粉末活性炭对水中PCBs的吸附性能及主要影响因素研究

论文摘要

随着工业的发展,我国大部分工业区的饮用水源遭受了有机微污染,尤其是持久性有机物的污染,给流域内的环境、人民健康及经济的可持续发展带来威胁。多氯联苯（PCBs）是一类具有代表性的持久性有机污染物（POPs）,调查研究表明,由于多氯联苯曾广泛的应用于多种工业等领域,致使这类物质在局部地区广泛存在并残留于水环境中,威胁着人类健康。基于多氯联苯的污染现状,我国《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）明确提出了多氯联苯总量的水质指标（0.5μg/L）。目前我国大部分水厂采用混凝-沉淀-过滤-消毒的传统工艺,在特定的多氯联苯浓度下,常规工艺对多氯联苯的处理效果难以达标。本文围绕粉末炭吸附去除天然水中微量多氯联苯的主线,依次考察了PAC表面物理化学性质,研究在配水条件下PAC吸附多氯联苯的动力学及吸附等温线,并对比了PAC对配水和天然水中的多氯联苯吸附效能,考察了NOM对多氯联苯溶解及吸附去除两方面的影响,并研究了pH、温度和离子强度等环境因素对PAC吸附多氯联苯效能的影响。研究结果表明:以PCB52和PCB153为例,当HA浓度为4.59mg/L时,它们的表观溶解度为31.59μg/L和3.06μg/L,较纯水中的28.51μg/L和0.91μg/L分别增加了10%和236%;实验所采用的A、B、C、D四种粉末炭中,A炭所含表面官能团最丰富,其羧基、碱性基团、内酯基和酚羟基含量分别为4.75 mmol/g、5.25 mmol/g、5.3 mmol/g和0.01 mmol/g;等电位点分别为7.94、9.48、9.84、9.66,比表面积分别为1470 m2/g、592m2/g、956 m2/g和431 m2/g,A炭微孔比表面积最大,四种PAC在10μm以下的颗粒占总量的绝大部分。四种PAC可以快速吸附水中的多氯联苯,当PCB153初始浓度为3μg/L时,仅需5min,A炭、D炭即可实现对PCB153的吸附量分别可达平衡时的56%和82%,30min时达90%和97%以上,2h后吸附趋于平衡;假二级动力学模型比假一级和假三级动力学模型更好地描述2h内PAC对多氯联苯的吸附动力学,与Langmuir吸附等温式相比,Freundlich吸附等温式对吸附等温实验数据的拟合效果更好;水环境的pH接近PAC等电位点时,其对多氯联苯的吸附量较高;PAC对多氯联苯吸附是吸热过程,高温有利于PAC吸附多氯联苯;高离子强度时,PAC对多氯联苯的吸附量减少;水中的NOM会降低PAC对多氯联苯的吸附速率及吸附量;在松花江原水中PAC对多氯联苯的吸附依然有很高的效率,原水的pH、NOM、离子强度和颗粒物含量均对PAC的吸附效能产生影响,通过原水中的实验,确定了处理水中不同浓度的多氯联苯所需的PAC投量。在常规工艺处理不达标时,向原水中投加PAC可有效去除多氯联苯。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 PCBS基本性质及其在水环境中的污染现状
• 1.1.1 PCBs的基本性质
• 1.1.2 PCBs在水环境中的污染现状及生物体中的含量
• 1.2 PCBs的来源及在天然水中的存在形态
• 1.2.1 水环境中PCBs的主要来源
• 1.2.2 水环境中PCBs的存在形态
• 1.3 常规净水工艺去除PCBS的局限性
• 1.4 粉末炭去除水中微量PCBS的可行性分析
• 1.5 技术路线及研究内容
• 1.5.1 技术路线
• 1.5.2 研究内容
• 第2章 实验材料和方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 检测方法
• 2.2.1 PAC表征方法
• 2.2.2 水中PCBs检测方法
• 2.2.3 其它测试项目及分析方法
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 腐殖酸对水中PCBs的增溶实验
• 2.3.2 PAC吸附水中PCBs的小试实验方法
• 第3章 PAC对水中PCBS的吸附效能
• 3.1 PAC物理化学特征
• 3.1.1 表面官能团分析
• 3.1.2 表面zeta电位分析
• 3.1.3 比表面积和孔径分布
• 3.2 PAC对水中PCBS的吸附动力学
• 3.2.1 吸附动力学模型选择
• 3.2.2 吸附动力学拟合
• 3.3 PAC对水中PCBS的吸附等温线
• 3.3.1 吸附等温线模型的选择
• 3.3.2 吸附等温线拟合
• 3.4 PAC对水中PCBS与腐殖酸的同步去除
• 3.5 PAC对天然水中PCBS的吸附去除效能
• 3.5.1 PAC对天然原水中PCBs的吸附动力学
• 3.5.2 不同PAC投量对天然水体中PCBs的处理能力
• 3.6 本章小结
• 第4章 PAC吸附去除PCBS效能的影响因素
• 4.1 腐殖酸对PCBS的增溶作用
• 4.1.1 腐殖酸浓度变化对PCBs增溶效果的影响
• 4.1.2 氯代程度对PCBs增溶效果的影响
• 4.2 腐殖酸对PCBS在水中分配及萃取效果的影响
• 4.2.1 腐殖酸对PCBs在水中分配的影响
• 4.2.2 腐殖酸对PCBs萃取效率的影响
• 4.3 腐殖酸对PAC吸附PCBS效能的影响
• 4.3.1 HA对PCBs吸附动力学的影响
• 4.3.2 HA对PCBs吸附等温线的影响
• 4.4 PH对PCBS吸附效能的影响
• 4.5 温度对PCBS吸附效能的影响
• 4.6 离子强度对PCBS吸附效能的影响
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢