活性炭吸附2-MIB和GSM关键指标的识别及其强化研究

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由水体中产嗅藻过度繁殖导致的2-甲基异莰醇(2-MIB)和土臭素(GSM)爆发事件给T市某水库水源供水造成了较大的困扰。粉末活性炭(PAC)吸附除嗅具有技术成熟、效果显著、投加方便和性价比高等优点,因此被自来水厂广泛用于应对季节性水源嗅味事件。但影响PAC对两种嗅味吸附性能的指标较多,目前也尚未明确具体的吸附机理和影响吸附效果的主要性能指标,这给水厂选购PAC和确定PAC投加量造成了一定的困扰。本文通过吸附实验和相关性分析确定了影响PAC吸附2-MIB和GSM的主要性能指标,对吸附过程进行了讨论,并据此针对性的对PAC进行了改性处理,提高了PAC在原水中对这两种嗅味的吸附性能。主要研究内容和结论如下:(1)确定了影响吸附水中2-MIB和GSM效果的PAC主要性能指标和水质条件。结果表明:影响2-MIB和GSM吸附量的主要性能指标是PAC特定孔径区间的比表面积,其中2-MIB和GSM的吸附量分别与1.0-1.2 nm、0.64-1.0 nm孔径区间的比表面积显著相关(R~2分别为0.952和0.963);活性炭碘值与2-MIB吸附量及1.0-1.2 nm孔径区间的比表面积均具有良好的一致性,可以作为PAC吸附2-MIB性能的参考指标;PAC对这两种嗅味的去除机理可能是嗅味分子在特定孔径范围内发生的孔吸附;p H和温度变化对PAC吸附这两种嗅味物质的影响有限;溶解性有机碳(DOC)的竞争吸附对PAC去除两种嗅味有明显的抑制作用,DOC是影响吸附效果的主要水质因素;GSM更容易被PAC吸附去除,当需要同时去除两种嗅味时,可以优先考虑去除2-MIB。(2)筛选出了增大2-MIB和GSM吸附量的最佳改性方案,并优化了改性条件。结果表明:氢氧化钾联合高温再活化能有效地提高PAC的微孔比表面积;最佳的改性条件为碱炭物料比2:1,活化温度800℃,活化时间0.5小时;改性后的PAC中0.64-1.0 nm微孔比表面积增加了20.1%,1.0-1.2 nm微孔比表面积增加了49.6%,原水条件下改性后的PAC对2-MIB的吸附量增加了46%。(3)对T市某水库一年内的2-MIB和GSM浓度变化规律进行了分析,并探讨了改性PAC在实际水体中的应用前景。结果表明:该水库中的嗅味以2-MIB为主,两种嗅味的变化规律基本一致,浓度峰值均出现在夏冬两季,其中2-MIB冬季峰值为295 ng/L,夏季峰值为323 ng/L,均处于较高水平;在2-MIB初始浓度为400 ng/L的原水吸附实验中,改性得到的活性炭对2-MIB的吸附性能有了明显的提升,改性活性炭具有一定的应用前景。
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