應(yīng)對水源突發(fā)氯苯污染的吹脫-吸附技術(shù)效能及機(jī)制研究.pdf

1、隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、工業(yè)化進(jìn)程的高速推進(jìn)和人民生活水平的日益提高,一方面水資源開發(fā)利用程度不斷加大,水體污染尤其是有機(jī)物污染日趨嚴(yán)重且突發(fā)污染事件頻發(fā);另一方面,我國大多數(shù)供水企業(yè)的水處理工藝相對落后,難以有效應(yīng)對突發(fā)性水污染事件。因此,研發(fā)適合我國大多數(shù)水廠現(xiàn)狀的、高效經(jīng)濟(jì)的應(yīng)急處理技術(shù)工藝具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文針對水源水可能突發(fā)揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)污染的問題,以氯苯為目標(biāo)污染物,建立以曝氣吹脫和粉末炭(PA

2、C)吸附為核心的應(yīng)急處理技術(shù)工藝,以氯苯作為目標(biāo)物,研究曝氣吹脫和PAC吸附兩種技術(shù)對水中氯苯的去除效能及其影響因素,并基于兩者各自特點(diǎn)和優(yōu)勢,實(shí)現(xiàn)兩者技術(shù)耦合,結(jié)合后續(xù)常規(guī)處理工藝達(dá)到高效經(jīng)濟(jì)地去除水中VOCs的目的。同時,還開展了活性炭纖維(ACF)吸附吹脫氣體中氯苯和水中活性炭表面氯苯脫附規(guī)律研究,旨在開發(fā)和采取相應(yīng)技術(shù)措施以避免水處理過程中VOCs二次污染。
　　曝氣吹脫對氯苯的去除效率主要受氣水比和水溫的影響,吹脫效率與

3、氣水比和水溫具有正相關(guān)性,氯苯初始濃度和原水濁度對曝氣吹脫去除率影響不大,共存其他VOCs可提高氯苯吹脫去除效率,表現(xiàn)出協(xié)同去除效應(yīng)。曝氣吹脫過程中,氣水總傳質(zhì)系數(shù)與氯苯初始濃度呈顯著線性關(guān)系,與單位面積曝氣量和水溫呈非線性正相關(guān)性。當(dāng)采用50-100的氣水比時,氯苯吹脫去除率可達(dá)83.73％-91.14%,運(yùn)行成本約0.033-0.0654元/噸水,處理較為經(jīng)濟(jì)高效。當(dāng)氣水比高于100時,曝氣吹脫處理變得不經(jīng)濟(jì)。
　　PAC可快

4、速吸附水中氯苯,5min吸附量即可達(dá)到平衡吸附量的80%以上,30min吸附量可達(dá)98%以上。PAC對氯苯的吸附效能主要受PAC比表面積和攪拌混合程度影響,受水溫、pH值、離子強(qiáng)度等因素影響不大。基于吸附速率和吸附平衡模型參數(shù)建立了基于氯苯初始濃度、PAC投量和吸附時間的吸附經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?可以較好地預(yù)測氯苯不同污染水平下所需的PAC投量。為驗(yàn)證和校核模型預(yù)測值,分別開展了小試和中試研究,最終給出了氯苯不同污染水平下所需的PAC投量。另外,中

5、試結(jié)果表明PAC吸附階段是水中氯苯去除的主要階段,去除率為62.5%-98.9%;常規(guī)工藝可去除水中吸附了氯苯的PAC和其他顆粒,進(jìn)一步去除水中氯苯;作為水質(zhì)安全保障的最后一道關(guān)口,GAC濾柱可以去除煤砂濾池出水中微量氯苯。
　　曝氣吹脫與PAC吸附耦合技術(shù),可與現(xiàn)有水處理工藝有機(jī)結(jié)合,充分發(fā)揮吹脫和吸附兩種技術(shù)各自優(yōu)勢,使兩種技術(shù)分擔(dān)了不同負(fù)荷的污染物去除任務(wù),使得對污染物的可控超標(biāo)倍數(shù)有明顯增長,提高了應(yīng)對水源水發(fā)生氯苯污染的

6、處理能力,且能夠到取得高效、經(jīng)濟(jì)的處理結(jié)果。以曝氣吹脫-PAC吸附耦合技術(shù)為氯苯去除的核心技術(shù)、以常規(guī)處理單元為水處理工藝主體、以GAC濾池為末端安全關(guān)口的應(yīng)急處理技術(shù)工藝,可以作為我國大多數(shù)水廠應(yīng)對水源水突發(fā)氯苯污染的應(yīng)急處理技術(shù)工藝。
　　競爭性吸附和濃差驅(qū)動作用會造成污染物在活性炭上脫附。在直接強(qiáng)競爭吸附物(乙苯)、堵塞孔道型大分子吸附物(PSS)的競爭吸附作用以及濃差驅(qū)動作用下,吸附在PAC上的氯苯會出現(xiàn)不同程度地脫附。在

7、乙苯強(qiáng)競爭吸附作用下,氯苯在PAC上快速脫附,20-40min可達(dá)到脫附平衡,脫附量可達(dá)3%-63%,氯苯脫附量和脫附速率與競爭性吸附物(乙苯)濃度具有正相關(guān)性。PSS對氯苯在PAC上的吸附量和脫附量基本無影響,但吸附在PAC大孔中PSS會產(chǎn)生堵塞作用,降低氯苯在PAC上的脫附速率。濃差驅(qū)動會導(dǎo)致氯苯在PAC上脫附顯著,且脫附量隨著濃差梯度增大而增加。在水源水突發(fā)氯苯污染消除后,在GAC濾池后續(xù)運(yùn)行中,競爭性吸附造成氯苯脫附的風(fēng)險較小,

8、而濃差驅(qū)動造成氯苯脫附風(fēng)險很大,因此應(yīng)在突發(fā)污染消除后,建議立即更新GAC濾池的活性炭。
　　吹脫氣體中的氯苯可用ACF吸附去除,其吸附去除效能與ACF的BET比表面積、微孔容積、表面化學(xué)性質(zhì),以及相對濕度(RH)和溫度等因素有關(guān)。BET比表面積和微孔容積越大,ACF對氯苯吸附速率和吸附量越大。RH對氯苯在ACF上吸附具有抑制作用,且隨著RH增大而增強(qiáng),RH高于50%時,ACF對氯苯的吸附量下降明顯。水分子競爭性吸附以及其在微孔中

9、的毛細(xì)凝結(jié)是其抑制氯苯吸附的主要原因。通過浸漬尿素或硫酸銅再在氮?dú)饬飨赂邷靥幚?進(jìn)行ACF表面化學(xué)改性,一方面可降低表面含氧量,減少酸性官能團(tuán)含量,提高表面憎水性,減輕RH對氯苯吸附的抑制作用;另一方面,改性后ACF表面生成了含氮的堿性官能團(tuán),可提高ACF與氯苯之間的π-π色散力,提高ACF對氯苯的吸附速率和吸附量;另外,經(jīng)硫酸銅浸漬再高溫改性后,ACF表面會負(fù)載CuO微晶,其對VOCs具有更強(qiáng)的吸附力。溫度對ACF吸附氯苯的效能影響顯