固体吸附剂在饮用水处理中的应用.doc

固体吸附剂在饮用水处理中的应用摘要 本文主要阐述了在饮用水的处理中所应用的固体吸附剂的作用及其发展现状和发展前景。关键词 饮用水处理 固体吸附剂 臭氧-生物活性炭 活性氧化铝fe(iii)leccaapplications of solid adsorbent in water drinking treatmentabstract this article mainly elaborates the applications of solid adsorbent in water drinking treatment and its present situation and developmental prospect. key words drinking water treatment，solid adsorbent，ozone2biology active carbon， activated alumina，fe(iii)lecca1 前言 由于饮用水水源污染日益严重，水中所含污染物的种类和数量也在不断增多，常规的“混凝沉淀砂滤投氯消毒”的水处理工艺1。已不能充分保障饮用水的卫生与安全，而且随着水的微量分析技术的发展，人们从常规处理的饮用水中检测出众多的微量有机物，并发现某些污染物与城镇居民的发病率具有相关性2 。特别是经加氯，消毒后，产生具有致畸致癌作用的有机物，更是引起了人们对饮用水安全性的普遍关注。因此，以去除水中微污染有机物为目的的饮用水深度净化技术，也得到了深入的研究和广泛的应用。下面主要介绍三种吸附剂在饮用水中的应用。2 吸附剂在饮用水中的应用去除饮水中氟的吸附剂主要分为: 天然吸附剂的改性, 如沸石、蒙脱石、硅酸盐矿石3等, 另外一类是人工合成的吸附剂, 如活性氧化铝4、氧化锆树脂、载镧螯合树脂等. 近年来的研究表明, 稀土金属离子和铁离子, 对氟具有很高的亲和性, 同时具有较宽范围的ph 稳定性. 利用载体的螯合基团固定金属离子作为吸附中心, 通过配位体交换途径, 可达到对氟高选择性、高吸附量的吸附. 另一方面, 纤维素载体具有巨大的比表面积和宽松的空隙, 能形成亲水性环境, 从而提高对氟的吸附速率与吸附量,洗脱再生也容易进行.2.1 载fe ( ) 配位体交换棉纤维吸附剂在去除饮用水中氟离子的应用此法采用一种新型配位体交换纤维吸附剂, 结合配位体交换与亲水性纤维素的优点, 去除饮用水中的氟.研究表明, 稀土金属离子和铁离子等较硬的酸类, 对砷氟具有很高的亲和性, 同时具有较宽范围的ph 稳定性. 利用载体的螯合基团固定金属离子作为吸附中心, 通过配位体交换途径, 可达到对砷氟高选择性、高吸附量的吸附5、6. 另一方面, 纤维素载体具有巨大的比表面积和宽松的空隙, 能形成亲水性环境, 从而提高对砷氟的吸附速率与吸附量, 使洗脱再生容易进行。为此, 我们设计合成了一类新型载铁(iii)-配位体交换棉纤维吸附剂fe(iii)lecca, 结合配位体交换与亲水性纤维素的优点, 形成对饮水中砷和氟的高效去除. 我们曾对高砷、高氟饮用水中的砷(v) 和氟分别进行了去除研究, 表明所使用的吸附剂对砷(v) 和氟具有较好的吸附能力. 本文中研究浓度对该吸附剂联合去除砷 (v) 和氟的影响及吸附剂的洗脱和再生情况, 取得了良好的去除效果.fe ( )lecca 吸附剂对不同浓度的高氟饮用水和柱的洗脱、再生性能的研究结果表明, 出水各项主要指标符合国家饮用水卫生标准(gb 5749285) . fe ( ) lecca 吸附剂经洗脱、再生8 次, 吸附剂的平均工作吸附容量达81633mgg- 1 , 各项参数的相对标准误差在6 %以下. 吸附剂具有能多次再生、吸附性能稳定、高选择性、机械强度好等特点.2.2 臭氧- 生物活性炭净水原理臭氧- 生物活性炭工艺是将臭氧化学氧化、臭氧灭菌消毒、活性炭物理化学吸附、生物降解四种技术结合为一体的工艺7。它的做法是在传统水处理工艺的基础上,以预臭氧氧化代替预氯化,在快滤池后设置生物活性炭滤池。利用臭氧预氧化作用,初步氧化分解在水中的有机物及其它还原性物质,以降低生物活性炭滤池的有机负荷,同时臭氧氧化能使水中难以生物降解的有机物断链、开环,将大分子有机物氧化为小分子有机物,提高原水中有机物的可生化性和可吸附性,从而减小活性炭床的有机负荷,延长活性炭的使用寿命。另外,由于臭氧在水中自行分解为氧,活性炭柱进水含有较高浓度的溶解氧,因此促使好氧微生物在活性炭表面繁殖。好氧微生物以活性炭表面吸附的有机物为养料,将它们转化为二氧化碳和生物量,从而不仅去除了原水中的有机物,而且在一定程度上使活性炭再生,从而具有继续吸附有机物的能力,即大大地延长了活性炭的使用寿命和再生周期。图1 是一种典型的增加了臭氧-生物活性炭工艺给水处理厂工艺流程图7 。图1 臭氧- 生物活性炭技术在给水处理中的应用经过臭氧处理后进行活性炭处理主要发挥三种作用: (1) 破坏水中残余臭氧,一般发生在最初炭层的几厘米处; (2) 通过吸附去除化合物或臭氧副产物; (3) 通过活性炭表面细菌的生物活动降解物质。实验研究表明,在活性炭处理过程中,同时发生快速吸附、慢速吸附、生物作用和臭氧激化的生物作用。在水处理过程中臭氧与生物活性炭两者的作用表现出互补性。臭氧与有机物的最主要反应是破坏碳化物的双键产生酮和醛10,这些产物是管网系统内细菌的养料,如果在处理过程中没有去除这些养料,细菌就会在管网中迅速滋生。为了避免这种现象,应采用适当的生物处理,如活性炭或慢滤池,使这类化合物被存在于滤料表面的细菌所降解。避免管网中滋生细菌的另一个手段是在处理厂出水前投加少量氧化剂。如cl2 、clo2 等,如果没有活性炭这种生物过滤器,就必须增加这类氧化剂的投加量。但绝大部分可溶有机物被活性炭上的生物去除后,则需要投加的氧化剂量会大大减少,这也同时减少了新的气味和色度污染问题。可根据检测管网的细菌量来不断调整臭氧的投加量,使加氯量降低50 %。2.3 活性氧化铝对饮用水中生活饮用水中含氟量标准为0.51./, 集宁至二连铁路线上的赛汉塔拉(以下简称赛汉) 地下水含氟量高达1. 75/, 严重超标。长期饮用高氟水不但形成氟斑牙, 影响美观, 严重的是能导致骨质疏松, 直接影响身体健康。氧化铝是一种用途广泛的化学品，用做吸附剂的多孔氧化铝一般称之为“活性氧化铝”，是一种多孔性高分散的固体物料10，有很大的比表面，其微孔表面具有吸附功能。就分子式al2o3而言，它似乎是一种简单的氧化物，但是当考虑到空间因素时，却发现它是一种形态变化复杂的物质。到目前为止，已经发现、-al2o3等8种以上的形态,不仅不同的形态之间,即使同一形态其宏观结构性质(密度、孔隙率、孔径分布、比表面积等)也依其来源而大不相同。关于活性氧化铝的吸附性能，可以参考per9提出的模型。粉末活性氧化铝都是孔体积为300800mm3/g，表面积为100300m2/g的-al2o3，孔径主要在中孔范围内，在与水溶液接触时主要被羟基基团覆盖弱的有机酸主要通过配合基体交换机制与其结合，此外他们还发现，由-al2o3去除有机物主要由ph决定，其最大固相浓度在ph为56.5时达到，在其他ph时都有所降低，并且高分子量的有机物容易被去除，但是较大比例（20%60%）的溶解性有机炭不能去除。3 结束语吸附剂在水处理中以及其他领域的作用至关重要，吸附剂选择是否得当决定了某一吸附剂操作的技术经济性和环保水平。目前，从资源丰富的天然产物以及其他行业废物出发，研制有特殊选择的吸附剂，用简单的工艺制造价格低廉、性能优异的吸附剂，是吸附理论和吸附剂未来研发的重要方向。因此，选择合适的炭种以取得技术和经济整体利益的最优化对工程和生产运行都有着重要意义。4 参考文献1 于秀娟,张熙琳,等. 臭氧2生物活性炭工艺去除水中有机微污染物j . 环境污染与防治,2000,22(4):13.2 马放,王宝贞,孙建平. 固定化生物活性炭除微污染有机物的实验研究j . 哈尔滨建筑大学学报, 1998 ,31(5) :5257. 3 张玉霞,李明俊,高效活性吸附剂的研制及应用.微量元素与健康研究,2001,18(2):14164 张千杰, 载铝离子树脂用于天然水降氟实验. 岩矿测试, 1999 , 18 (4) 295 2985 dam bies l. , guibal e, rozea. . colloids and surfacea: physicochem ical and engineering a spects j , 2000, 170 (1) : 19316 zhang qian-jie (张千杰). rock and mineral analys