活性炭去除飲用水中的痕量有機(jī)污染物

　　自來水廠主要處理含高達(dá)70%河岸濾液的原水，用于飲用水生產(chǎn)。一般的過濾可以通過生物降解和土壤吸附來消除有機(jī)污染物。但是，某些有機(jī)微污染物(例如痕量有機(jī)污染物)從河流進(jìn)入下游的水庫也是飲用水處理廠的原水(此處稱為原水)。因此為了維持水質(zhì)需要去除這類污染物，本次我們使用特制的活性炭來進(jìn)行研究測試，對水廠處理流程中的改善來降低污染物的指標(biāo)并改善水質(zhì)。

　　活性炭在自來水廠的應(yīng)用

　　用于飲用水生產(chǎn)的活性炭已在工業(yè)規(guī)模上用于大部分自來水廠。活性炭除了去除非極性化學(xué)物質(zhì)，氣味，異味和色素外，在消除痕量有機(jī)污染物也引起了關(guān)注。盡管吸附是一個眾所周知的過程，但要事先詳細(xì)預(yù)測單個污染物的突破行為，仍然是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。實(shí)質(zhì)上，這是由天然有機(jī)物的存在來解釋的，該天然有機(jī)物與痕量有機(jī)污染物作為背景物質(zhì)競爭吸附位點(diǎn)，并改變了活性炭的表面特性。痕量有機(jī)污染物分為三類：多氟脂肪族化合物，農(nóng)藥和代謝物，除揮發(fā)物外，還檢測了亞​​硝胺和氨基聚羧酸。因此，需要進(jìn)一步的研究以獲得關(guān)于在水廠所采用的操作條件下不同痕量有機(jī)污染物的去除效率的信息。隨后，在這種情況下考慮了某些問題：優(yōu)先去除非極性/疏水性物質(zhì)，痕量有機(jī)污染物和本底天然有機(jī)物競爭性吸附到活性炭上，隨著操作時間的延長，活性炭的吸附能力不斷降低，通過增加過濾速度或減少空床接觸時間來減少滯留時間等。

　　測試中的工廠內(nèi)結(jié)構(gòu)

　　半技術(shù)試驗(yàn)工廠安裝了電氣安裝，工廠控制和數(shù)據(jù)管理。中試工廠由兩條處理線活性炭和反滲透膜(參見圖1)組成，具有17個采樣點(diǎn)。充氣后的原水通過增壓泵2.1.1和2.1.2從儲水箱(3.1)連續(xù)泵出。將痕量有機(jī)污染物(3.2)注入標(biāo)有2.2.1和2.2.2的泵的吸入側(cè)，以確保適當(dāng)?shù)臎_洗混合和良好的分散性。加水后的水以平行模式通過無煙煤砂濾池以及隨后的活性炭(線1)和反滲透膜(線2)。每月對粒子過濾器進(jìn)行反沖洗。為了測試紫外線消毒在反滲透膜之前作為減少生物結(jié)垢的附加預(yù)處理步驟的效果，在活性炭砂濾池的下游操作了紫外線裝置(1.1.1)。反滲透膜管線的進(jìn)料通過兩個濾筒過濾器進(jìn)行預(yù)處理，兩個濾筒過濾器依次安裝了80和5μm的標(biāo)稱截止值。

　　圖1：所用中試工廠的示意圖，其中包括兩條處理線活性炭(線1)和反滲透膜(線2)，紅點(diǎn)代表采樣點(diǎn)。

　　使用活性炭去除飲用水中的痕量有機(jī)污染物受各種操作參數(shù)的影響，例如，比流量和空床接觸時間，這些參數(shù)受流速控制。由于在整個測試期間使用的空床流速恒定為10m/h，因此考慮了活性炭的比流量，因此考慮了基于三種情況(即低，中和高比吞吐量)的去除效率。出于邏輯原因，活性炭的測試時間有區(qū)分。然后更新活性炭，并以較低的比重進(jìn)行了另外兩個實(shí)驗(yàn)。值得一提的是，在實(shí)際的飲用水處理廠中，每千克活性炭最多可使用18m³/kg的處理水，這是活性炭的短運(yùn)行時間。

　　通過活性炭工藝去除痕量有機(jī)污染物

　　在活性炭處理過程中痕量有機(jī)污染物的去除值，根據(jù)活性炭的比重增加對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。通常，活性炭對大多數(shù)痕量有機(jī)污染物表現(xiàn)出顯著的去除性能，包括反滲透膜無法適當(dāng)保留的物質(zhì)，例如DCM，DCE，BTA和TCM。另一方面，活性炭無法如預(yù)期那樣去除鹽分，這反映在原水和加工/處理后水的可比電導(dǎo)率中。不過，總體而言，活性炭操作比反滲透膜所需的能源少。活性炭的壓降低于<1bar，其去除值通過改變活性炭填充而變化。通過增加活性炭過濾的運(yùn)行時間，可以觀察到去除率從81%降低到50%(第二次填充)和70%降低到93%(第一次填充)。因此，差異可能與兩種交流電荷之間的差異以及采樣和分析誤差有關(guān)，這些誤差在某種程度上通過首次填充的兩次測量得到了記錄。對于二甲雙胍，發(fā)現(xiàn)在特定負(fù)載下去除率從63%到97%發(fā)生了非系統(tǒng)性變化。使用純凈的活性炭，沿過濾器深度觀察到大多數(shù)痕量有機(jī)污染物的濃度分布降低(去除趨勢增加參見圖2)。

　　圖2：活性炭過濾器中痕量有機(jī)污染物的深度依賴濃度曲線。

　　活性炭過濾飲用水

　　考慮到活性炭過濾中痕量有機(jī)污染物的去除，圖2中顯示了深度相關(guān)的濃度曲線。這種與時間有關(guān)的行為被認(rèn)為是活性炭過濾處理的不利條件。可以通過串聯(lián)使用兩個活性炭過濾來解決，這在一般的飲用水處理廠中并不常見。在高比通量下大量吸收可吸收物質(zhì)的情況下，可能會釋放出弱吸收物質(zhì)，從而導(dǎo)致飲用水被痕量有機(jī)污染物污染。我們還發(fā)現(xiàn)可以通過將反滲透膜滲透液和經(jīng)過活性炭過濾處理的旁路混合以產(chǎn)生硬度可調(diào)且痕量有機(jī)污染物含量降低的飲用水來維持礦質(zhì)，這些飲用水可以滿足常見的飲用水準(zhǔn)則。因此，反滲透和活性炭可以協(xié)同提高痕量有機(jī)污染物的去除率，并可能改善飲用水。

　　經(jīng)過我們長期的測試與研究發(fā)現(xiàn)根據(jù)特定的需求，活性炭和反滲透的并行操作可能是合適解決方案。在這種情況下，一種方法的缺點(diǎn)會被另一種方法的優(yōu)點(diǎn)部分抵消，例如，活性炭過濾子流對滲透液進(jìn)行必要的鹽化，這會導(dǎo)致混合水具有中等硬度。當(dāng)要同時降低痕量有機(jī)污染物和硬度時，這一點(diǎn)特別重要。如果您還有什么需要了解的，請立即咨詢我們，我們有自己的研發(fā)實(shí)驗(yàn)室和科研人員可以給您提供技術(shù)支持。

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