粉末活性炭對(duì)特殊有機(jī)污染物的去除。

　　粉末活性炭混凝沉淀等常規(guī)工藝對(duì)某些特殊有機(jī)污染物的去除效果很差,原因是這些物質(zhì)分子量都較小,很難通過(guò)混凝沉淀去除。

　　粉末活性炭對(duì)嗅味物質(zhì)的去除

　　飲用水中的嗅味問(wèn)題已成為供水界面臨的普遍問(wèn)題。原水中土嗅味的產(chǎn)生歸因于某些藻類大量繁殖產(chǎn)生的兩種代謝物:土臭素和二甲基異冰片[7]。而混凝、沉淀、過(guò)濾、消毒等常規(guī)處理工藝很難將這些物質(zhì)從水中去除。粉末活性炭(PAC)發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積可有效地吸附水中的嗅味物質(zhì)。李大鵬等研究表明[8],除嗅效果與PAC投加量有一定的線性相關(guān)性,隨著PAC投加量的增加出水嗅閾值降低,且在一定范圍內(nèi)每增加10mg/L的PAC投加量則去除率就上升5%。其原因是,其他有機(jī)物也占用了PAC的吸附空間,導(dǎo)致PAC投加量小時(shí)的除嗅率較低,增加PAC投加量后增加的那部分PAC相應(yīng)的補(bǔ)充了吸附其他有機(jī)物所耗費(fèi)的炭量,從而提高了對(duì)嗅味的去除率。因此在除嗅過(guò)程中,消除原水中其他有機(jī)物的干擾是提高除嗅效果的一個(gè)關(guān)鍵。另外原水嗅
閾值的大小對(duì)PAC的除嗅效率沒(méi)有明顯的影響。李偉光研究表明[9],
 PAC后移至混凝開(kāi)始后再投加的效果比PAC與混凝劑(如堿鋁)同時(shí)投加會(huì)更好,在混凝中段投加PAC的除嗅效果明顯優(yōu)于投加在混凝前,而且在達(dá)到同樣的效果時(shí)平均可節(jié)約10mg/L的PAC。這是因?yàn)?原水中存在著一部分即可被混凝去除又可被PAC吸附去除的有機(jī)物,如果將PAC直接投加在原水中,則其不可避免的會(huì)吸附部分可以混凝去除的有機(jī)物,這些有機(jī)物既占據(jù)了致嗅物質(zhì)的吸附位置又限制了小分子有機(jī)物在空襲內(nèi)的遷移,大大降低了PAC吸附嗅味物質(zhì)的能力。JianweiYu等研究表明[10],雖然活性炭表面的性質(zhì)(如表面C=O基、C-O基含量、微孔含量、碘值以及亞甲藍(lán)值等)對(duì)其吸附能力有很大影響,但在PAC吸附土臭素和二甲基異冰片時(shí),只有微孔數(shù)量這一參數(shù)與其吸附能力之間有很好的線性相關(guān)性,其他的參數(shù)如碘值等對(duì)其吸附能力影響甚微,因此可以將微孔
數(shù)量作為表征PAC吸附嗅味物質(zhì)能力的有效表征參數(shù)。

　　粉末活性炭對(duì)藻毒素的去除

　　富營(yíng)養(yǎng)化湖泊中的微囊藻毒素(水華藍(lán)藻的次生代謝產(chǎn)物)對(duì)環(huán)境和人類健康的危害已成為全球關(guān)注的重大環(huán)境問(wèn)題之一。微囊藻毒素能強(qiáng)烈地抑制蛋白磷酸酶(PP1、PP2A)的活性,是一種強(qiáng)烈的促癌劑。中國(guó)科學(xué)院武漢水生生物研究所近期的研究結(jié)果表明,微囊藻毒素以肝臟為唯一的靶器官,動(dòng)物性腺是其攻擊的第二靶器官[11, 12]。然而,水廠常規(guī)混凝工藝對(duì)溶解性微囊藻毒素的去除效果較差,去除率一般在20%以下,難以滿足要求。有研究表明, PAC對(duì)溶解性的微囊藻毒素具有較好地吸附作用[13, 14]�？紤]到微囊藻毒素的季節(jié)性特征,
 PAC吸附可以作為微囊藻毒素污染的應(yīng)急處理措施。PAC吸附污染物需要一定的時(shí)間,其過(guò)程可分為快速吸附、基本平衡和完全平衡三個(gè)階段。劉成等研究表明[15]PAC對(duì)兩種典型的微囊藻毒素(MC-RR和MC-LR)快速吸附階段大約需要40min,可以達(dá)到80%的左右的吸附容量。因此對(duì)于取水口到凈水廠有一定距離的水廠,可在取水口處投加PAC,利用管道輸送時(shí)間來(lái)完成吸附過(guò)程;而對(duì)于取水口距離水廠很近,只能在水廠內(nèi)投加粉末活性炭的情況,由于吸附時(shí)間短,加之與混凝劑形成礬花后還會(huì)影響其與水中微囊藻毒素的接觸,使得粉末炭的吸附能力難以發(fā)揮,因此需適當(dāng)增加PAC的投量。隨著粉末活性炭投量的增加,對(duì)微囊藻毒素的去除效果得到明顯改善。PAC投量為20mg/L時(shí),對(duì)MC-RR和MC-LR的去除率分別為90%和76%,也就是說(shuō)對(duì)于一般原水中兩種微囊藻毒素可能發(fā)生的
大濃度(10μg/L),投加20mL的粉末活性炭即可將兩種毒素的濃度分別降低到1μg/L和2·4μg/L,加之其他水處理單元(混凝、消毒等)對(duì)微囊藻毒素的去除,出水水質(zhì)可以達(dá)到國(guó)家新頒布的標(biāo)準(zhǔn)(MC—LR的限值為1μg/L)。此外, PAC對(duì)微囊藻毒素的去除率與藻毒素初始濃度無(wú)關(guān),這可以用理想吸附溶液理論和當(dāng)量本底化合物理論來(lái)證明[15]。因而,可根據(jù)原水中目標(biāo)化合物的濃度和標(biāo)準(zhǔn)的要求值來(lái)判定所需的粉末活性炭投量。

　　粉末活性炭對(duì)消毒副產(chǎn)物(DBPs)前驅(qū)物的去除

　　消毒副產(chǎn)物(DBPs)如三鹵甲烷(THM)、鹵乙酸(HAA)等屬三致物質(zhì),飲用水中含量超標(biāo)時(shí)對(duì)人體健康影響巨大。而對(duì)消毒副產(chǎn)物(DB- Ps)前驅(qū)物的去除能有效減少飲用水中DBPs的形成。因此, DBPs前驅(qū)物的有效去除是現(xiàn)代飲用水處理中具挑戰(zhàn)性的任務(wù)之一[16]。DBPs前驅(qū)物以天然有機(jī)物(NOM)的形式存在于所有地表水中,能用下面的指標(biāo)來(lái)反映其存在情況:溶解性有機(jī)炭(DOC), 254nm紫外線吸光度(UV254),比紫外吸光度(SUVA)以及三鹵甲烷形成潛能(THMFP)。Rizzo等研究說(shuō)明[17]80mg/L的氯化鐵對(duì)于意大利的兩種地表水源水能分別產(chǎn)生42%和35%的DOC去除率以及56%和48%的UV254去除率,此時(shí)混凝劑消耗過(guò)高。因此VedatUyak等人引進(jìn)PAC強(qiáng)化氯化鐵混凝以降低處理費(fèi)用[16]。在相同的氯化鐵-PAC投加量下,
 UV254比DOC去除率更大,說(shuō)明這種工藝去除芳香類物質(zhì)比去除其他的NOM更有效,而芳香類物質(zhì)是DBPs強(qiáng)的前驅(qū)物。比紫外吸光度(SUVA)是一個(gè)計(jì)算參數(shù),其值等于(UV254/DOC)×100,該參數(shù)表征了水中的腐殖含量, NOM中的腐殖酸也是一類主要的DBPs前驅(qū)物, PAC對(duì)SUVA的降低效果亦優(yōu)于單獨(dú)的混凝。THM形成潛能(THMFP)代表了水中三鹵甲烷前驅(qū)物的含量。氯化鐵-PAC工藝對(duì)去除THMFP效果顯著,在單獨(dú)100mg/L氯化鐵混凝工藝中, THMFP的去除率為47%,且出水THM濃度達(dá)到155μg/L,然而投加PAC后出水THM濃度可降至80μg/L。PAC強(qiáng)化混凝工藝對(duì)前驅(qū)物去除效果明顯優(yōu)于常規(guī)工藝,其原因在于,常規(guī)混凝去除的主要是帶負(fù)電荷的大分子,對(duì)于其他低分子量的NOM有機(jī)物的去除能力很差,而PAC對(duì)低分子量不帶電的NOM物質(zhì)吸附效果非常好,因此PAC可以有效去除DBPs前驅(qū)物。

　　粉末活性炭對(duì)農(nóng)藥的去除

　　隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展,農(nóng)藥的使用量逐年在增加,這些農(nóng)藥殘留物進(jìn)入飲用水水源中,就會(huì)污染自來(lái)水,給水廠的工藝提出了新的問(wèn)題。PAC被廣泛的用于去除飲用水中的痕量有機(jī)物,然而NOM的存在會(huì)負(fù)面影響PAC對(duì)微污染物的吸附容量和吸附動(dòng)力學(xué)[18]。Jiang等[19]的小試研究表明,混凝、軟化、氯化等常規(guī)工藝均不能有效去除阿特拉津等嗪除草劑。原因是混凝等常規(guī)工藝主要去除相對(duì)分子量在10000以上的有機(jī)物,對(duì)阿特拉津此類相對(duì)分子質(zhì)量很小的有機(jī)物幾乎沒(méi)有去除能力。程蓓蓓等[20]研究表明PAC對(duì)阿特拉津吸附20min后可完成主要去除,考慮到競(jìng)爭(zhēng)吸附問(wèn)題PAC與混凝劑不能同時(shí)投加,可以將PAC先投加待反應(yīng)20min左右后再進(jìn)行混凝反應(yīng)。隨著PAC投加量的增加,濾后水阿特拉津德去除率也隨之增長(zhǎng),但是阿特拉津德去除率并不是均勻增加。PAC濃度
越高,阿特拉津德去除率增長(zhǎng)越不明顯,以致PAC50mg/L和PAC60mg/L時(shí)的去除率基本一致。原因可能是,去除效果是由PAC對(duì)阿特拉津的吸附性質(zhì)及原水中多組分物質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng)吸附共同決定,投加量增加,單位質(zhì)量PAC對(duì)阿特拉津的吸附容量降低,因此阿特拉津的去除率呈減速增長(zhǎng)。另外, HuguesHumbert等人研究表明[21],陰離子交換樹(shù)脂(AERs)與PAC同步聯(lián)合使用比單獨(dú)使用PAC能更有效的去除原水中的殺蟲(chóng)劑等農(nóng)藥物質(zhì)。

　　粉末活性炭在飲用水處理中應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)

　　在突發(fā)事故時(shí)(如藍(lán)藻暴發(fā)),大量投加PAC會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用的大量增加,因此須考慮新的PAC工藝以增加其使用效率。因活性炭的吸附容量是吸附平衡時(shí)吸附質(zhì)濃度的函數(shù)[28],出水水質(zhì)越高,則活性炭的使用效率越低,那么在水廠正常生產(chǎn)中, PAC的吸附空間沒(méi)有得到高效的利用,如何高效地、充分地使用PAC的吸附容量尚有待進(jìn)一步研究。目前水廠中使用的PAC后大都在沉淀池隨污泥排走,沒(méi)有實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用�？紤]到PAC回收的困難以及回收分離時(shí)損失很大,常用顆粒活性炭(GAC)代替PAC,但是GAC的吸附效果不及PAC。如何有效回收PAC,實(shí)現(xiàn)資源的重復(fù)利用還需深入研究和探討。在采用PAC干投裝置的水廠,操作時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度極大,在裝卸、拆包、配制和投加過(guò)程中,粉塵是一個(gè)很大的問(wèn)題。有時(shí),
 PAC會(huì)從過(guò)濾水中泄漏出來(lái)進(jìn)入配水系統(tǒng),因此在水廠使用PAC時(shí)應(yīng)注意濾池的安全運(yùn)行以保證出水水質(zhì)。PAC與其他水處理藥劑(尤其是氧化性藥劑)相互作用會(huì)使其他藥劑失去應(yīng)有的效果,同時(shí)也降低了PAC的吸附能力,大幅度的增加制水成本,因此在某些聯(lián)合工藝中如何避免氧化性藥劑與還原性PAC相互損耗,是一個(gè)值得研究的問(wèn)題。

　　粉末活性炭與高級(jí)氧化等其他深度處理方法不同,它是靠吸附分離技術(shù)來(lái)去除水中的污染物質(zhì)和雜質(zhì),因此它基本上不產(chǎn)生化學(xué)副產(chǎn)物,在使用時(shí)安全有效,在以后的水處理領(lǐng)域仍將會(huì)得到廣泛應(yīng)用。