丁桓如，聞人勤?
（上海電力學(xué)院水處理研究室，上海200090）

　　摘要：研究發(fā)現(xiàn)，活性炭的比表面積、碘值、亞甲基藍(lán)吸 咐值等吸咐性能指標(biāo)與活性炭對(duì)天然水中有機(jī)物的吸咐能力之間相關(guān)性能不好，在選擇去除天然水中有機(jī)物的活性炭時(shí)不能用這些指標(biāo)。提出了采用活性炭對(duì)水中四種典型有機(jī)物(腐 殖酸、富里酸、木質(zhì)素、丹寧)的吸附容量和吸附速度作為正確選擇水處理用活性炭的指標(biāo)，且在五種水質(zhì)(長(zhǎng)江、黃浦江、太湖、淮河、黃巢湖)中得以驗(yàn)證。?
　　關(guān)鍵詞：水處理；活性炭；選擇指標(biāo)?
　　中圖分類號(hào)：TU99124
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
　　文章編號(hào)：1000-4602(2000)07-0019-04

　　活性炭吸附性能一般都采用比表面積、碘值、亞甲基藍(lán)吸附值、CCl₄吸附值等指標(biāo)(在此簡(jiǎn)稱一般吸附性能指標(biāo))來(lái)表示。通常認(rèn)為，這些指標(biāo)高的活性炭就是吸附性能好的活性炭，所以習(xí)慣上都是根據(jù)這些一般吸附性能指標(biāo)來(lái)選擇水處理用活性炭。?

1 問(wèn)題的提出?

　　①1994年在為某廠水處理系統(tǒng)(淮河水源)選擇活性炭時(shí)，首先測(cè)定了活性炭的這些一般吸附性能指標(biāo)。參選的三種活性炭中，3^#炭比表面積最大，碘值、亞甲基藍(lán)吸附值最高，是吸附性能最好的活性炭。但在實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)時(shí)(每種活性炭取350g裝入50×5的吸附柱中，以15m/h流速通水，并聯(lián)平行運(yùn)行，監(jiān)測(cè)出水的COD_Mn及 E₂₆₀值至去除率＜20%作為失效，下同)，發(fā)現(xiàn)情況異常(見(jiàn)表1)。

　　試驗(yàn)表明，2^#活性炭運(yùn)行周期最長(zhǎng)，周期制水量最多。而一般吸附性能指標(biāo)最高的3^#椰子殼活性炭，其周期制水量?jī)H為2^#活性炭的2/3。無(wú)疑，實(shí)際使用應(yīng)選用2^#活性炭，而不是3^#炭。
　?、谶x擇了九種國(guó)產(chǎn)活性炭，在黃浦江水、太湖水、浙江黃巢湖水的水質(zhì)條件下進(jìn)行試驗(yàn)。九種炭同樣測(cè)定其一般吸附性能，并選出六種進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)運(yùn) 行試驗(yàn)。一般吸附性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果列于表2，三種水質(zhì)條件下的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行結(jié)果列于表3。

　　比較表2、3的數(shù)據(jù)同樣可以看出，一般吸附性能指標(biāo)最好的活性炭(3^#)運(yùn)行周期并不是最長(zhǎng)的。而運(yùn)行周期最長(zhǎng)、制水量最多的5^#炭其比表面積僅830m²/g，一般吸附性能指標(biāo)也處于中等水平。

2 原因分析

　　上述試驗(yàn)是在四種不同水質(zhì)條件下進(jìn)行的，活性炭也基本上包括了國(guó)內(nèi)水處理用活性炭的主要品種，試驗(yàn)結(jié)果卻是一致的，即活性炭一般吸附性能指標(biāo)(比表面積、碘值、亞甲基藍(lán) 吸附值、四氯化碳吸附值)與其對(duì)天然水中有機(jī)物吸附性能之間相關(guān)性不好。由此認(rèn)為：若 用這些指標(biāo)來(lái)選擇水處理用活性炭，可能會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的選擇，帶來(lái)巨大的浪費(fèi)。?
　　造成這種現(xiàn)象的原因，主要是由于天然水中有機(jī)物的分子體積(分子量)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般吸附性 能測(cè)試中所用的碘、亞甲基藍(lán)、四氯化碳等的分子體積?；钚蕴课⒂^結(jié)構(gòu)中有大孔(＞100 nm)、過(guò)渡孔(2～100nm)和微孔(＜2nm)，構(gòu)成活性炭比表面積的主要是微孔?；钚蕴课绞且环N表面現(xiàn)象，吸附量除了與比表面積多少有關(guān)外，還要考慮吸附的動(dòng)力因素，即吸附質(zhì) 能 否順利到達(dá)活性炭的微孔表面。曾有人通過(guò)計(jì)算認(rèn)為，當(dāng)吸附質(zhì)直徑大于孔道直徑1/3以上時(shí)，被吸附質(zhì)運(yùn)動(dòng)就受阻，吸附量下降。天然水中有機(jī)物大多以腐殖質(zhì)形式存在，主要包括四大組分：腐殖酸、富里酸、木質(zhì)素、丹寧。這些物質(zhì)的分子量大約為幾百至幾十萬(wàn)，比 碘、亞甲基藍(lán)、四氯化碳的分子量大得多。?
　　從這一點(diǎn)進(jìn)行分析，活性炭對(duì)天然水中有機(jī)物的吸附主要受過(guò)渡孔影響，而不是受微孔支 配。這從表2中九種活性炭的孔容、孔面積可看出，過(guò)渡孔最多的是5^#活性炭，它也正是 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行試驗(yàn)中對(duì)水中有機(jī)物吸附最好的活性炭?；钚蕴吭趯?shí)際天然水質(zhì)中吸附量多少(即 運(yùn)行周期長(zhǎng)短)與過(guò)渡孔多少有關(guān)，而與微孔(比表面積)多少卻相關(guān)性不好。?

3 活性炭篩選新方法的驗(yàn)證?

　　由于實(shí)際水質(zhì)條件下的動(dòng)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)周期長(zhǎng)，需要連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，工作量大，不適合大批量選炭 。據(jù)此，提出了用天然水中四種有機(jī)物(腐殖酸、富里酸、木質(zhì)素、丹寧)作為測(cè)試基質(zhì)(吸附質(zhì))，用活性炭對(duì)它們的吸附容量和吸附速度作為指標(biāo)，借以反映活性炭對(duì)水中有機(jī)物的 吸附性能好壞，用于水處理用活性炭的篩選。試驗(yàn)表明，這種方法測(cè)定結(jié)果與實(shí)際水質(zhì)條件下的動(dòng)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果一致，可以反映活性炭對(duì)天然水中有機(jī)物吸附性能的差異(見(jiàn)圖1～4 和表4)。試驗(yàn)所用四種吸附質(zhì)中的腐殖酸和富里酸從某水處理系統(tǒng)受污染的陰離子交換樹(shù)脂中提取，木質(zhì)素從造紙廢水中提取，丹寧為試劑。?

?　　

　　可以看出，這三種活性炭對(duì)天然水中四種有機(jī)物的吸附性能最好的是2^#，其次是1^#，最差為3^#，該順序與表1中三種活性炭在實(shí)際水質(zhì)條件下運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果是一致的，二者相關(guān)性很好。?
　　類似的方法在長(zhǎng)江、太湖、黃巢湖水質(zhì)下的擴(kuò)大試驗(yàn)中也同樣得到驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果列于表 5、6。

　　從表中可以看，采用四種典型有機(jī)物做吸附質(zhì)測(cè)得的不同活性炭吸附性能排列順序與實(shí)際水質(zhì)條件下運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果是一致的，而碘值等一般吸附性能指標(biāo)的排列順序與運(yùn)行結(jié)果不同。 ?
　　至此已說(shuō)明，在五種實(shí)際水質(zhì)下(長(zhǎng)江、黃浦江、淮河、太湖、黃巢湖)用測(cè)量活性炭對(duì)天然 水中四種典型有機(jī)物吸附容量和吸附速度來(lái)選擇水處理用活性炭的方法是正確的。?

4 結(jié)論與討論?

　?、倩钚蕴恳话阄叫阅苤笜?biāo)(比表面積、碘值、四氯化碳吸附值、亞甲基藍(lán)吸附值)與活 性炭對(duì)天然水中有機(jī)物的吸附性能相關(guān)性不好，若用這些指標(biāo)來(lái)選擇水處理用活性炭，會(huì)得 出錯(cuò)誤的結(jié)果。其原因主要是由于天然水中天然有機(jī)物分子量巨大，分子體積大，活性炭對(duì) 其吸附很大程度上受過(guò)渡孔通道多少的影響。而活性炭對(duì)碘值、四氯化碳、亞甲基藍(lán)吸附則多在微孔進(jìn)行，所以，吸附天然水中有機(jī)物的活性炭應(yīng)當(dāng)關(guān)注其過(guò)渡孔的多少，而不應(yīng)單純追求微孔(比表面積)的多少。?
　?、诓捎脺y(cè)量活性炭對(duì)水中四種典型有機(jī)物(腐殖酸、富里酸、木質(zhì)素、丹寧)的吸 附容量和吸附速度方法，可以反映活性炭對(duì)天然水中有機(jī)物吸附性能的好壞，可用于篩選吸 附天然水中有機(jī)物的水處理用活性炭。?

參考文獻(xiàn)：?
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［3］丁桓如，呂世政從污染陽(yáng)樹(shù)脂中提取有機(jī)物研究樣品［J］上海電力學(xué)院 學(xué)報(bào)，1990，(2)：92-99?