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1、活性炭去除水中余氯的分析摘要：摘要：通过对 5 种不同活性炭的去除余氯量实验、余氯穿透实验以及化学反应产物 Cl - 的质量平衡数据,探讨了活性炭去除余氯的性能和机制。活性炭去除余氯是吸附与化学反应共同作用的结果。活性炭与水中余氯接触后的初期,去除余氯以吸附作用为主;达到吸附平衡后,余氯浓度继续下降则是由于化学反应的作用。接触时间越长、余氯初始浓度越高、p H 较低,活性炭去除余氯量越大。由Cl - 的生成量可以确定化学反应去除余氯量是余氯总去除量的一部分;接触时间越长,活性炭剂量越大,化学反应去除余氯量占余氯总去除量的比例越高。使用粒径 2 min) 耗时太长且浪费资源,故本研究采用了简便、
2、高效的微型炭柱快速穿透(MCRB) 技术12 432 , 17 , 18 。称取一定量120180 目活性炭,填装到不锈钢穿透柱中,下端以玻璃棉衬托,上端以玻璃珠填充。活性炭去除余氯效率很高,调节计量泵流速将装置的EBCT 控制在5 s左右。进水余氯质量浓度(即初始质量浓度c0 ) 为15 mg/ L 左右,启动自动采样器采集并立即分析出水中余氯浓度(即剩余质量浓度ct ) ,以床层体积数(即处理水量/ 床层体积) 为横坐标、ct / c0 为纵坐标绘制穿透曲线。3 结果与讨论3. 1 接触时间的影响活性炭去除余氯受接触时间、余氯初始浓度、p H 和活性炭材质等因素的影响19 。图2 为煤质炭
3、、果壳炭、椰壳炭和煤质炭在余氯初始质量浓图1 接触时间对余氯去除量的影响度5 mg/ L 、初始p H 6. 57. 0 条件下,接触时间为2 、5 、8 h 时的余氯去除量和Freundlich 吸附等温线。余氯去除量随接触时间的增加而增加,但由于存在化学反应使余氯浓度不断下降,变化趋势减低。活性炭去除水中余氯是物理吸附与化学反应共同作用的结果。煤质炭与余氯有较强的化学反应,余氯去除量随接触时间的增加有明显增加;果壳炭也具有高化学性能,余氯去除量随接触时间的增加而增加;椰壳炭和煤质炭的化学性质相对稳定,同样长时间段内(25 、58 h余氯去除量的增加幅度小得多。3. 2 余氯初始浓度的影响在
4、纯粹的吸附过程中,吸附质的初始浓度对吸附容量影响有限,而化学反应的作用在不同初始浓度条件下有较大的差别。化学反应中反应物的初始浓度越高,反应越快,反应程度越大,对反应物的去除量越大。考察了不同余氯初始浓度下,椰壳炭与余氯溶液接触时间5 h 时余氯的去除量,结果见图2 。由图2 可见,在初始p H 6. 57. 0 条件下,即便是化学性能较差的椰壳炭对余氯的去除量也随余氯初始浓度的增加而明显增加。图2 余氯初始质量浓度对余氯去除量的影响3. 3 溶液初始p H 的影响图3 显示,余氯初始质量浓度为15 mg/ L 、接触时间5 h 时,溶液不同初始p H 下余氯的去除量,煤质炭和果壳炭对余氯的去
5、除量由于溶液从初始p H 10. 6 降低至p H 7. 0 而明显增加。p H 对活性炭去除余氯的影响是由于它决定了余氯形式的分布,见式(6) 。HClO OCl - + H+ p Ka = 7. 5 (20)图图3 pH对余氯去除量的影响对余氯去除量的影响在p H 7. 0 时, HClO 和OCl - 分别占75 %和25 % ,而在p H 10. 6 时余氯几乎全部是OCl - 。活性炭为非极性吸附剂, 部分表面带负电荷, 对OCl - 有排斥力, HClO 则能快速渗透进入到活性炭内孔,故p H 7. 0 时活性炭对余氯的吸附量较大。此外,由于HClO 的氧化力比OCl - 高,因此
6、p H 7. 0 时,活性炭对余氯的化学反应去除量亦较大。这两个因素同时作用,导致p H 为7. 0 时活性炭对余氯去除量较大。3. 4 Cl - 生成量与余氯去除量的关系Cl - 为活性炭与余氯化学反应的主要产物,分析Cl - 生成量、活性炭剂量及余氯去除量的关系(见表2) 有助于探讨活性炭去除余氯的机制。随着活性炭剂量的增加,Cl - 生成量增加,同时又因为余氯剩余浓度降低,化学反应速度降低,因此观察到Cl -生成量先增加后减少的现象。由表2 计算得到,在接触时间16 h 时,余氯去除量的Freundlich 吸附等温线在图1 (a) 的8 h 曲线之上,816 h 的去除量变化趋势较25
7、 、58 h 更低。3. 5 活性炭材质的影响考察了活性炭(粒径 果壳炭 煤质炭 煤质炭 煤质炭,这与表1 中活性炭的苯酚值大小顺序相符。溶液初始p H 7. 0 时,余氯溶液的主要成分为HClO ,与苯酚一样为极性小分子,在水中的扩散速度与苯酚接近,因此苯酚值能很好地表征活性炭对余氯的吸附量。图图4 a 活性炭材质对余氯去除量的影响活性炭材质对余氯去除量的影响图4 (b) 显示,各活性炭接触时间5 h 时的余氯去除量比接触时间2 h 的余氯去除量均有一定的增加,但其大小顺序有所变化。煤质炭的化学反应表表4b4b Cl - 生成量和活性炭剂量及余氯去除量的关系生成量和活性炭剂量及余氯去除量的关
8、系(接触时间接触时间= 16h)注:1) 为煤质炭;2) 余氯初始溶液:p H 6. 9 ,余氯初始量11. 61 mg/ L ,Cl - 初始量60. 30 mg/ L ;3) 余氯净减量= 余氯初始量- 余氯剩余量- 空白实验余氯去除量;4) Cl - 净增量= Cl - 生成量- Cl - 初始量- 空白实验Cl - 增加量。表表4c4c 穿透实验运行参数与吸附容量利用率穿透实验运行参数与吸附容量利用率注: 1) 去除量比例= 余氯去除量/ 余氯处理总量,利用图形软件由穿透曲图计算得到; 2) 余氯去除量= 进水余氯质量浓度( c0 ) 流速运行时间去除量比例加炭量; 3) k 和n 分
9、别为Freundlich 吸附等温线中与温度、吸附剂和吸附质有关的常数,根据2 h 去除量数据(见图4 (a) ) 计算得到; 4) 吸附容量(2 h 去除量) = k c1/ n0 ; 5) 吸附容量利用率= 余氯去除量吸附容量; 6) 根据5 h 去除量数据(见图4 ( b) ) 计算得到。性能较其他炭型强很多。3 种煤质炭制备过程中的活化条件不同,产生不同的孔径结构和表面化学活性,使其具有不同的吸附性能(如表1 所示) 及与余氯不同的化学反应强度;微孔最丰富(苯酚值及碘值较高) 的煤质炭与余氯的化学反应强而持久,在实际脱氯工程应用时能长期去除余氯。2. 6 穿透实验图5 显示,在进水初始
10、p H 6. 9 时的MCRB 穿透实验中,4 种活性炭在1 周中去除余氯的优劣顺序为煤质炭 果壳炭 煤质炭 椰壳炭;它们分别在65. 0 、45. 0 、31. 0 、22. 0 h 发生穿透( ct / c0 =0. 05) 。图5 还显示,在进水初始p H 10. 6时,煤质炭和果壳炭分别在8. 3 、5. 5 h 发生穿透,这印证了较低的初始p H 有利于去除余氯的论断。图图5 余氯的余氯的MCRB 穿透曲线穿透曲线穿透实验的吸附容量利用率是指实验中活性炭去除余氯量与其吸附容量(2 h 去除量) 的质量分数。单纯吸附过程的穿透实验吸附容量利用率小于100 %。表3 为穿透实验运行参数与
11、吸附容量利用率计算结果。由于活性炭在穿透实验去除余氯过程中化学反应的存在,煤质炭、果壳炭、煤质炭和椰壳炭4 种活性炭的吸附容量利用率均远远超过了100 % ,分别为410 %、562 %、461 %和303 %。穿透实验的余氯去除量大于接触实验中余氯去除量的原因在于,穿透实验中余氯与活性炭接触时间相对较长,并且浓度总是保持在较高的水平,更有利于化学反应的进行。对某饮料用水脱氯炭床(椰壳炭,EBCT = 2. 9 min ,运行1 年) 计算发现,其吸附容量利用率大于700 %。穿透实验结果印证煤质炭与余氯的化学反应性最强,其次为果壳炭、煤质炭和椰壳炭。3 结 论(1) 活性炭去除余氯是吸附与化
12、学反应共同作用的结果。活性炭与水中余氯接触后的初期,去除余氯以物理吸附作用为主;达到吸附平衡后,余氯浓度继续下降是化学反应的作用。(2) 活性炭去除余氯过程中,接触时间越长、余氯初始浓度越高、溶液初始p H 较低,活性炭去除余氯量越大。由Cl - 的生成量可以确定化学反应去除余氯量是余氯总去除量的一部分。(3) 微孔最丰富(苯酚值及碘值较高) 的煤质炭与余氯有较强的化学反应,果壳炭其次,椰壳炭的化学性质相对稳定。(4) 使用粒径 180 目活性炭进行余氯去除实验,吸附容量在12 h 即达到饱和;活性炭对余氯吸附量(2 h 的余氯去除量) 的大小与其苯酚值排行相同。(5) 余氯去除的速度决定于活
13、性炭的吸附性能,而化学反应程度是决定活性炭床在实际使用中对进水余氯总去除量的主要因素。穿透实验中余氯去除量大于接触实验中余氯去除量,穿透实验结果印证煤质炭与余氯的化学反应性最强。参考文献 1 吴贤格,徐显干 ,李宁湘 ,等. 粒状活性炭在管道分质供水口感 改善中的作用研究J . 给水排水,2005,31(8): 37-40.2 高振宏,李长宝,孙群,等. 游离余氯的致突变性研究J . 现代预防医学,2000 ,27 (4) :468-469.3 黄建东,王小平. 水质有机物污染与余氯处理的研究J . 山西电力技术,1998 (1) .4 王广珠 ,汪德良,崔焕芳. 离子交换树脂使用及诊断技术M
14、 . 北京:化学工业出版社,2005 :164-166. 5 周柏青. 全膜水处理技术M . 北京: 中国电力出版社,2006 :245-246 6 曹瑞钰. 氯消毒机理、危害及脱氯J . 中国给水排水, 1995 , 11(4):36-39. 7 闻瑞梅 ,王在忠. 高纯水的制备及检测技术M . 北京:科学出版社，1997:16.8 闻人勤,张萍,吴春华,等. 关于活性炭去除水中余氯的半脱氯值的讨论J工业水处理，1999，19（2）：26-27.9 应维琪,常启刚,张巍 ,等. 简易水处理活性炭的选择和应用方法J . 环境污染与防治,2005 ,27 (6).10 张巍 ,常启刚,应维琪,等. 新型水处理活性炭选型技术J . 环境污染与防治,2006 ,28(7) :499-504 .11 国家环境保护总局水和废水监测分析方法编委会. 水和废水检测分析方法M . 4 版. 北京: 中国环境科学出版社,2002.
