.05K
eywords:activatedcarbonfiber;granularactivatedcarbon;drinkingwater;absorptionisotherm
活性炭纤维(activatedcarbonfiber,ACF)是一种新型、高效吸附材料,为有机炭纤维经活化处理后制成.它具有发达的微孔结构,巨大的比表面积,众多的官能团,其微孔直径主要介于10～25 之间,使其有效吸附表面积和微孔容积均大大超出颗粒活性炭(gran-ularactivatedcarbon,GAC),吸附容量大增.吸附质可直接在暴露于纤维表面的微孔上进行吸附和脱附,因此吸附速率较GAC快得多,且再生时也易脱附.同样的原因,对于低浓度以至痕量吸附质的吸附效果较GAC更好.因此,在处理低浓度污染物质时,ACF能发挥更大的作用.随着经济的发展,以有机污染为代表的水源水污染日趋严重.传统的水处理工艺去除溶解性有机物的效率极低;另一方面,加氯消毒虽然杀灭了水中的细菌,但氯与水中的有机物结合会产生大量的有机氯化物,不仅原水中的有机致突变物不能去除,反而成倍增加.本文以4种ACF作为吸附剂,对水作者简介:孙治荣(1969～),女,博士后,副教授,主要从事水中CHCl3、CCl4、CODMn和EUV254等有机微污染物指标 的去除进行了研究
1　实验
1.1　实验材料及仪器设备
吸附剂材料　选用4种活性炭纤维材料ACF1(鞍山产粘胶基)、ACF2(沈阳产粘胶基)、ACF3(太原产粘胶基)、ACF4(沈阳产丙烯腈基)及一种颗粒活性炭(ZJ-15型GAC).
吸附剂材料在实验前需预处理　将吸附剂材料在蒸馏水中煮沸2h,然后用大量蒸馏水冲洗,以除去其中的水溶性和挥发性杂质,再在120℃下烘干24h,取出研碎,再烘干24h,装入干燥器中待用.
试剂　三氯甲烷,四氯化炭,高锰酸钾,草酸(均为分析纯试剂).
仪器　SQ-203微计算机化气相色谱仪;752紫外光栅分光光度计;HJ-4型多头磁力搅拌器;TDW系列2002型控温仪;电热恒温水浴锅.
1.2　实验装置

1.3　实验方法
(1)去除CHCl3、CCl4　配制一定量的含CHCl3200μg/L左右、CCl420μg/L的溶液作为原水.称取10mg吸附剂,放入细口瓶中,加入50ml原水,盖上内衬铝箔的医用胶塞,将细口瓶放入35℃的恒温水浴中,并用磁力搅拌器搅拌,每隔一定时间,取样测其浓度,一直至吸附达到平衡,测其吸附平衡时间.
称取某种ACF或GAC10mg、20mg、30mg、40mg、50mg、60mg、70mg,依次放入细口瓶中,加入原水50ml,盖上衬有铝箔的医用胶塞,放入35℃的恒温水浴中,并用磁力搅拌器搅拌,为使吸附达平衡,每个样品均在2h后取样测试,以获得其吸附等温线.
(2)去除CODMn、EUV254　以自来水为原水,准确称取某种炭5mg、10mg、20mg、30mg、30mg、50mg、依次放入细口瓶中,加入100ml原水,放入20℃恒温水浴中,并用磁力搅拌器搅拌.为使吸附达平衡,每个样品均在2h后取样测试,以获得吸附等温线.
1.4　分析方法
CHCl3、CCl4采用GB5749-85中的顶空气相色谱法测定;
CODMn采用国家环保局编《水和废水分析监测方法》(第三版,1997)的分析方法
2　结果与讨论
2.1　对CHCl3的吸附
5种吸附剂对CHCl3的吸附见图2,各自对CHCl3吸附的平衡时间分别为ACF150min、ACF220min、ACF320min、ACF430min、GAC110min,说明4种ACF对CHCl3的吸附速率远远大于GAC.
Freundlich(q=kc)对CHCl3吸附等温线实验数据的拟合结果见表1.

实验结果表明,当平衡浓度为60μg·L-1(lgc=1.7781)时,5种吸附剂对CHCl3的去除效果顺序为ACF3>ACF2>GAC>ACF1>ACF4,此时ACF3对CHCl3的吸附容量为212μg·g.ACF4适用于对平 衡浓度要求高的水中CHCl3的去除.

2.2　对CCl4的吸附
4种吸附剂对CCl4的吸附见图3,各自对CCl4吸附的平衡时间分别为ACF150min、ACF240min、ACF320min、GAC110min,说明ACF对CCl4的吸附速率远远大于GAC.
在进行ACF4的实验中,出水中的CCl4浓度高出原水,说明这种炭纤维中有CCl4溶出,因此未测得其数据,也说明ACF4不适宜用作水处理用的吸附剂.
实验结果表明,当平衡浓度为3μg·L-1(lgc=0.4771)时,4种吸附剂对CCl4的去除效果顺序为GAC>ACF1>ACF3>ACF2,此时GAC对CCl4的吸附容量为0.83μg·g-1.ACF2、ACF3适用于对平衡浓度要求高的水中CCl4的去除.

Freundlich(q=kc)对CCl4吸附等温线实验数据的拟合结果见表2.

2.3　对COD的去除
5种吸附剂对CODMn的去除见图4.

实验结果表明,当平衡浓度为2.5mg·L-1(lgc=0.3979)时,5种吸附剂对CODMn的去除效果顺序为GAC>ACF1>ACF4>ACF2>ACF3,此时GAC及ACF1对CODMn的吸附容量分别为2.16mg·g和1.98mg·g.ACF3及ACF4适用于对平衡浓度要求高的水中CODMn的去除.Freundlich(q=kc)对CODMn吸附等温线实验数据的拟合结果见表3.

2.4　对E的去除
5种吸附剂对EUV254的去除见图5.
Freundlich(q=kc)对EUV254吸附等温线实验数据的拟合结果见表4.
实验结果表明,当平衡浓度为0.05(lgc=-1.3010)时,5种吸附剂对EUV254的去除效果顺序为GAC>ACF1>ACF4>ACF3>ACF2,此时GAC及ACF1对EUV254的吸附容量分别为0.32g及0.15g.


通过对4种ACF及ZJ-15型GAC的研究,发现ACF对水中微污染物的去除与理论分析有异,这可能有2点原因:1某种活性炭纤维可能只对某一污染物有特殊的吸附性能;2由于条件所限,本试验选用的活性炭纤维类型较少,应选用更多的类型进一步研究.
3　结论
ACF1及GAC对CODMn、EUV254、CCl4有较好的去除效果,而ACF3对CHCl3的去除效果最好.因而在饮用水的深度处理中,可在颗粒活性炭柱之后再加一个填装有ACF3的纤维柱,这样既可保证对CODMn1/nE等有较好的去除效果,又可保证对CHCl有较好的去除效果.
参考文献:
1　肖月竹,赵光.用活性炭纤维处理炼油厂废水的研究.水处理技术,1994,20(3):177～182.
2　RobertMClark,CarolAnnFronk,BenjaminWLykins.RemovingOrganicContaminantsfromGroundwater.EnvironmentalScience&Technology,1988,22(10):1126～1129.
3　黄君礼等.饮用水中典型有机卤代物体外致突变性研究.环境科学,1998,19(1):54～57.
4　RichardJMiltner,HibaMShukairy,RScottSummers.DisinfectionBy-productFormationandControlby1/nOzonationandBiotreatment.AWWA.,1992,84(11):53～62.
5　LuongTU,PetersCJ,PerryR.InfluenceofBromideandAmmoniaupontheFormationofTrihalomethanesUndeWaterTreatmentConditions.EnvironmentalScience&Technology,1982,16(8):473～479
6　StevensAA,MooreLA,MiltnerRJ.Formationand ControlofNon-trihalomethaneDisinfectionbyProducts. J.AWWA.,1989,81(8):54～60.
基金项目:黑龙江省自然科学基金资助项目
作者简介:孙治荣(1969～),女,博士后,副教授,主要从事水污染控制、少污染工艺及废物资源化的理论与应用研究.
收稿日期:1999-12-30*现在北京工业大学环境与能源工程学院工作(100022)