活性炭吸附低進(jìn)水濃度下的cVOC

　　目前還有很多人從地下水來(lái)獲得飲用水，為了測(cè)試地下水的安全性，我們從上千口井中抽取的地下水樣本中。發(fā)現(xiàn)有超過(guò)19%的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)的濃度為0.2μg/L或更高，并且在這19%中還有3%的cVOC(含氯揮發(fā)性有機(jī)化合物)。為了保護(hù)飲用水的安全活性炭吸附是去除多種有機(jī)化合物的可行水處理技術(shù)，也是目前cVOC的合適去除技術(shù)，但二氯甲烷和氯乙烯除外。由于高濃度下去除效果比較好，所以我們這次的目標(biāo)是評(píng)估活性炭在亞微克每升范圍內(nèi)的較低濃度下去除一組cVOC的效果。

　　活性炭和水樣品cVOC的準(zhǔn)備

　　活性炭是由煤經(jīng)過(guò)多種工藝制成的是一種典型用于VOC吸附的吸附劑。水樣分別使用了13種化合物分別是氯乙烯，二氯甲烷，1122-四氯乙烷，11-二氯乙烷，12-二氯乙烷，12-二氯丙烷，四氯化碳，13-丁二烯，1112-四氯乙烷，123-三氯丙烷，苯，三氯乙烯和四氯乙烯。在所有實(shí)驗(yàn)中均對(duì)化合物進(jìn)行了單獨(dú)研究。規(guī)定的最大污染物水平，分析檢出限，F(xiàn)reundlich參數(shù)，最小平衡濃度，以及進(jìn)水cVOC濃度為預(yù)期的平衡固相負(fù)荷。

　　位移解吸

　　cVOC與其他吸附物(例如背景基質(zhì)中的溶解有機(jī)物)之間競(jìng)爭(zhēng)的一項(xiàng)指標(biāo)是觀察到活性炭吸附器的流出物濃度超過(guò)了流入物濃度。當(dāng)將競(jìng)爭(zhēng)性吸附物(溶解有機(jī)物或另一種目標(biāo)有機(jī)物)引入吸附器時(shí)，會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象，稱為位移。較弱的吸附化合物將比較強(qiáng)吸附的化合物更快地通過(guò)吸附器。當(dāng)較強(qiáng)的化合物進(jìn)一步到達(dá)活性炭床中時(shí)，它將與(先前吸附的)較弱的化合物競(jìng)爭(zhēng)一個(gè)吸附位點(diǎn)，并可能取代較弱的化合物。這會(huì)導(dǎo)致流出液中既包含進(jìn)水中的污染物質(zhì)量又包含被置換的污染物的質(zhì)量，并導(dǎo)致歸一化的廢水濃度(C/C0)大于1.0。

　　大位移解吸的一個(gè)例子可見(jiàn)于圖1用于123-三氯丙烷。空床接觸時(shí)間(EBCT)7.5分鐘色譜柱產(chǎn)生一個(gè)大的C/C0峰，流出物濃度為13μg/L，幾乎是進(jìn)樣濃度的兩倍，這是由于位移脫附所致。15分鐘的EBCT色譜柱在100%穿透后不久即中斷，因此未獲得峰置換濃度。雖然溶解有機(jī)物突破，由TOC測(cè)量，在大約65000個(gè)床體積達(dá)到75%時(shí)，可能仍然被去除溶解有機(jī)物的一個(gè)小孔吸附級(jí)分。在活性炭吸附過(guò)程中吸附良好的溶解有機(jī)物組分與吸附的VOC競(jìng)爭(zhēng)，并引起位移。即使此吸附良好的溶解有機(jī)物分?jǐn)?shù)僅為進(jìn)水TOC的5%，其濃度仍為50μg/L，是VOC濃度的10倍。

　　圖1：含氯揮發(fā)性有機(jī)化合物(活性炭的穿透曲線=7.3微克/升)。

　　活性炭的結(jié)垢

　　空床接觸時(shí)間對(duì)突破的影響說(shuō)明如下：圖2用于123-三氯丙烷。盡管7.5分鐘和15分鐘EBCT的123-三氯丙烷突破的開(kāi)始是相似的，但在100,000床體積之后，與7.5分鐘EBCT相比，15分鐘EBCT的突破更早。更長(zhǎng)的EBCT容量降低可能是活性炭結(jié)垢的結(jié)果，這是由于更強(qiáng)的吸附力和不可置換的DOM到達(dá)吸附床的更深處，并超過(guò)了目標(biāo)有機(jī)物的吸附位點(diǎn)和/或覆蓋了活性炭顆粒的孔而導(dǎo)致的。時(shí)間并防止進(jìn)一步的目標(biāo)有機(jī)物吸附。通過(guò)比較相似突破點(diǎn)的吞吐能力差異，說(shuō)明了EBCT對(duì)其他cVOC的活性炭性能的影響，其中負(fù)值表示在15分鐘EBCT時(shí)容量更大，正值表示在7.5分鐘EBCT時(shí)容量更大(或在15分鐘EBCT時(shí)容量較小)。床體積數(shù)量達(dá)到突破的10%，50%或75%的平均容量差異(不包括VC，因?yàn)槲丛u(píng)估15分鐘EBCT)分別為-0.1%，9%和13%，表明在運(yùn)行時(shí)容量沒(méi)有損失。15分鐘的EBCT突破了10%，突破了適度的容量，因?yàn)楦�長(zhǎng)的EBCT結(jié)垢了，因此突破了50%和75%。

　　取決于被處理水的背景基質(zhì)中有機(jī)物的性質(zhì)，增加的EBCT可能會(huì)由于共同加載或預(yù)加載條件和DOM結(jié)垢而或多或少地吸附目標(biāo)有機(jī)物。EBCT對(duì)柱耗竭程度的影響以及VOC對(duì)活性炭的親和力(以床體積測(cè)量的通量)均顯示在圖4。在圖中，從負(fù)百分比差異變?yōu)檎�百分比差異說(shuō)明了15分鐘的EBCT因結(jié)垢而無(wú)效的時(shí)間。虛線表示TOC突破50%的平均床層體積(n=20);23,000個(gè)床位。在與TOC突破相似的通量值下，在15分鐘EBCT中一些BV10值為負(fù)且更有利，但是在7.5分鐘EBCT中它們相應(yīng)的BV50和BV75值為正且更有利，表明該色譜柱有些結(jié)垢體力消耗百分比增加。

　　圖2：空床接觸時(shí)間對(duì)吞吐率的影響達(dá)到10%，50%和75%的突破。

　　活性炭吸附低進(jìn)水濃度下的cVOC評(píng)估了13種揮發(fā)性有機(jī)化合物在低μg/L進(jìn)料濃度下的活性炭性能，目標(biāo)地下水濃度為0.5μg/L。在另外兩個(gè)地下水中也評(píng)估了一種化合物1,2DCA。VC和DCM很快就取得了突破，這表明活性炭并不是可行的技術(shù)。對(duì)于其余的揮發(fā)性有機(jī)化合物，RSSCT的突破時(shí)間范圍很廣，在RSSCT中成功研究的所有VOC化合物(包括VC和DCM)均導(dǎo)致位移解吸，出水濃度超過(guò)進(jìn)水濃度。這歸因于地下水中DOM的強(qiáng)吸附性，因?yàn)樗�有運(yùn)行都是在摻入地下水的單一VOC的條件下進(jìn)行的。已發(fā)現(xiàn)背景DOM結(jié)垢效應(yīng)的證據(jù)，導(dǎo)致通量適度下降，當(dāng)EBCT從7.5分鐘增加到15分鐘時(shí)，通量平均下降9%到13%到50%和突破75%。對(duì)于成功評(píng)估的7種VOC，活性炭吸附將是一項(xiàng)可行的技術(shù)。

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