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粉末活性炭吸附去除水源水突发乙苯污染的小试研究

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粉末活性炭吸附去除水源水突发乙苯污染的小试研究

A TEST STUDY FOR REMOVAL OFETHYLBENZENE POLLUTION IN RAW WATERBY POWDERED ACTIVATED CARBONABSORPTION

摘要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 水源突发乙苯污染的风险

1.1.1 突发水污染事故概述

1.1.2 乙苯概述

1.2 城市给水厂应对水源水突发乙苯污染分析

1.2.1 给水厂常规工艺应对乙苯突发污染的局限性

1.2.2 给水厂应对突发污染的处理方法

1.2.3 给水厂应对乙苯的应急方法选择

1.3 活性炭吸附理论

1.3.1 吸附概念

1.3.2 吸附机理

1.3.3 吸附的传质过程

1.3.4 吸附等温线

1.4 研究目的和意义

1.5 课题来源

1.6 技术路线和研究内容

1.6.1 技术路线

1.6.2 研究内容

第2章 实验材料和方法

2.1 实验设备及材料

2.1.1 实验设备

2.1.2 实验材料

2.2 乙苯的分析方法

2.2.1 样品预处理

2.2.2 色谱条件

2.2.3 工作曲线

2.3 粉末活性炭表征方法

2.3.1 比表面积和孔径分析

2.3.2 Boehm 滴定

2.3.3 红外光谱分析

2.3.4 表面Zeta 电位分析

2.3.5 颗粒计数分析

2.4 PAC 吸附水中乙苯试验方法

2.4.1 活性炭炭液分离方法

2.4.2 乙苯挥发实验

2.4.3 吸附动力学实验

2.4.4 吸附等温线实验

2.5 影响因素实验

2.5.1 pH 值影响实验

2.5.2 温度影响实验

2.5.3 离子强度影响实验

2.5.4 天然有机物影响实验

2.6 PAC 与混凝联用去除乙苯实验

2.6.1 混凝剂单独作用去除原水中乙苯实验

2.6.2 PAC 吸附与混凝沉淀联合去除原水中乙苯实验

2.6.3 最佳混凝剂投量优选实验

第3章 粉末活性炭的表征

3.1 两种PAC 的Boehm 滴定

3.2 两种PAC 的红外光谱分析

3.3 两种PAC 的表面Zeta 电位分析

3.4 两种PAC 的比表面积和孔径分布

3.5 两种PAC 在水中的颗粒粒径分布

3.6 本章小结

第4章 PAC 对乙苯的吸附性能研究

4.1 乙苯挥发性实验分析

4.2 两种PAC 对水中乙苯吸附动力学

4.3 两种PAC 对水中乙苯吸附等温线

4.4 本章小结

第5章 PAC 吸附乙苯的影响因素研究

5.1 pH 值

5.2 离子强度

5.3 温度

5.4 天然有机物(NOM)

5.5 本章小结

第6章 PAC 吸附与混凝沉淀联合去除原水中乙苯的效能研究

6.1 混凝沉淀单独作用对原水中乙苯的去除效能研究

6.2 联用技术中混凝剂去除乙苯的效能研究

6.3 PAC 吸附对原水乙苯的去除效能评估

6.4 最佳混凝剂及其投量的确定

6.4.1 聚铝最佳投量的确定

6.4.2 FeCl3 最佳投量的确定

6.5 本章小结

结论

参考文献

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢

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摘要

近年来,我国水源突发性污染事件尤其是有机污染事件频繁出现,对供水安全构成严重威胁,给环境、人民群众的生命健康和财产造成了严重的损害。乙苯是挥发性有机化合物(VOCs)的一种,人摄入后会导致呼吸系统紊乱,咽喉肿痛,眼睛有灼烧感,甚至对肝、肾、肺都有不同程度影响。其主要用途是在石油化学工业作为生产苯乙烯的中间体,广泛存在于涂料,农药等工厂排放污水中,是城市水源水突发水质污染的重要风险污染物质之一。
  目前应对水源水突发乙苯污染有效处理措施之一是向原水中投加粉末活性炭(PAC),本文采用煤质炭和木质炭两种 PAC对乙苯进行吸附研究,分析了PAC表面物理化学特征,研究了 PAC对水中乙苯的吸附动力学和吸附等温线,并采用了相应的模型对实验数据进行拟合,筛选出了合适的数学模型,同时考察了 pH、温度、离子强度以及 NOM对 PAC吸附水中乙苯的影响,并进行了PAC吸附与混凝沉淀联用对原水中乙苯去除的研究。结果表明两种 PAC表面官能团羧基、内酯基、酚羟基、碱性基团分别相差-6.83%、4.01%、3.01%和0%;等电荷点分别为8.02(木质)、8.22(煤质);比表面积分别为1125.23 m2/g(煤质)和1210.21m2/g(木质),木质炭微孔比表面积较大,两种PAC在水中的颗粒尺寸主要集中在10μm以下;两种PAC可以实现对水中乙苯的快速吸附,乙苯初始浓度为4.2mg/L的情况下5min对其的吸附量可达平衡时的90%(木质)和80%(煤质),30min达97%(木质)和94%(煤质)以上,2h后趋于吸附平衡;假二级动力学模型可以较好地描述2h内PAC对乙苯吸附动力学,Freundlich吸附等温式对吸附等温线实验数据拟合效果较好;水中pH值在 PAC等电位点附近时对乙苯的吸附量较高;PAC对乙苯吸附是放热过程,低温有利于PAC对乙苯的吸附,并且其吸附属于物理吸附;高离子强度时,煤质炭对乙苯的吸附量增加;水中NOM的存在会降低煤质炭对乙苯的吸附量;PAC吸附与混凝沉淀联合作用中,PAC吸附是水中乙苯去除的主要环节,混凝沉淀主要是为了去除水中PAC和其他悬浮物,去除含 PAC原水的最佳混凝剂是聚铝,其最佳投量为5mg/L(以 Al2O3计)。向原水中投加 PAC可以作为一种有效的应对原水突发乙苯污染的应急水处理技术。

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