活性炭對錢塘江蕭山江段原水中苯酚和苯系物去除效果

張秋勉，侯寶芹，倪杭娟

(杭州蕭山供水有限公司，浙江杭州311203)

摘要探討了活性炭對錢塘江蕭山江段原水中苯酚和苯系物的去除效果，并比較了不同條件對苯酚和苯系物的去除效果。結(jié)果表明當(dāng)單獨投加粉末活性炭達(dá)20kg/kt、吸附時間>1.5h時，苯酚去除效果最好，去除率達(dá)60%左右。當(dāng)粉末活性炭投加量為20kg/kt、KMnO4投加量為1.0kg/kt時，苯酚去除率高達(dá)95%；投加相同量的KMnO4復(fù)合鹽的結(jié)果基本一致?，F(xiàn)有工藝中高錳酸鉀為0.5kg/kt、活性炭為20kg/kt，兩者聯(lián)用，對苯酚的去除率為40%～50%，對苯系物的去除率為50%～80%，出廠水符合生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞活性炭苯酚苯系物去除率錢塘江原水

中圖分類號：TU991文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

[收稿日期]2014-10-23

[作者簡介]張秋勉(1981—)，女，碩士研究生，工程師，從事水質(zhì)分析工作。電話： 13588273463；E-mail： qiu.miam@126.com。

Efficiency of Phenol and Benzene Series Removal in Raw Water from Xiaoshan Section of Qiantangjiang River with Activated Carbon Process

Zhang Qiumian, Hou Baoqin, Ni Hangjuan

(HangzhouXiaoshanWaterSupplyCo.,Ltd.,Hangzhou311203,China)

AbstractRemoval Effect of phenol and benzene series in raw water from Xiaoshan Section of Qiantangjiang River with activated carbon under different conditions were compared. The results indicate that when dosage of activated carbon is 20kg/kt and adsorption time is 1.5h, the adsorption effect phenol is the best, removal rate of phenol is 60% or so; when dosage of activated is 20kg/kt and dosage of KMnO4 is 1.0kg/kt, removal rate of phenol is 95%; effect of KMnO4 composite on phenol adsorption is as same as that of KMnO4. According to current process, dosages of KMnO4 and activated carbon are 0.5kg/kt and 20kg/kt, respectively. When they are combined to treat raw water, removal rates of phenol and benzene series are 40%～50% and 50%～80%, respectively, and the finished water meets the drinking water standard.

Keywordsactivated carbonphenolbenzene seriesremoval rateraw water from Qiantangjiang River

蕭山區(qū)主要供水水源為錢塘江。近年來錢塘江上游水量消耗持續(xù)增大，加上沿江工業(yè)的迅速發(fā)展，各類污染事件時有發(fā)生，其中2011年的苯酚污染事件曾引起廣泛社會影響。苯酚呈弱酸性，可溶于水，是一種典型的高毒物質(zhì)，是水中主要污染物之一；苯系物為無色或淺黃色透明油狀液體，具有芳香味，易揮發(fā)，對人的神經(jīng)系統(tǒng)和造血系統(tǒng)有較大的危害，是主要的致癌物質(zhì)。水廠常規(guī)工藝對這兩類物質(zhì)基本沒有去除效果。目前去除苯酚的技術(shù)主要有溶劑處理技術(shù)[1]、生物降解—吸附技術(shù)、光催化降解、Fenton等[2]。最常用的技術(shù)是吸附技術(shù)，這種方法既方便又經(jīng)濟(jì)實惠，可獲得較高的吸附率，提高飲用水水質(zhì)[3]，活性炭具有穩(wěn)定的物理化學(xué)性能，機(jī)械強(qiáng)度高，是一種水處理中常用的優(yōu)良吸附劑[4]，對苯酚和苯系物都有較好的吸附效果。

1材料與方法

1.1試劑與儀器

試劑： 粉末活性炭(寧夏光華牌)、苯酚、三氯甲烷、4-氨基安替吡啉、鐵氰化鉀、溴酸鉀、溴化鉀、淀粉、硫酸、硫代硫酸鈉、氫氧化鈉、碳酸鈉、碘化鉀、氯化銨、氨水、三氯甲烷、甲醇(色譜純)和苯系物標(biāo)準(zhǔn)儲備液(國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心，ρ=148μg/mL)。

儀器： UV1800型分光光度計；Agilent Technologies 7890A/5975C氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀；Tekmar-9800吹掃捕集儀；Tenax/Silica Gel/Charcoal #3捕集阱；10、50、100μL的微量注射器；40mL吹掃捕集進(jìn)樣瓶。

1.2試驗條件

1.2.1吹掃捕集參考條件

吹掃流速： 40mL/min；吹掃時間： 11min；吹掃溫度： 30℃；干吹掃時間： 1.0min；干吹掃流速： 200mL/min；干吹掃溫度： 40℃；解吸附溫度： 250℃；解吸附流速： 300mL/min；解吸附時間： 2min；烘烤溫度： 270℃；烘烤時間： 5min；傳輸線溫度： 150℃。

1.2.2氣相色譜參考條件

進(jìn)樣口溫度： 250℃；進(jìn)樣方式： 分流進(jìn)樣(分流比20∶1)；程序升溫： 35℃保持3min，以8℃/min升溫至150℃，保持3min，再以30℃/min升溫至240℃；載氣： 氦氣；流量： 1.0mL/min。

1.2.3質(zhì)譜參考條件

離子源： EI 源；離子源溫度： 230℃；離子化能量： 70 eV；掃描方式： 全掃描或選擇離子掃描(SIM)。掃描范圍： m/z 35～290 amu；接口溫度： 280℃。

2結(jié)果與討論

2.1標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

苯酚標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制： 取蒸餾后的純清水樣250mL于500mL分液漏斗中，另取1.00μg/mL酚標(biāo)準(zhǔn)使用溶液0.50、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00和10.00mL分別置于預(yù)先盛有100mL純水的500mL分液漏斗中，最后補(bǔ)加純水至250mL。向各分液漏斗內(nèi)加入2mL氨水-氯化銨緩沖液(pH為9.8)，混勻。再加入1.5mL 4-氨基安替比林溶液(20g/L)，混勻。最后加入1.5mL鐵氰化鉀溶液(80g/L)，充分混勻，靜置10min。加入10.0mL氯仿，振搖2min，靜置分層。在分液漏斗頸部塞入濾紙卷將氯仿萃取溶液緩緩放入干燥比色管中。用2cm比色皿，以氯仿為參比，于460nm處，用分光光度計測定吸光度，記錄數(shù)據(jù)。經(jīng)空白校正后繪制吸光度—苯酚濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖1所示。由做出的標(biāo)準(zhǔn)曲線得線性回歸方程。y=10.458x+0.0005，R2=0.9993，空白吸光度0.060。

圖1　苯酚標(biāo)準(zhǔn)曲線 Fig.1　Standard Curve of Phenol

苯系物標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制： 用微量注射器準(zhǔn)確吸取1.0、2.0、5.0、10.0、15.0、20.0μL苯系物標(biāo)準(zhǔn)溶液于 100mL的容量瓶中，定容至刻度，配成濃度為1.48、2.96、7.40、14.8、22.2、29.6μg/L 標(biāo)準(zhǔn)系列。從低濃度到高濃度依次測定，記錄標(biāo)準(zhǔn)系列目標(biāo)化合物保留時間、定量離子、回歸方程，數(shù)據(jù)如表1所示。樣品總離子圖如圖2所示。

圖2　苯系物標(biāo)準(zhǔn)的總離子圖 Fig.2　Standard Total Ion Chromatogram of Benzene Series

組分回歸方程相關(guān)系數(shù)R2定量離子保留時間苯y(tǒng)=30360x+286900.999678、773.467甲苯y(tǒng)=31700x+535000.999691、925.422乙苯y(tǒng)=47100x+226700.999791、1067.394間,對二甲苯y(tǒng)=41820x-319200.998391、1067.574苯乙烯y=21430x-338700.9980104、788.022鄰二甲苯y(tǒng)=46160x-438400.998691、1068.034

2.2吸附試驗

分別選擇純水及不同水質(zhì)狀況的錢塘江蕭山江段原水做加標(biāo)模擬試驗，以了解在不同水樣條件下，凈水工藝對苯酚和苯系物的去除效果，以期達(dá)到指導(dǎo)凈水生產(chǎn)工藝的作用。

第一組試驗： 純水條件下粉末活性炭對苯酚吸附速率測試，結(jié)果如表2所示。

表2　時間對活性炭去除苯酚的影響

由表2可知當(dāng)粉末活性炭投加量為20kg/kt，吸附時間大于1.5h時，單獨投加活性炭對苯酚的去除能力可以達(dá)到60%左右。一般達(dá)到30%去除率，可認(rèn)為工藝具有可行性。

第二組試驗： 純水條件下不同工藝組合對苯酚的去除效果的測試，結(jié)果如表3所示。

由表3可知當(dāng)純水中苯酚加標(biāo)為19.3μg/L時，2#、3#、4#的結(jié)果表明單獨投加方式中，活性炭對苯酚的去除效果較好，苯酚去除率大于60%；1#～6#的結(jié)果表明高錳酸鉀溶液(或高錳酸鉀復(fù)合鹽)與活性炭混合投加方式對苯酚的去除效果最好，去除率可達(dá)95%，所以在生產(chǎn)上采用組合工藝是去除苯酚污染的最佳方案。

第三組試驗： 原水1苯酚吸附的試驗，原水1水質(zhì)如表4所示。

表3　不同工藝對活性炭去除苯酚的影響

表4　原水1水質(zhì)

試驗中高錳酸鉀溶液為0.50kg/kt，聚合氯化鋁溶液(PAC)為25kg/kt，苯酚初始濃度為2μg/L，加標(biāo)量為20.2μg/L，活性炭投加量分別為0、10、20、30、50、100kg/kt，活性炭投加量對苯酚去除效果如圖3所示。

由圖3可知隨著活性炭投加量的增加，苯酚的去除率逐漸增大。若使用高錳酸鉀溶液與活性炭聯(lián)用，完全去除水中苯酚需投加活性炭100kg/kt以上，但目前我司水廠生產(chǎn)上最大投加量約30kg/kt，按照現(xiàn)有工藝中高錳酸鉀0.5kg/kt與活性炭20kg/kt聯(lián)用，苯酚的去除率為40%～50%，要達(dá)到出廠水國家標(biāo)準(zhǔn)的要求(苯酚含量不大于2μg/L)，則原水中苯酚最大理論值為4μg/L。

第四組試驗： 原水2苯酚、耗氧量吸附的試驗，原水2水質(zhì)如表5所示。

圖3　活性炭投加量對苯酚吸附效果的影響 Fig.3　Effect of Dosage of Activated Carbon on Absorption of Phenol

名 稱水溫/℃氨氮/(mg·L-1)亞硝酸鹽氮/(mg·L-1)Cl-/(mg·L-1)CODMn/(mg·L-1)三江口原水2260.400.030313.92

表6　原水3水質(zhì)

試驗中高錳酸鉀溶液為0.50kg/kt，PAC為25kg/kt，原水中苯酚初始濃度為5μg/L，加標(biāo)量為5.8μg/L，粉末活性炭投加量分別為20kg/kt(平行1)、30kg/kt(平行2)，平行測定結(jié)果如圖4所示。

圖4　平行試驗中活性炭去除原水中苯酚的去除率 Fig.4　Removal Efficiency of Phenol by Activated Carbon in Parallel Tests

由圖4可知： (1) 水樣使用高錳酸鉀溶液與活性炭聯(lián)用，去除水樣中10.8μg/L苯酚，需要投加30kg/kt活性炭才能達(dá)到出廠水合格要求；(2) 隨著活性炭投加量的增加耗氧量去除率沒有明顯差別，去除率為36.7%～42.9%；(3) 兩組試驗苯酚去除率的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為1.02%、1.89%，表明此試驗具有較好的精密度。

第五組試驗： 原水3苯系物吸附的試驗，原水3水質(zhì)如表6所示。

試驗中先加高錳酸鉀溶液0.50kg/kt，PAC投加量30kg/kt，三江口原水3中苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯初始濃度分別為0.2、0.1、0.2、0.6、0.5μg/L，加標(biāo)量均為30μg/L?；钚蕴客都恿糠謩e為5、10、20、30、50kg/kt，活性炭投加量對苯系物去除效果如圖5所示。

圖5　活性炭投加量對苯系物去除效果的影響 Fig.5　Effect of Dosage of Activated Carbon on Removal of Benzene Series

由圖5可知： (1) 隨著粉末活性炭投加量的增加，苯系物的去除率不斷增大，當(dāng)活性炭投加量為20kg/kt時,苯系物去除率為50%～80%；(2) 試驗數(shù)據(jù)表明苯的最大去除率為66.7%，生活飲用水國標(biāo)限值為10μg/L，所以原水中苯的最大理論值為30.03μg/L，采用0.5kg/kt高錳酸鉀溶液，活性炭投加量20kg/kt的方式可滿足出廠水合格要求；(3) 試驗發(fā)現(xiàn)隨著粉末活性炭的增加，濁度有所增加，這可能是由于粉炭顆粒懸浮在水中，使水的濁度升高，因此活性炭投加量不宜過大。

3結(jié)論

(1) 當(dāng)粉末活性炭投加20kg/kt，吸附時間大于1.5h時，苯酚的去除率達(dá)到60%左右。各工藝對苯酚的去除效果為粉末活性炭+ KMnO4溶液(KMnO4復(fù)合鹽)>粉末活性炭>KMnO4復(fù)合鹽>KMnO4溶液。

(2) 活性炭投加量為20kg/kt，

出廠水濁度、耗氧量均符合出廠水要求，對苯酚的去除率為40%～50%，對苯系物的去除率為50%～80%。

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