活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭吸附低進水濃度下的cVOC

　　目前還有很多人從地下水來獲得飲用水，為了測試地下水的安全性，我們從上千口井中抽取的地下水樣本中。發現有超過19%的揮發性有機化合物(VOC)的濃度為0.2μg/L或更高，并且在這19%中還有3%的cVOC(含氯揮發性有機化合物)。為了保護飲用水的安全活性炭吸附是去除多種有機化合物的可行水處理技術，也是目前cVOC的合適去除技術，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是評估活性炭在亞微克每升范圍內的較低濃度下去除一組cVOC的效果。

　　活性炭和水樣品cVOC的準備

　　活性炭是由煤經過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。在所有實驗中均對化合物進行了單獨研究。規定的最大污染物水平，分析檢出限，Freundlich參數，最小平衡濃度，以及進水cVOC濃度為預期的平衡固相負荷。

　　位移解吸

　　cVOC與其他吸附物(例如背景基質中的溶解有機物)之間競爭的一項指標是觀察到活性炭吸附器的流出物濃度超過了流入物濃度。當將競爭性吸附物(溶解有機物或另一種目標有機物)引入吸附器時，會發生這種現象，稱為位移。較弱的吸附化合物將比較強吸附的化合物更快地通過吸附器。當較強的化合物進一步到達活性炭床中時，它將與(先前吸附的)較弱的化合物競爭一個吸附位點，并可能取代較弱的化合物。這會導致流出液中既包含進水中的污染物質量又包含被置換的污染物的質量，并導致歸一化的廢水濃度(C/C0)大于1.0。

　　大位移解吸的一個例子可見于圖1用于123-三氯丙烷。空床接觸時間(EBCT)7.5分鐘色譜柱產生一個大的C/C0峰，流出物濃度為13μg/L，幾乎是進樣濃度的兩倍，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。雖然溶解有機物突破，由TOC測量，在大約65000個床體積達到75%時，可能仍然被去除溶解有機物的一個小孔吸附級分。在活性炭吸附過程中吸附良好的溶解有機物組分與吸附的VOC競爭，并引起位移。即使此吸附良好的溶解有機物分數僅為進水TOC的5%，其濃度仍為50μg/L，是VOC濃度的10倍。

　　圖1：含氯揮發性有機化合物(活性炭的穿透曲線=7.3微克/升)。

　　活性炭的結垢

　　空床接觸時間對突破的影響說明如下：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。更長的EBCT容量降低可能是活性炭結垢的結果，這是由于更強的吸附力和不可置換的DOM到達吸附床的更深處，并超過了目標有機物的吸附位點和/或覆蓋了活性炭顆粒的孔而導致的。時間并防止進一步的目標有機物吸附。通過比較相似突破點的吞吐能力差異，說明了EBCT對其他cVOC的活性炭性能的影響，其中負值表示在15分鐘EBCT時容量更大，正值表示在7.5分鐘EBCT時容量更大(或在15分鐘EBCT時容量較小)。床體積數量達到突破的10%，50%或75%的平均容量差異(不包括VC，因為未評估15分鐘EBCT)分別為-0.1%，9%和13%，表明在運行時容量沒有損失。15分鐘的EBCT突破了10%，突破了適度的容量，因為更長的EBCT結垢了，因此突破了50%和75%。

　　取決于被處理水的背景基質中有機物的性質，增加的EBCT可能會由于共同加載或預加載條件和DOM結垢而或多或少地吸附目標有機物。EBCT對柱耗竭程度的影響以及VOC對活性炭的親和力(以床體積測量的通量)均顯示在圖4。在圖中，從負百分比差異變為正百分比差異說明了15分鐘的EBCT因結垢而無效的時間。虛線表示TOC突破50%的平均床層體積(n=20);23,000個床位。在與TOC突破相似的通量值下，在15分鐘EBCT中一些BV10值為負且更有利，但是在7.5分鐘EBCT中它們相應的BV50和BV75值為正且更有利，表明該色譜柱有些結垢體力消耗百分比增加。

　　圖2：空床接觸時間對吞吐率的影響達到10%，50%和75%的突破。

　　活性炭吸附低進水濃度下的cVOC評估了13種揮發性有機化合物在低μg/L進料濃度下的活性炭性能，目標地下水濃度為0.5μg/L。在另外兩個地下水中也評估了一種化合物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。對于其余的揮發性有機化合物，RSSCT的突破時間范圍很廣，在RSSCT中成功研究的所有VOC化合物(包括VC和DCM)均導致位移解吸，出水濃度超過進水濃度。這歸因于地下水中DOM的強吸附性，因為所有運行都是在摻入地下水的單一VOC的條件下進行的。已發現背景DOM結垢效應的證據，導致通量適度下降，當EBCT從7.5分鐘增加到15分鐘時，通量平均下降9%到13%到50%和突破75%。對于成功評估的7種VOC，活性炭吸附將是一項可行的技術。

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