水中有機物及吸附處理

1天然水中有機物及其分類

1.1給水處理中有機物的來源及危害

1.1.1水中有機物的來源

1.1.2水中有機物的危害

1.2水中有機物的分類

1.2.1按水中有機物的顆粒大小分類

1.2.2按有機物的來源分類

1.2.3按可生化性能分類

1.3天然水中溶解態(tài)有機物的分級表征

1.3.1樹脂分級法

1.3.2按相對分子質量進行分級

1.4水中天然有機物

1.4.1腐殖酸和富里酸

1.4.2木質素

1.4.3丹寧類化合物

2水中有機物含量指標

2.1化學耗氧量

2.1.1重鉻酸鉀法

2.1.2高錳酸鉀法

2.2生化需氧量

2.2.1原理

2.2.2測量方法

2.3氨氮和總氮

2.4紫外吸收(UV254)

2.4.1原理

2.4.2測定方法

2.5總有機碳和溶解性有機碳

2.5.1TOC儀的氧化技術

2.5.2TOC儀的檢測技術

2.5.3TOC儀及測量

3水中溶解態(tài)有機物相對分子質量分布測定

3.1超濾法測定水中溶解態(tài)有機物相對分子質量分布

3.1.1測定方法

3.1.2超濾法的誤差分析

3.2凝膠色譜法測定水中溶解態(tài)有機物相對分子質量分布

3.2.1凝膠色譜法

3.2.2凝膠色譜裝置

3.2.3填料(凝膠)

3.2.4凝膠色譜柱充填及淋洗

3.2.5標準曲線的繪制

3.2.6數據處理及誤差分析

3.2.7被測水樣的制備

3.2.83個實際水樣中有機物相對分子質量分布的測定

4水中有機物研究中的三維熒光光譜技術

4.1熒光和熒光物質

4.1.1熒光

4.1.2熒光發(fā)光原理

4.1.3熒光物質

4.2熒光(光譜)分析

4.2.1熒光強度與熒光物質濃度的關系

4.2.2熒光分光光度計

4.2.3熒光光譜

4.2.4熒光定量分析

4.3三維熒光光譜圖及識別

4.3.1三維熒光光譜圖

4.3.2單組分熒光物質的三維熒光光譜圖識別

4.3.3多組分熒光物質的三維熒光光譜圖識別

4.4三維熒光光譜在水中有機物研究中的應用舉例

5給水處理流程中各處理單元對有機物的去除

5.1混凝澄清過程中有機物去除情況

5.2強化混凝對水中有機物去除情況

5.3石灰處理時對有機物的去除

5.3.1水的石灰處理概況

5.3.2水的非常規(guī)石灰處理

5.4過濾過程對水中有機物的影響

5.5氧化性消毒對水中有機物組分的影響

5.6活性炭吸附對水中有機物各組分的去除

5.7通過離子交換后水中有機物各組分的變化

5.8超濾對水中有機物的去除作用

5.9反滲透和納濾對水中有機物的去除

6水中有機物的吸附處理

6.1吸附原理

6.1.1吸附原理和吸附類型

6.1.2吸附的影響因素

6.2吸附的動力學過程

6.2.1吸附的動力學過程分析

6.2.2活性炭吸附水中有機物動力學過程分析

6.3活性炭概況

6.3.1活性炭命名

6.3.2活性炭理化性能

6.3.3活性炭吸附性能

6.4吸附水中有機物的活性炭性能

6.4.1吸附水中有機物的活性炭性能指標

6.4.2吸附性能指標制定依據

6.4.3脫色率的測定方法

6.4.4對水中4種天然有機物吸附等溫線的測定方法

6.4.5對水中4種天然有機物吸附速度的測定方法

6.5去除水中有機物的顆粒活性炭過濾吸附

6.5.1活性炭預處理

6.5.2活性炭床過濾速度

6.5.3活性炭床運行管理及出水水質

6.6粉狀活性炭及生物活性炭處理

6.6.1粉狀活性炭處理

6.6.2生物活性炭處理

6.7大孔吸附樹脂

6.7.1大孔吸附樹脂概況

6.7.2苯乙烯系大孔吸附樹脂（DX-906）的吸附性能

6.7.3丙烯酸系大孔吸附樹脂（SD500）的吸附性能

參考文獻

對水中有機物問題的重視和研究，是源于水中有機物的危害。對飲用自來水中有機物和消毒副產物的研究，應該源于1974年Rook等人從氯化后的高色度水中檢測出氯與原水中有機物生成有毒的三鹵甲烷等系列氯化消毒副產物；對工業(yè)用水中有機物的重視，也是源于水中有機物對工業(yè)設備和產品的危害。例如，早在20世紀60年代初，由于發(fā)電行業(yè)的大容量和高參數鍋爐的出現(xiàn)，補給水處理開始采用離子交換方法制取純水，水源水中有機物造成了陰離子交換樹脂的污染和鍋爐汽輪機的腐蝕，從而開啟了對水中有機物的研究工作。國內從20世紀80年代初開始，這一問題也引起相關領域技術人員的關注。在這樣的背景下，作者本人于20世紀80年代末開始，陸續(xù)承接了原電力部(能源部)幾個有關水中有機物問題的研究項目?？梢韵胂螅?0世紀80年代的設備條件、經費條件及認知水平下研究復雜的水中有機物問題的難度，所以當時很多工作都是從最基本的做起，比如檢測方法、有機物研究樣品制備、無有機物空白水樣以及水中有機物相對分子質量分布測定等，從另一方面講，這個過程也積累了一些關于水中有機物問題的研究經驗。本書就是在這樣的基礎上寫成的，編寫時側重于水中有機物問題的基礎知識和基本研究方法，相當一部分內容取材于本人發(fā)表的論文、未發(fā)表的研究報告及本人工作中的認知。當然，在成書過程中為了技術內容的系統(tǒng)性和完整性，又參考了近年出版的相關書籍和資料，這些都在參考文獻中列出，如有疏漏，敬請諒解。

在本書相關內容的研究過程中，聞人勤、呂世政、龔云峰、吳春華及歷屆上海電力學院鍋爐水處理專業(yè)方向的畢業(yè)生都做了大量工作。在本書成書過程中，傅潔琦在文字工作中給予了很大幫助。在此項工作告一段落、總結成書之際，謹向他們表示衷心的感謝。還要特別感謝的是，在本人多年的研究工作中，西安熱工研究院教授級高工韓隸傳及朱興寶博士在技術上給予的指導和幫助。

由于近年來相關研究的迅速而深入的發(fā)展及本人的水平所限，書中肯定會有不妥之處甚至謬誤，懇請同行及讀者給予指正，十分感謝。

作者

2016年4月于上海

本書介紹了水中有機物及分類、水中有機物檢測、水中有機物相對分子質量分布(超濾法及凝膠色譜法)、水中有機物的三維熒光光譜、工業(yè)水處理流程中各處理單元對有機物的去除，以及水中有機物的吸附處理。本書側重水中有機物問題的基礎知識和研究方法，有較強的實用性。

丁桓如，上海電力學院教授、教授級高級工程師，享受國務院有突出貢獻政府專家特殊津貼。長期從事工業(yè)給水處理的教學和科研工作，發(fā)表論文90余篇，獲得省部級科技進步獎三次，主編和參編出版書籍7本，主要有《工業(yè)用水處理工程》 (第1，2版，清華大學出版社)，《鍋爐水處理初步設計》 (第1，2版，中國電力出版社)。

除了廣泛應用的活性炭外，合成的大孔吸附樹脂也能有效地去除廢水中難分解的有機物，尤其是去除酚類化合物、表面活性物質和色度。失效的大孔吸附樹脂可用稀堿液或有機溶劑再生，同時還可以從再生廢液中回收有用的物質，如酚、木質素等。在廢水處理中還可以使用爐渣、焦炭、硅藻土、褐煤、泥煤、粘土等廉價吸附劑，不過它們的吸附容量小，去除污染物的效率不高 。

按接觸、分離的方式，吸附操作可分為靜態(tài)間歇吸附法和動態(tài)連續(xù)吸附法兩種 。

廢水吸附處理法靜態(tài)間歇吸附法

把一定數量的吸附劑投入反應池內的廢水中，使吸附劑和廢水充分接觸，經過一定時間達到吸附平衡后，利用沉淀法或再輔以過濾將吸附劑從廢水中分離出來。反應池有兩種類型，一種是攪拌器型，利用攪拌器在整個池內進行快速攪拌，使吸附劑與廢水進行接觸反應；另一種為泥漿接觸型，反應槽構造和循環(huán)澄清池的反應室型式相同，在池內保持一定濃度的吸附劑。為了防止吸附劑被處理水帶出，影響出水水質，可投加一定量的混凝劑。如果希望通過一次吸附就把污染物的濃度降到所要求的程度，吸附劑的吸附容量就不能充分利用，因此往往采用多次吸附、分離的方法，以減少吸附劑用量。泥漿接觸型反應池依流動方式有順流一級吸附、順流多級吸附和逆流多級吸附等工藝流程。

廢水吸附處理法動態(tài)連續(xù)吸附法

動態(tài)連續(xù)吸附法是在流動條件下進行吸附的過程，相當于連續(xù)進行多次吸附，即在廢水連續(xù)通過吸附劑填料層時，吸附去除其中的污染物 。這種方法是在流動條件下進行吸附,相當于連續(xù)進行多次吸附,即在廢水連續(xù)通過吸附劑填料層時，吸附去除其中的污染物。其吸附裝置有固定床、膨脹床和移動床等型式。各種吸附裝置可單獨、并聯(lián)或串聯(lián)運行，按水流方向可分為上向流式和下向流式兩種，按承受的壓力可分為重力式和壓力式兩種。得到廣泛使用的是固定床吸附系統(tǒng)。

（1）固定床吸附系統(tǒng)

固定床吸附系統(tǒng)構造類似快濾池。當吸附劑吸附污染物達到飽和時，把吸附柱中失效的吸附劑全部取出,更換新的或再生的吸附劑。為了充分利用吸附劑的吸附容量，可采用多級串聯(lián)吸附方式。但多級患聯(lián)系統(tǒng)會增加投資費用和電能消耗。處理水量較大時，應用兩個或更多的固定床并聯(lián)運行是經濟的。在這種情況下，應使各吸附柱更換吸附劑的時間相互錯開，從各吸附柱流出的處理水的水質雖然各不相同，但混合后仍可得到合乎要求的出水水質，從而使吸附劑的消耗率降到最低程度。

（2）移動床吸附裝置

移動床吸附裝置是逆流運行方法的一種改進裝置。移動床有吸附劑連續(xù)移動和間歇移動兩種型式。通常所說的移動床是指間歇移動吸附裝置。移動床具有裝置小、占地面積少、費用低、出水水質穩(wěn)定等優(yōu)點，但裝置復雜，運行管理不方便，須定期開啟、關閉閥門，各類閥門磨損較快。此外，移動床不能頻繁地反沖洗，進水應設置預處理設備，以保證進水中懸浮固體在10毫克/升以下。

用于有機溶劑回收、混合氣體分離、廢氣凈化的吸附裝置有固定床吸附器、回轉床吸附器、移動床吸附器、流化床吸附器等4類。

（1）固定床吸附器

固定床吸附器有多種型式，固定床吸附器結構簡單、操作簡便、操作彈性大、適用濃度范圍廣等優(yōu)點。但對單臺吸附器來說，吸附操作是間歇進行的，一般需兩臺以上的吸附器交替進行吸附和再生操作，才能使吸附過程連續(xù)進行。

（2）回轉床吸附器

吸附床一般為圓筒形，吸附床繞其軸緩慢回轉，隔板和外殼罩固定不動。隔板將回轉床吸附器分成2個區(qū)。即吸附區(qū)、再生區(qū)。廢氣、再生用熱空氣從裝置的一側進入，然后由另一側流出。這樣回轉吸附床在旋轉一周中到達吸附區(qū)時，進行廢氣的凈化，吸附床層被吸附質飽和而失去吸附活性；到達再生區(qū)時，進行床層的再生，使吸附質解吸，吸附劑恢復吸附能力，為吸附床再次投入吸附操作做好準備。這樣吸附和再生過程是連續(xù)進行的?；剞D床吸附器適用于廢氣連續(xù)排放、氣態(tài)污染物的濃度較大、污染物有回收價值而需回收的場合，但只能處理中等氣量或小氣量。

（3）流動床吸附器

吸附裝置上部為吸附段，下部為再生段(包括預熱段)，廢氣從該裝置的中部進入，顆粒狀吸附劑從裝置的上部進入，廢氣與吸附劑二者呈逆流，每塊塔板上的吸附劑呈流化狀，并自上而下移動，最后進入再生段，經過熱蒸汽間接加熱基本達到要求的再生溫度，再生用的蒸汽從再生段的下部進入，進行吸附劑的再生，從吸附劑上脫附的吸附質，從再生段中部引出吸附裝置，再經冷凝回收吸附質。從再生段下部出來的吸附劑已恢復了吸附能力，用空氣沿中心管再送入吸附段進行吸附操作，如此不斷循環(huán)。流動床吸附器的吸附和再生都在吸附裝置中進行，吸附操作是連續(xù)的，且氣量大小均可適用，缺點是吸附器和吸附劑的磨損大。2100433B