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本课题以黄浦江上游水源为原水的各水厂水质达标为研究目标,开展粉末活性炭强化常规工艺及突发水质污染应急处理研究,通过粉末活性炭最佳炭种、最佳投加量、最佳吸附时间等试验确定粉末活性炭应用的最佳工艺参数,并分析了投加粉炭对后继净水系统的影响,建立了粉末活性炭对苯酚的吸附等温线以及吸附动力学模型等,阐述粉末活性炭吸附机理,为选炭提供指导作用。
试验结果表明,粉末活性炭对黄浦江上游原水中有机污染物具有较好的吸附去除作用。通过炭种比选试验,从性价比、产量、炭源等因素综合分析,最终选定竹质炭为最佳炭种,最佳投加量为10~15mg/L左右。生产性试验表明,当原水CODMn<5.7mg/L时,投加10mg/L以上竹质炭可使出水CODMn低于3mg/L。投加5-10mg/L粉末活性炭对沉后水和滤后水浊度和余氯影响不显著。
通过模拟不同强度突发酚污染事故粉末活性炭应急处理研究结果表明,竹质炭对苯酚具有更好的吸附性能。当酚超标0.5倍以下,可以通过强化混凝去除;当酚超标3~17倍,投加10~40mg/L竹质炭强化常规处理后出水可达标。Langmuir和Freundlich模型都能较好地描述苯酚在竹质炭上的吸附过程。竹质炭对苯酚的吸附过程符合准二级吸附动力学,PAC炭种、投加量、苯酚初始浓度、原水水质都能影响PAC对苯酚的吸附量和吸附动力学常数。
最后,通过对粉末活性炭孔隙、比表面积等结构特征与原水溶解性有机物的分子量分布、亲、疏水性和苯酚的分子特性的匹配关系,较好地阐述了粉末活性炭吸附机理。研究表明,黄浦江上游原水主要以小分子溶解性有机物为主。粉末活性炭中孔越发达,越利于原水中有机污染物的吸附去除;而苯酚主要吸附在微孔区,对于中孔发达的椰壳粉末活性炭可能由于中孔吸附了大量有机物,影响了苯酚在颗粒内的扩散,阻止苯酚进入微孔。