粉末活性炭在腐殖酸和腐殖酸高岭土水处理的絮凝过程中的影响外文翻译资料

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Chemosphere 238 (2020) 124637

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粉末活性炭在腐殖酸和腐殖酸高岭土水处理的絮凝过程中的影响

Xin Huang a, Yang Wan a, b, Baoyou Shi a, c, *, Jian Shi b, d

a中国科学院生态环境科学研究中心饮用水科学与技术实验室,北京双清路18号,北京,100085,中国

b南通大学纺织学院,南通,226019,中国

c中国科学院大学,北京,100049,中国

d南通大学数据分析与测试中心,南通,226019,中国

亮点 图形摘要

  • PAC的投加策略对混凝过程的影响较小
  • 腐殖酸水处理中PAC投加方式对絮凝性能有影响
  • 对腐殖酸高岭土水来说PAC的投加方式对絮凝性能影响较小
  • 在腐殖酸水处理中,PAC-AS的絮凝粒径比PAC2h-AS的更大
  • 在腐殖酸水处理中,PAC2h-AS的絮凝强度和密实度更高

文章信息

文章历史:

Received 5 May 2019 Received in revised form 20 August 2019

Accepted 21 August 2019

Available online 22 August 2019 Handling Editor: Xiangru Zhang

关键词:

粉末状活性炭

投药策略

混凝-絮凝

絮体性质

水的类型摘要

加粉末活性炭(PAC)去除微污染物是一种常用的提高饮用水水质的技术。然而,粉末活性炭的投加策略对水处理中的混凝絮凝的过程的影响至今还没有被很好的理解,特别是对于含有少量无机粒子的水。因此,目前的研究旨在全面研究同时加入PAC和硫酸铝(AS)混凝剂(表示为PAC-AS)或在混凝前2小时加入PAC(表示为PAC2h-AS)对腐殖酸(HA)和腐殖酸-高岭土水处理混凝过程的影响。结果表明, HA的絮凝颗粒粒径、生长速率、断裂因子和分形维数均由PAC-AS和PAC2h-AS增大,而HA-高岭土水处理则没有增大。在HA水处理中, PAC-AS达到较大的絮凝粒径和较快的生长速度,而PAC2h-AS达到较大的絮凝断裂因子和分形维数。 在HA水的混凝过程中,对于PAC2h-AS,HA在PAC上的预吸附会降低初始颗粒浓度,降低碰撞概率,因此PA C2h-AS的DOC去除效率、絮凝粒径和生长速率相对小于PAC-AS。对于絮凝强度和絮凝分形维数, HA在PAC上的预吸附有助于形成更强的粒子间键,因此,与PAC-AS相比,PAC2h-AS形成了更强壮、更致密的絮凝颗粒。由于其较高的初始颗粒浓度,加入PAC对HA-高岭土水处理中的絮凝性能影响较小。

copy; 2019 Elsevier Ltd. All rights reserved

* Corresponding author. Key Laboratory of Drinking Water Science and Tech- nology, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sci- ences, No. 18 Shuangqing Rd, Beijing, 100085, China.

E-mail addresses: huangxin1212@163.com (X. Huang), 18252501781@163.com

(Y. Wan), byshi@rcees.ac.cn (B. Shi), shij413@126.com (J. Shi).

https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.124637 0045-6535/copy; 2019 Elsevier Ltd. All rights reserved.

  1. 导言

气味化合物、微囊藻毒素、药物、个人护理产品和其他微污染物的不断增加威胁到水源水质(Yang等人, 2017年; Chen等人, 2019年; Jian等人, 2019年)。因此,为了改善微污染物的去除,因此,为了改进微污染物的去除,在先进的常规水处理工艺中添加粉末状活性炭(PAC)是必要的,并且在全规模水处理厂中经常使用(Altmann等人, 2015年; Bonvin等人, 2016年; Lompe等人, 2018年;蒋和张, 2018年;蒋等人, 2018年)。已经证明,吸附和絮凝过程的结合可以有效地改善低分子量溶解有机物(DOM)和微污染物的去除,而这些微污染物单独通过混凝絮凝工艺是不能有效去除的(Kristiana等人, 2011年; Seckler等人, 2013年; Tomaszewska等人, 2004年; J.Liu等人, 2019年)。Kristiana等人发现,添加PAC改善了NOM的去除,并导致消毒副产物的形成显著减少(80-95%)(Kristiana等人, 2011年)。Ho和Newcombe(2005年)和Seckler等人(2013年)研究了添加PAC通过铝盐和铁盐的絮凝去除2-甲基异莰醇的效果。

虽然添加PAC可能有助于提高溶解有机污染物的去除效果,但它可能影响混凝-絮凝过程中的出水浊度和絮状物的形成过程。因此,为了避免吸附的微污染物释放回处理后的水中,

PAC应通过后续絮凝、沉淀和过滤过程有效地分离。在混凝和絮凝过程中形成的絮体的物理性质,包括絮体的大小、强度、密度和致密性,对于有效去除浊度、有机物和其他污染物的固液分离技术很重要(Jarvis等人, 2004年; Boller和Blaser, 1998年; Cao等人, 2011年;Chu等人, 2018年)。因此,获得具有更好的分离能力的絮体,这通常意味着它们具有高密度,大尺寸,并且强大和紧凑,对于随后的分离过程很重要。一般来说,絮体是混凝和絮凝过程中水中颗粒、胶体、有机物和其他组分的基本聚集体。它们通常是高度多孔、形状不规则和连接松散的(Jarvis等人,2006年; Yu等人,2011年)。在混凝和絮凝前或过程中加入PAC会影响絮体特性,也会影响PAC的分离。然而,大多数之前的研究都集中在吸附效率上,很少研究调查它的絮凝行为,特别是絮体性质。Younker and Walsh (2016年)研究了在饮用水和工业废水中加入氯化铁(FeCl3)对PAC的影响。他们发现加入PAC可以显著降低絮体的尺寸,尽管暴露在高剪切速率后它不影响絮体强度和再生长潜能。Krahnstover和 Wintgens通过投加铁盐获得从水中PVC的最高分离值从而优化了废水处理中PVC的絮凝参数(Krahnstover和Wintgens,2017年)。 其他吸附剂,包括粘土和火山灰颗粒对絮体性质的影响也被Demirci等人(1998年)和Sieliechi等人(2016年a、b)各自研究过。

加入PAC使混凝-絮凝过程成为压载-聚集过程。然而,在之前的研究里,相关参数,如压载剂的浓度和尺寸分布以及速度梯度,已经根据要处理的水的类型进行了优化(Leveck等人, 2007年;Sieliechi等人,2016年a,b)。初始粒子浓度和类型也会显著影响聚集过程,并且最终影响固液分离过程(Sun等人,2019年)。然而,在含有不同粒子的不同水域中,关于压载的絮体形成的详细机制的科学文献十分少。中国的微污染水通常含有非常少量的无机颗粒和有机碳(Z.Liu等人,2019年)。另外,还有两种应用PAC的一般方法,即PVC与混凝剂/絮凝剂同时加入,和在混凝前几小时加入PAC。因此,这两种投加方式对含有不同颗粒的水的处理过程的影响需要进一步研究。为了更好的理解PVC-絮凝机理,本研究考虑了两种有不同颗粒浓度的合成水(腐殖酸(HA)水和HA-高岭土水),并全面研究了两种PAC投药方式对吸 附-混凝性能和絮凝性能的影响。通过JAR试验对吸附-混凝性能进行了评价,并用激光粒度仪监测了絮体尺寸、絮体生长的动力学、絮体强度、 复原能力和分形结构特征。这些聚集体的性质也用显微镜进行了表征。

2.材料和方式

2.1.试验用水和试剂

本研究中使用的PAC来源于椰子壳,碘含量为958mg/g。它是从宁夏光华有限公司(中国)购买的.该PVC具体性质如下:粒径为200网目,比面积为9 44m2/g,平均孔径为3.07nm,总孔体积为0.57mL/g。比表面积根据Brunauer-Emmett-Teller model模型确定。 利用美国Quantachrome公司提供的软件,利用密度泛函理论从氮气解吸等温线计算了孔隙体积和孔径分布。将PAC 分散在去离子水中,浓度为1g/L,供使用。本研究采用硫酸铝作为混凝剂.

将1gHA(Sigma,USA)和0.4gNaOH溶解在1L去离子水中制备HA储备液。将约5g高岭土(lt;11mm;阿拉丁,中国)分散在800mL去离子水中,快速混合0.5h,然后将溶液转移到1L量筒中,沉淀0.5h,提取上层500mL作为高岭土储备液。HA合成水中含有10mg/L的HA, HA高岭土合成水中含有10mg/L的HA,初始浊度为15plusmn; 0.5NTU,通过添加高岭土进行调节。HA和HA-kaolin试验用水都在自来水中配备。

2.2.Jar 试验

一系列jar试验是由程序控制的试验仪器(TS6-1,武汉横岭技术有限公司)在6个装有HA和HA合成水的1.5L方形烧杯中进行的。经一系列预实验优化的Al2(SO4)3的用量为8mg/L,如图S1所示。PAC按两种策略给药,即1)混凝前2h加入PAC(表示为PAC2hAS),2)同时加入PAC和混凝剂(表示为PAC-AS)。此外,单独用铝盐混凝而不添加PAC也进行了试验作为对比,并表示为AS。对于PAC2h-AS策略,在200转/分快速混合2h的1L水样中加入一定量的PAC,然后引入溶液进行凝血试验。对于PAC-AS策略,首先将水样(1L)在200转/分混合30s,然后加入一定量的PAC和Al2(SO4)3,快速混合1.5 min。然后将水样在40转/分下缓慢搅拌15分钟,沉淀20分钟。沉淀后,取溶液表面以下2cm处约200mL的水样进行后续测量。每个实验重复三次,确保准确性。分别用一个Hach浊度计(Hach公司,Loveland,美国)和一个电位激光粒度仪(Nano-ZS90, Malvern)测量未过滤的水样的浊度和&电位。采用0.45微米玻璃滤膜过滤的水样,分别用UV-6100双光束分光度计和TOC分析仪(TOC-VCPH,岛津,日本)在254纳米的条件下(UV254)进行吸光度分析和分析溶解有机碳(DOC)。

2.3.絮凝成像

用尼康共聚焦显微镜进行对AS、PAC-AS和PAC2h-AS形成絮状物的显微镜观察。在缓慢

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