活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭去除飲用水中的痕量有機污染物

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

　　活性炭在自來水廠的應用

　　用于飲用水生產的活性炭已在工業規模上用于大部分自來水廠。活性炭除了去除非極性化學物質，氣味，異味和色素外，在消除痕量有機污染物也引起了關注。盡管吸附是一個眾所周知的過程，但要事先詳細預測單個污染物的突破行為，仍然是一項挑戰。實質上，這是由天然有機物的存在來解釋的，該天然有機物與痕量有機污染物作為背景物質競爭吸附位點，并改變了活性炭的表面特性。痕量有機污染物分為三類：多氟脂肪族化合物，農藥和代謝物，除揮發物外，還檢測了亞​​硝胺和氨基聚羧酸。因此，需要進一步的研究以獲得關于在水廠所采用的操作條件下不同痕量有機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：優先去除非極性/疏水性物質，痕量有機污染物和本底天然有機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。

　　測試中的工廠內結構

　　半技術試驗工廠安裝了電氣安裝，工廠控制和數據管理。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。充氣后的原水通過增壓泵2.1.1和2.1.2從儲水箱(3.1)連續泵出。將痕量有機污染物(3.2)注入標有2.2.1和2.2.2的泵的吸入側，以確保適當的沖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垢的附加預處理步驟的效果，在活性炭砂濾池的下游操作了紫外線裝置(1.1.1)。反滲透膜管線的進料通過兩個濾筒過濾器進行預處理，兩個濾筒過濾器依次安裝了80和5μm的標稱截止值。

　　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)，紅點代表采樣點。

　　使用活性炭去除飲用水中的痕量有機污染物受各種操作參數的影響，例如，比流量和空床接觸時間，這些參數受流速控制。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分。然后更新活性炭，并以較低的比重進行了另外兩個實驗。值得一提的是，在實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，這是活性炭的短運行時間。

　　通過活性炭工藝去除痕量有機污染物

　　在活性炭處理過程中痕量有機污染物的去除值，根據活性炭的比重增加對數據進行分類。通常，活性炭對大多數痕量有機污染物表現出顯著的去除性能，包括反滲透膜無法適當保留的物質，例如DCM，DCE，BTA和TCM。另一方面，活性炭無法如預期那樣去除鹽分，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，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，發現在特定負載下去除率從63%到97%發生了非系統性變化。使用純凈的活性炭，沿過濾器深度觀察到大多數痕量有機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污染物的去除，圖2中顯示了深度相關的濃度曲線。這種與時間有關的行為被認為是活性炭過濾處理的不利條件。可以通過串聯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的情況下，可能會釋放出弱吸收物質，從而導致飲用水被痕量有機污染物污染。我們還發現可以通過將反滲透膜滲透液和經過活性炭過濾處理的旁路混合以產生硬度可調且痕量有機污染物含量降低的飲用水來維持礦質，這些飲用水可以滿足常見的飲用水準則。因此，反滲透和活性炭可以協同提高痕量有機污染物的去除率，并可能改善飲用水。

　　經過我們長期的測試與研究發現根據特定的需求，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，一種方法的缺點會被另一種方法的優點部分抵消，例如，活性炭過濾子流對滲透液進行必要的鹽化，這會導致混合水具有中等硬度。當要同時降低痕量有機污染物和硬度時，這一點特別重要。如果您還有什么需要了解的，請立即咨詢我們，我們有自己的研發實驗室和科研人員可以給您提供技術支持。

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