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活性炭对天然水体中低浓度有机污染物的吸附特性以及目标有机物与NOM的竞争吸附研究

作　者: 张婧怡
导　师: 袁宏林；石宝友
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 市政工程
关键词: 活性炭有机物天然有机物(NOM) 吸附等温线吸附动力学竞争吸附均相表面扩散模型(HSDM) 高效液相体积排阻色谱法(HPSEC)
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本论文从活性炭对低浓度有机污染物的吸附着手,选择五种具有性质差异的活性炭作为吸附剂,五种有机物作为目标污染物,分别研究了在天然水体条件下五种活性炭对目标有机污染物的吸附平衡和吸附动力学特性；通过高效液相体积排阻色谱法(HPSEC)分析了NOM在活性炭上的吸附性质,考察了活性炭的物理、化学性质与其对天然水体中有机污染物吸附性能间的适配关系；同时研究了目标有机污染物与NOM间的竞争吸附,从NOM物理分级和化学分级的角度探究了NOM与目标有机污染物的竞争吸附机理。最后,从活性炭吸附应急技术实例研究的角度出发,通过静态试验建立了有机物初始浓度、活性炭投加量和吸附时间等与污染物吸附去除率的关系；在水厂实际允许的活性炭吸附接触时间与投加量条件下,研究了活性炭对各污染物不同初始浓度水平下的去除效率。研究结果表明：(1)天然水体条件下5种PAC对MP和TCE的吸附符合Langmuir模型和Freundlich模型,相对而言更符合Langmuir模型,吸附过程均为优先吸附。MP比TCE更易于被PAC吸附。伪二级动力学模型和HSDM模型都可以很好地对天然水体中MP和TCE在PAC上的吸附动力学进行拟合,且HSDM模型能够通过对某一个投炭量时的吸附动力学拟合,有效地预测不同投炭量时的吸附动力学。(2)PAC的物理性质(即孔隙性质)是影响其吸附有机污染物的主要因素。其中,PAC的微孔比表面积是影响其吸附SOC类小分子、弱极性有机污染物的主要因素,对吸附起决定性作用。PAC对分子量小于500的小分子NOM的吸附主要受PAC的微孔比表面积的影响,而对分子量在500～3000的大分子NOM的吸附受中孔比表面积和中孔孔径分布的共同影响,孔径大于3 nm的中孔的比表面积决定了PAC对此分子量范围的大分子NOM的吸附能力。(3)PAC在纯水中吸附MP和在天然水体中同时吸附MP和NOM时,由于NOM没有发生孔隙阻塞,得到的Ds相差不大。在天然水体中发生同时吸附时,MP在两种PAC上的Ds都不随PAC投加量的改变而改变,且PAC投加量的改变只会引起去除率的改变。在天然水体中发生负载吸附时,负载吸附所得Ds比相同投炭量下同时吸附时所得Ds要小,且负载吸附时所得Ds随着投炭量的减小而减小。两种天然水体相比,相同的NOM表面浓度下,JC炭在磨盘山水库水中得到的Ds显著小于在密云水库水中得到的Ds。(4)活性炭对阿特拉津和氯乙烯类有机物的去除效果并不明显,当水体中阿特拉津和氯乙烯类有机物浓度超标时,不应只采取活性炭吸附工艺以达到去除有机物的目的,而应考虑活性炭吸附与其他工艺相结合,例如高级氧化、强化过滤等。活性炭对对硫磷类有机物有一定的去除效果。在水厂实际允许的活性炭投加量条件下,含有一定浓度对硫磷类有机物的水体仅通过活性炭吸附工艺就可以使出水浓度达标。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-13
  1.1 研究背景  9-10
    1.1.1 水源水体的水质变化状况  9
    1.1.2 问题的提出  9-10
  1.2 国内外研究进展  10-11
    1.2.1 关于吸附剂特性对吸附效果影响的研究  10-11
    1.2.2 关于吸附质特性对吸附效果影响的研究  11
    1.2.3 关于天然有机物对吸附效果影响的研究  11
  1.3 研究目的及内容  11-13
    1.3.1 研究目的  11-12
    1.3.2 研究内容  12
    1.3.3 课题来源  12-13
2 材料与方法  13-23
  2.1 实验材料  13-14
    2.1.1 药剂  13
    2.1.2 仪器与设备  13-14
  2.2 实验方法  14-23
    2.2.1 YK炭的制备  14-16
    2.2.2 活性炭的表征  16-20
    2.2.3 密云水库水的理化性质表征  20-21
    2.2.4 吸附等温线实验方法  21
    2.2.5 吸附动力学实验方法  21-22
    2.2.6 竞争吸附实验方法  22
    2.2.7 均相表面扩散模型(HSDM)的拟合及预测  22-23
3 活性炭对天然水体中甲基对硫磷和三氯乙烯的吸附性能研究  23-33
  3.1 密云水库水水质性质  23-24
    3.1.1 密云水库水基本水质测定  23
    3.1.2 原水中NOM的物理分级  23-24
    3.1.3 原水中NOM的化学分级  24
  3.2 吸附等温线研究  24-26
    3.2.1 吸附等温线  24-25
    3.2.2 Langmuir和Freundlich吸附等温模型拟合  25-26
  3.3 吸附动力学研究  26-32
    3.3.1 吸附动力学曲线  26-27
    3.3.2 吸附动力学模型拟合  27-32
  3.4 本章小结  32-33
4 活性炭物化性质与其对天然水体中有机物吸附性能的相关性研究  33-41
  4.1 活性炭物理性质与其对甲基对硫磷、三氯乙烯吸附性能的相关性  33-35
  4.2 活性炭化学性质与其对甲基对硫磷、三氯乙烯吸附性能的相关性  35-36
  4.3 活性炭物理性质与其对NOM吸附性能的相关性  36-40
  4.4 本章小结  40-41
5 天然水体中甲基对硫磷与NOM在活性炭上的竞争吸附  41-51
  5.1 两种天然水体表征  41
  5.2 吸附等温线研究  41-45
  5.3 吸附动力学研究  45-50
  5.4 本章小结  50-51
6 活性炭吸附应急技术实例研究  51-66
  6.1 污染物试验浓度的选择及检测方法的建立  51-53
    6.1.1 污染物的种类及试验浓度  51
    6.1.2 污染物检测方法的建立及其标准曲线  51-53
  6.2 阿特拉津、甲基对硫磷、马拉硫磷、三氯乙烯和四氯乙烯的粉末活性炭吸附去除  53-64
    6.2.1 活性炭对阿特拉津的吸附去除  53-54
    6.2.2 活性炭对甲基对硫磷的吸附去除  54-57
    6.2.3 活性炭对马拉硫磷的吸附去除  57-59
    6.2.4 活性炭对三氯乙烯的吸附去除  59-61
    6.2.5 活性炭对四氯乙烯的吸附去除  61-64
  6.3 本章总结  64-66
7 结论与展望  66-68
  7.1 结论  66-67
  7.2 展望  67-68
致谢  68-69
参考文献  69-73
附录  73

活性炭对天然水体中低浓度有机污染物的吸附特性以及目标有机物与NOM的竞争吸附研究

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