【摘 要】
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活性炭滤池是一种常见的深度处理工艺单元,其吸附容量有限和相转移后污染物未得到有效去除是活性炭滤池应用的限制因素,主流工艺采用臭氧接触池与生物活性炭滤池联用,但在寒冷地区微生物无法大量繁殖,活性炭再生和更换成本昂贵,若将二者耦合为高级氧化工艺,可以有效再生活性炭。吸附与再生两个步骤的间歇式原位再生工艺,既可以节能降耗、减少电能和臭氧的消耗,也可以避免溴酸盐的生成,这与双碳的大背景相应。本研究购置了8
【基金项目】
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国家重点研发计划课题（2019YFD1100104）“村镇饮用水品质提升关键技术与装备”；
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活性炭滤池是一种常见的深度处理工艺单元,其吸附容量有限和相转移后污染物未得到有效去除是活性炭滤池应用的限制因素,主流工艺采用臭氧接触池与生物活性炭滤池联用,但在寒冷地区微生物无法大量繁殖,活性炭再生和更换成本昂贵,若将二者耦合为高级氧化工艺,可以有效再生活性炭。吸附与再生两个步骤的间歇式原位再生工艺,既可以节能降耗、减少电能和臭氧的消耗,也可以避免溴酸盐的生成,这与双碳的大背景相应。本研究购置了8种适用于饮用水深度处理的活性炭（AC）,根据碘值和亚甲基蓝值、实际的吸附效果、孔隙特征、填充密度、耐臭氧的相关性能,优选出了5号煤质颗粒AC,在0.5 g/L的AC投量、阿特拉津（ATZ）初始浓度30 mg/L条件下,其吸附动力学符合准一级动力学模型,经范特霍夫方程计算反应为吸热反应,浓度高时内扩散为限速步骤,浓度低时液膜扩散为限速步骤。吸附等温线Freundlich拟合R~2值大于0.99,吸附等温拟合线为L型,是典型的芳香类或三嗪类物质与苯环的吸附,AC对ATZ为非均质表面的可逆吸附,DR模型和Arrhenius方程所计算出E值为物理吸附,但数值比氢键或范德华力更大,说明苯环与阿特拉津的吸附作用主要为π-π电子供体受体相互作用。通过对比臭氧微纳气泡和大气泡直通再生后再吸附的效能及甲醇浸出的阿特拉津浓度对比,1 L臭氧浓度为8 mg/L的微纳气泡水再生效果与臭氧气体大气泡通入1 h效果相当,2 L臭氧浓度为10 mg/L的微纳气泡水再生效果与臭氧气体通入2 h效果相当。水温低于10℃时,持续通入臭氧大气泡再生活性炭的能耗是间歇臭氧直通再生的16倍,是间歇微纳气泡水再生的1.9倍。羧酸、酚羟基和吡啶基团的减少说明其参与催化臭氧,间歇式的吸附拉近了自由基与阿特拉津的距离,让再生过程能够更有效的降解阿特拉津;BET测试表明AC孔隙特征变化不大,强度也基本不变,证明了臭氧与活性炭耦合工艺对吸附饱和活性炭的再生效果,也验证了该工艺对AC再生的可持续性。自然水体中农药和内分泌干扰物以纳克升至微克升的含量存在,本研究将其浓度扩达一百倍,在初始浓度为100μg/L、高锰酸盐指数为1.2～1.3 mg/L的情况下,微纳气泡水和加曝气板的臭氧大气泡直通再生30 min足以恢复孔隙特征,维持再生循环5次后出水阿特拉津浓度依然保持2μg/L以下,吸附1～2d再生一次的周期更适用于臭氧间歇式原位再生活性炭滤柱的体系。
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