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面对日益严重的饮用水水源污染状况和事故威胁以及及日益严格的饮用水水质标准,研究开发经济、高效、方便的饮用水强化除污染技术尤为重要。本文针对松花江水污染事件导致的饮用水处理这一热点问题,综合利用多种处理手段,对应急去除地下水中硝基苯的效能和机制进行了一系列研究。 虽然现状地下水水质调查表明,松花江吉林省段沿岸地下水硝基苯检出值低于集中饮用水水源标准。但硝基苯检出的事实以及硝基苯持续污染的潜在威胁,必须对以地下水为原水的分散式处理技术给予高度重视。研究内容为保障松花江沿岸村镇分散式用水可能受到的威胁提供了技术支持和理论指导,为发展完善分散式供水安全保障技术,为今后类似水污染事件的应急水处理提供了必要的技术储备和参考借鉴。 研究发现,炭化稻壳(RHA)能够有效地吸附去除地下水中的硝基苯。炭化稻壳对硝基苯的吸附平衡时间为30min,修正的Freundlich方程对吸附等温数据线性拟合效果最佳;当炭化稻壳投量为1g/L、硝基苯的平衡浓度为5μg/L时,其吸附能力大小依次为:RHA700(197.73μg/g)>RHA600(185.08μg/g)>RHA500(136.67μg/g)>RHA000(113.50μg/g)>RHA400(105.86μg/g)>RHA300(44.50μg/g)>RHA200(32.53μg/g);苯胺共存没有降低炭化稻壳对硝基苯的吸附效果,炭化稻壳对二者均有很好的吸附能力;利用修正的Freundlich吸附等温式和IAST理论模型能够很好地拟合炭化稻壳对劣质地下水和含腐殖酸水样中硝基苯的吸附;以剩余浓度5μg/L为出水标准,计算了RHA700和RHA000的理论投加量和建议投量。炭化稻壳中的炭和SiO2都具有很好的吸附性能,炭化稻壳吸附硝基苯的形式主要是氢键结合。 研究表明,加热共沸具有明显的硝基苯去除效果,加热共沸3min硝基苯的平均去除率分别为73.5%~84.0%;硝基苯的剩余浓度随着加热共沸时间的延长而降低,以加热共沸10min为限,硝基苯去除率均在90%以上;总的来看,加热共沸去除硝基苯基本符合一级反应动力学模型;加热共沸去除硝基苯的原理符合两种液体的相互溶解度极小的共沸物相平衡理论。 不同种类活性炭对硝基苯吸附速率差异较大,吸附平衡时间为30~60min,硝基苯在PAC上的吸附符合一级反应动力学模型;修正的Freundlich方程拟合PAC对硝基苯的吸附等温线效果最佳,其次为Freundlich方程;无论是低浓度的硝基苯还是较高浓度的硝基苯,3#炭具有最高的动态吸附容量;由于沿江分散式供水对处理时间的要求不是很高,因此3#炭是最优炭种;硝基苯与苯胺共存的体系中,PAC对硝基苯的吸附能力大于对苯胺的吸附能力,苯胺对硝基苯的吸附量没有影响,而硝基苯却降低了苯胺的吸附量;灰色关联分析表明,Fe2+有阻碍PAC吸附硝基苯的作用,Ca2+有助于PAC对苯胺的吸附。 以炉灰渣为廉价吸附剂的研究表明,炉灰对地下水中硝基苯的吸附符合二级动力学模型,炉灰和1.25mm炉渣对硝基苯的吸附符合Freundlich吸附等温方程;炉灰渣在水中能够溶出重金属,实际应用中必须引起足够的重视;扫描电镜发现大部分炉灰和炉渣表面比较粗糙,内部具有较丰富的孔隙结构;炉灰渣吸附硝基苯主要是以氢键形式与硝基苯结合。 提出了适合村镇分散应急供水的安全保障技术集成,即以炭化稻壳吸附为主,协同强化混凝沉淀和加热共沸的组合工艺;组合工艺的实际应用表明,此组合技术能够有效地去除地下水中的硝基苯,能够保障村镇应急供水的安全性,同时也发现该组合工艺具有较好的广谱适应性;炭化稻壳吸附是组合工艺去除水中硝基苯的关键环节,实际应用中应尽量使硝基苯在此环节被去除。Ames试验和抗氧化性试验结果说明,炭化稻壳吸附协同强化混凝沉淀和加热共沸的组合工艺,特别是炭化稻壳的引入对于饮用水是安全可靠的。 提出了不同硝基苯含量条件下的分散处理技术选择方案,并对技术成本进行了分析。炭化稻壳吸附+强化混凝+加热共沸的技术方案在硝基苯含量85μg/L时的处理成本是0.896元/m3(未计加热共沸成本),PAC吸附+强化混凝+加热共沸的技术方案在硝基苯含量340μg/L时的处理成本是0.321元/m3(未计加热共沸成本),这样的处理成本是完全可以接受的。 高温300℃煅烧1h能够安全处置使用后的PAC、炭化稻壳和炉灰渣。