水中有機(jī)物及吸附處理前言

對(duì)水中有機(jī)物問題的重視和研究，是源于水中有機(jī)物的危害。對(duì)飲用自來水中有機(jī)物和消毒副產(chǎn)物的研究，應(yīng)該源于1974年Rook等人從氯化后的高色度水中檢測(cè)出氯與原水中有機(jī)物生成有毒的三鹵甲烷等系列氯化消毒副產(chǎn)物；對(duì)工業(yè)用水中有機(jī)物的重視，也是源于水中有機(jī)物對(duì)工業(yè)設(shè)備和產(chǎn)品的危害。例如，早在20世紀(jì)60年代初，由于發(fā)電行業(yè)的大容量和高參數(shù)鍋爐的出現(xiàn)，補(bǔ)給水處理開始采用離子交換方法制取純水，水源水中有機(jī)物造成了陰離子交換樹脂的污染和鍋爐汽輪機(jī)的腐蝕，從而開啟了對(duì)水中有機(jī)物的研究工作。國內(nèi)從20世紀(jì)80年代初開始，這一問題也引起相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員的關(guān)注。在這樣的背景下，作者本人于20世紀(jì)80年代末開始，陸續(xù)承接了原電力部(能源部)幾個(gè)有關(guān)水中有機(jī)物問題的研究項(xiàng)目?？梢韵胂?，在20世紀(jì)80年代的設(shè)備條件、經(jīng)費(fèi)條件及認(rèn)知水平下研究復(fù)雜的水中有機(jī)物問題的難度，所以當(dāng)時(shí)很多工作都是從最基本的做起，比如檢測(cè)方法、有機(jī)物研究樣品制備、無有機(jī)物空白水樣以及水中有機(jī)物相對(duì)分子質(zhì)量分布測(cè)定等，從另一方面講，這個(gè)過程也積累了一些關(guān)于水中有機(jī)物問題的研究經(jīng)驗(yàn)。本書就是在這樣的基礎(chǔ)上寫成的，編寫時(shí)側(cè)重于水中有機(jī)物問題的基礎(chǔ)知識(shí)和基本研究方法，相當(dāng)一部分內(nèi)容取材于本人發(fā)表的論文、未發(fā)表的研究報(bào)告及本人工作中的認(rèn)知。當(dāng)然，在成書過程中為了技術(shù)內(nèi)容的系統(tǒng)性和完整性，又參考了近年出版的相關(guān)書籍和資料，這些都在參考文獻(xiàn)中列出，如有疏漏，敬請(qǐng)諒解。

在本書相關(guān)內(nèi)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(xué)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(xiàng)工作告一段落、總結(jié)成書之際，謹(jǐn)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(jí)高工韓隸傳及朱興寶博士在技術(shù)上給予的指導(dǎo)和幫助。

由于近年來相關(guān)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(huì)有不妥之處甚至謬誤，懇請(qǐng)同行及讀者給予指正，十分感謝。

作者

2016年4月于上海

丁桓如，上海電力學(xué)院教授、教授級(jí)高級(jí)工程師，享受國務(wù)院有突出貢獻(xiàn)政府專家特殊津貼。長(zhǎng)期從事工業(yè)給水處理的教學(xué)和科研工作，發(fā)表論文90余篇，獲得省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)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(xué)出版社)，《鍋爐水處理初步設(shè)計(jì)》 (第1，2版，中國電力出版社)。

1天然水中有機(jī)物及其分類

1.1給水處理中有機(jī)物的來源及危害

1.1.1水中有機(jī)物的來源

1.1.2水中有機(jī)物的危害

1.2水中有機(jī)物的分類

1.2.1按水中有機(jī)物的顆粒大小分類

1.2.2按有機(jī)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(jī)物的分級(jí)表征

1.3.1樹脂分級(jí)法

1.3.2按相對(duì)分子質(zhì)量進(jìn)行分級(jí)

1.4水中天然有機(jī)物

1.4.1腐殖酸和富里酸

1.4.2木質(zhì)素

1.4.3丹寧類化合物

2水中有機(jī)物含量指標(biāo)

2.1化學(xué)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(cè)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(cè)定方法

2.5總有機(jī)碳和溶解性有機(jī)碳

2.5.1TOC儀的氧化技術(shù)

2.5.2TOC儀的檢測(cè)技術(shù)

2.5.3TOC儀及測(cè)量

3水中溶解態(tài)有機(jī)物相對(duì)分子質(zhì)量分布測(cè)定

3.1超濾法測(cè)定水中溶解態(tài)有機(jī)物相對(duì)分子質(zhì)量分布

3.1.1測(cè)定方法

3.1.2超濾法的誤差分析

3.2凝膠色譜法測(cè)定水中溶解態(tài)有機(jī)物相對(duì)分子質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

3.2.6數(shù)據(jù)處理及誤差分析

3.2.7被測(cè)水樣的制備

3.2.83個(gè)實(shí)際水樣中有機(jī)物相對(duì)分子質(zhì)量分布的測(cè)定

4水中有機(jī)物研究中的三維熒光光譜技術(shù)

4.1熒光和熒光物質(zhì)

4.1.1熒光

4.1.2熒光發(fā)光原理

4.1.3熒光物質(zhì)

4.2熒光(光譜)分析

4.2.1熒光強(qiáng)度與熒光物質(zhì)濃度的關(guān)系

4.2.2熒光分光光度計(jì)

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(shí)別

4.3.1三維熒光光譜圖

4.3.2單組分熒光物質(zhì)的三維熒光光譜圖識(shí)別

4.3.3多組分熒光物質(zhì)的三維熒光光譜圖識(shí)別

4.4三維熒光光譜在水中有機(jī)物研究中的應(yīng)用舉例

5給水處理流程中各處理單元對(duì)有機(jī)物的去除

5.1混凝澄清過程中有機(jī)物去除情況

5.2強(qiáng)化混凝對(duì)水中有機(jī)物去除情況

5.3石灰處理時(shí)對(duì)有機(jī)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(duì)水中有機(jī)物的影響

5.5氧化性消毒對(duì)水中有機(jī)物組分的影響

5.6活性炭吸附對(duì)水中有機(jī)物各組分的去除

5.7通過離子交換后水中有機(jī)物各組分的變化

5.8超濾對(duì)水中有機(jī)物的去除作用

5.9反滲透和納濾對(duì)水中有機(jī)物的去除

6水中有機(jī)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(dòng)力學(xué)過程

6.2.1吸附的動(dòng)力學(xué)過程分析

6.2.2活性炭吸附水中有機(jī)物動(dòng)力學(xué)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(jī)物的活性炭性能

6.4.1吸附水中有機(jī)物的活性炭性能指標(biāo)

6.4.2吸附性能指標(biāo)制定依據(jù)

6.4.3脫色率的測(cè)定方法

6.4.4對(duì)水中4種天然有機(jī)物吸附等溫線的測(cè)定方法

6.4.5對(duì)水中4種天然有機(jī)物吸附速度的測(cè)定方法

6.5去除水中有機(jī)物的顆?；钚蕴窟^濾吸附

6.5.1活性炭預(yù)處理

6.5.2活性炭床過濾速度

6.5.3活性炭床運(yùn)行管理及出水水質(zhì)

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(xiàn)

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

除了廣泛應(yīng)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(jī)物，尤其是去除酚類化合物、表面活性物質(zhì)和色度。失效的大孔吸附樹脂可用稀堿液或有機(jī)溶劑再生，同時(shí)還可以從再生廢液中回收有用的物質(zhì)，如酚、木質(zhì)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(jià)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(dòng)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(shù)量的吸附劑投入反應(yīng)池內(nèi)的廢水中，使吸附劑和廢水充分接觸，經(jīng)過一定時(shí)間達(dá)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(yīng)池有兩種類型，一種是攪拌器型，利用攪拌器在整個(gè)池內(nèi)進(jìn)行快速攪拌，使吸附劑與廢水進(jìn)行接觸反應(yīng)；另一種為泥漿接觸型，反應(yīng)槽構(gòu)造和循環(huán)澄清池的反應(yīng)室型式相同，在池內(nèi)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(zhì)，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(yīng)池依流動(dòng)方式有順流一級(jí)吸附、順流多級(jí)吸附和逆流多級(jí)吸附等工藝流程。

廢水吸附處理法動(dòng)態(tài)連續(xù)吸附法

動(dòng)態(tài)連續(xù)吸附法是在流動(dòng)條件下進(jìn)行吸附的過程，相當(dāng)于連續(xù)進(jìn)行多次吸附，即在廢水連續(xù)通過吸附劑填料層時(shí)，吸附去除其中的污染物 。這種方法是在流動(dòng)條件下進(jìn)行吸附,相當(dāng)于連續(xù)進(jìn)行多次吸附,即在廢水連續(xù)通過吸附劑填料層時(shí)，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(dòng)床等型式。各種吸附裝置可單獨(dú)、并聯(lián)或串聯(lián)運(yùn)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(gòu)造類似快濾池。當(dāng)吸附劑吸附污染物達(dá)到飽和時(shí)，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(jí)串聯(lián)吸附方式。但多級(jí)患聯(lián)系統(tǒng)會(huì)增加投資費(fèi)用和電能消耗。處理水量較大時(shí)，應(yīng)用兩個(gè)或更多的固定床并聯(lián)運(yùn)行是經(jīng)濟(jì)的。在這種情況下，應(yīng)使各吸附柱更換吸附劑的時(shí)間相互錯(cuò)開，從各吸附柱流出的處理水的水質(zhì)雖然各不相同，但混合后仍可得到合乎要求的出水水質(zhì)，從而使吸附劑的消耗率降到最低程度。

（2）移動(dòng)床吸附裝置

移動(dòng)床吸附裝置是逆流運(yùn)行方法的一種改進(jìn)裝置。移動(dòng)床有吸附劑連續(xù)移動(dòng)和間歇移動(dòng)兩種型式。通常所說的移動(dòng)床是指間歇移動(dòng)吸附裝置。移動(dòng)床具有裝置小、占地面積少、費(fèi)用低、出水水質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但裝置復(fù)雜，運(yùn)行管理不方便，須定期開啟、關(guān)閉閥門，各類閥門磨損較快。此外，移動(dòng)床不能頻繁地反沖洗，進(jìn)水應(yīng)設(shè)置預(yù)處理設(shè)備，以保證進(jìn)水中懸浮固體在10毫克/升以下。

用于有機(jī)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(zhuǎn)床吸附器、移動(dòng)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、操作彈性大、適用濃度范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。但對(duì)單臺(tái)吸附器來說，吸附操作是間歇進(jìn)行的，一般需兩臺(tái)以上的吸附器交替進(jìn)行吸附和再生操作，才能使吸附過程連續(xù)進(jìn)行。

（2）回轉(zhuǎn)床吸附器

吸附床一般為圓筒形，吸附床繞其軸緩慢回轉(zhuǎn)，隔板和外殼罩固定不動(dòng)。隔板將回轉(zhuǎn)床吸附器分成2個(gè)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(cè)進(jìn)入，然后由另一側(cè)流出。這樣回轉(zhuǎn)吸附床在旋轉(zhuǎn)一周中到達(dá)吸附區(qū)時(shí)，進(jìn)行廢氣的凈化，吸附床層被吸附質(zhì)飽和而失去吸附活性；到達(dá)再生區(qū)時(shí)，進(jìn)行床層的再生，使吸附質(zhì)解吸，吸附劑恢復(fù)吸附能力，為吸附床再次投入吸附操作做好準(zhǔn)備。這樣吸附和再生過程是連續(xù)進(jìn)行的?；剞D(zhuǎn)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(jià)值而需回收的場(chǎng)合，但只能處理中等氣量或小氣量。

（3）流動(dòng)床吸附器

吸附裝置上部為吸附段，下部為再生段(包括預(yù)熱段)，廢氣從該裝置的中部進(jìn)入，顆粒狀吸附劑從裝置的上部進(jìn)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(dòng)，最后進(jìn)入再生段，經(jīng)過熱蒸汽間接加熱基本達(dá)到要求的再生溫度，再生用的蒸汽從再生段的下部進(jìn)入，進(jìn)行吸附劑的再生，從吸附劑上脫附的吸附質(zhì)，從再生段中部引出吸附裝置，再經(jīng)冷凝回收吸附質(zhì)。從再生段下部出來的吸附劑已恢復(fù)了吸附能力，用空氣沿中心管再送入吸附段進(jìn)行吸附操作，如此不斷循環(huán)。流動(dòng)床吸附器的吸附和再生都在吸附裝置中進(jìn)行，吸附操作是連續(xù)的，且氣量大小均可適用，缺點(diǎn)是吸附器和吸附劑的磨損大。2100433B