磁性樹脂預(yù)處理對粉末活性炭吸附水中卡馬西平的影響

陳 衛(wèi),陳 文,劉 成*,張 姍,朱浩強(qiáng)

(1.河海大學(xué)淺水湖泊綜合治理與資源開發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210098；2.河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院,江蘇 南京 210098)

磁性樹脂預(yù)處理對粉末活性炭吸附水中卡馬西平的影響

陳 衛(wèi)1,2,陳 文2,劉 成2*,張 姍2,朱浩強(qiáng)2

(1.河海大學(xué)淺水湖泊綜合治理與資源開發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210098；2.河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院,江蘇 南京 210098)

通過磁性樹脂預(yù)處理,來提高粉末活性炭(PAC)應(yīng)對水源水中突發(fā)以卡馬西平(CBZ)為代表的PPCPs類有機(jī)物污染風(fēng)險的能力.結(jié)果顯示,Freundlich吸附模型可以更好描述PAC對CBZ的吸附規(guī)律;假一級動力學(xué)對CBZ吸附動力學(xué)過程模擬結(jié)果良好,假二級動力學(xué)更適合模擬時間大于1h的吸附過程;200～300目PAC具有較大的吸附容量和較快的吸附速率;在模擬配水試驗(yàn)中,磁性樹脂與PAC聯(lián)用相比單獨(dú)使用PAC時,DOC去除率提高了40.64%,UV254去除率提高了41.27%,CBZ去除率提高了14.72%.在去除水中有機(jī)污染物過程中,磁性樹脂與PAC間存在協(xié)同作用,磁性樹脂預(yù)處理強(qiáng)化了PAC對CBZ的去除效果.

粉末活性炭；卡馬西平；磁性樹脂；強(qiáng)化

粉末活性炭(PAC)可以有效去除水的嗅味以及酚、鹵代甲烷、天然有機(jī)物和各種有毒有害物質(zhì)等[1],常作為應(yīng)對水質(zhì)季節(jié)性惡化及突發(fā)性事故的水源凈化處理技術(shù).隨著人們生活衛(wèi)生水平提高,藥物和個人護(hù)理用品(PPCPs)得到大量廣泛的應(yīng)用,導(dǎo)致這類微量有機(jī)污染物在環(huán)境水體中越來越頻繁被檢出[2-4],其中,以卡馬西平(Carbamazepine,CBZ)為代表的神經(jīng)類藥物,由于具有一定的生態(tài)毒性[5],在現(xiàn)階段備受矚目.目前,常規(guī)水處理工藝不能有效去除水中的 PPCPs[6],這就對PAC是否能應(yīng)對PPCPs類有機(jī)污染物風(fēng)險提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn).

在PAC去除水體中PPCPs方面,國內(nèi)鮮有報道,但國外已做了大量的研究工作∶Adams等[7]在去除水中μg/L水平的抗生素試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),當(dāng)PAC投加5mg/L時,抗生素去除率僅為25%～50%,直到投加50mg/L時,去除率才大于90%.這是因?yàn)椴糠炙幬飳钚蕴课酱嬖陬B強(qiáng)的抗性,且水中天然有機(jī)物含量和特性也對 PPCPs的去除效果有重要影響[8].Ternes等[9]認(rèn)為雖然 PAC對常見PPCPs去除效果顯著,但PAC使用成本較高,且PAC吸附飽和后如果處理不當(dāng)也會帶來二次污染.

然而,近年來發(fā)展迅速的磁性離子交換樹脂(MIEX?)技術(shù)已在澳大利亞和美國等地區(qū)廣泛應(yīng)用于水中有機(jī)污染物的去除[10-11].大量研究表明[12-15],MIEX?主要可以去除水中帶負(fù)電的溶解性天然有機(jī)物,DOC去除率可達(dá) 60%以上,還具有工藝效率高、占地面積小、操作運(yùn)行簡單、樹脂可循環(huán)再生等優(yōu)點(diǎn)[16].

基于水源水中PPCPs突發(fā)污染問題,本文以典型污染物CBZ為對象,研究PAC對水中CBZ的去除規(guī)律,并就自主研發(fā)的磁性樹脂材料,考察磁性樹脂與PAC聯(lián)用時對水中有機(jī)污染物的去除效能,分析探討磁性樹脂預(yù)處理對PAC吸附去除CBZ的影響,為水源水中突發(fā)性CBZ污染的實(shí)際應(yīng)急處理提供一種新思路.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)試劑和儀器

主要試劑∶卡馬西平標(biāo)準(zhǔn)樣品(純度均>99.0%,規(guī)格為5g,比利時Acros公司),甲醇(色譜純,阿拉丁試劑),試驗(yàn)用水為超純水.

主要儀器∶高效液相色譜儀(LC—20A,日本島津有限公司),C18固相萃取柱(500mg/3mL, VARIAN公司),水浴氮吹儀(HSC-12B,天津恒奧科技有限公司),循環(huán)水式真空泵(SHZ-D(Ⅲ),鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司),TOC分析儀(Multi N/C 2100,德國耶拿分析儀器股份公司),紫外可見分光光度計(jì)(T6新世紀(jì),北京普析通用儀器有限責(zé)任公司),混凝試驗(yàn)攪拌機(jī)(ZR4—6,深圳中潤水工業(yè)技術(shù)發(fā)展有限公司),水浴恒溫振蕩器(SHZ—28,常州諾基儀器有限公司).

1.2 試驗(yàn)材料

煤質(zhì)顆粒活性炭(亞甲藍(lán)值 151mg/g,碘值781mg/g,苯酚值 146mg/g)經(jīng)破碎篩分后得80～320目粉末活性炭,各目數(shù)下活性炭孔隙特征見表1.

表1 粉末活性炭孔隙特征Table 1 Pore characteristics of powdered activated carbon

自主研發(fā)的磁性強(qiáng)堿型離子交換樹脂,簡稱磁性樹脂,具體制備方法見專利201210054063.6.磁性樹脂性能表征見表2.

表2 磁性樹脂的理化性能Table 2 Physico-chemical properties of magnetic resin

1.3 試驗(yàn)方法

已有研究表明CBZ在水環(huán)境中濃度一般為ng/L～μg/L 水 平[6],但 也 有 高 達(dá) 13.794～16.522μg/L的報道[17].因此,為便于研究對 CBZ的去除規(guī)律,適當(dāng)放大調(diào)整 CBZ初始濃度為200μg/L.

第 1階段,采用純水配水試驗(yàn).采用濃度為100mg/L的CBZ標(biāo)準(zhǔn)儲備液和超純水配制CBZ濃度為200μg/L的原水樣.通過靜態(tài)吸附試驗(yàn),擬合PAC對CBZ的吸附等溫線和吸附動力學(xué)方程,考察80～320目下PAC對CBZ的吸附容量和吸附速率,比選最優(yōu) PAC目數(shù).通過動態(tài)吸附試驗(yàn),在最優(yōu)目數(shù)下,確定PAC去除CBZ的最佳投加濃度和反應(yīng)時間.

第2階段,采用模擬配水試驗(yàn).利用超純水配制濃度為4mg/L左右的腐殖酸溶液,然后向其中投加一定量的 CBZ標(biāo)準(zhǔn)儲備液,使最終水樣中CBZ濃度為 200μg/L,來模擬天然水源水中有機(jī)物組分.先考察單獨(dú)使用PAC時對水中天然有機(jī)物和 CBZ的去除效果.再研究磁性樹脂和 PAC的聯(lián)用工藝,在原水中投加磁性樹脂經(jīng)行攪拌預(yù)處理,然后取其上清液進(jìn)行 PAC的吸附試驗(yàn),探討磁性樹脂預(yù)處理對 PAC去除天然有機(jī)物和CBZ的強(qiáng)化效果和機(jī)理.

1.4 檢測項(xiàng)目與方法

1.4.1 常規(guī)指標(biāo)的測定 UV254采用 Millipore 0.45μm微孔濾膜,紫外分光光度計(jì)測定;DOC采用Millipore 0.45μm微孔濾膜,TOC儀測定.

1.4.2 CBZ的測定 含目標(biāo)物CBZ的水樣經(jīng)Anpel 0.22μm 微孔濾膜過濾后,再經(jīng)固相萃取柱富集濃縮,然后通過高效液相色譜法進(jìn)行測定,檢測條件為∶色譜柱采用日本島津 GL Inertsil ODS—SP色譜柱(4.6mm×250mm,5μm),流動相為 V(甲醇)∶V(水)=60∶40,流速為1mL/min,柱溫為25℃,檢測波長為285nm,進(jìn)樣量為20μL[17].

2 結(jié)果與討論

2.1 PAC對CBZ去除效果的研究

2.1.1 CBZ吸附等溫線擬合 選擇80～100、100～200、200～300、300～320目數(shù)的PAC進(jìn)行試驗(yàn),向一系列含有 CBZ濃度為 200μg/L的100mL原水中分別投加10,20,30,40,50mg/L的不同目數(shù)的PAC,置于恒溫振蕩器中,溫度控制為 20℃,調(diào)整合適的振蕩頻率,勻速振蕩 1h,然后用濾紙過濾,實(shí)現(xiàn)炭液分離,再用 0.22μm 微孔濾膜抽濾,測定濾液中剩余CBZ濃度.將試驗(yàn)結(jié)果分別進(jìn)行Langmuir和Freundlich吸附模型擬合.

Langmuir吸附模型

吸附模型公式(1)和(2)經(jīng)線性化后分別為式(3)和(4)∶

式中,eq為平衡吸附容量,mg/g;eC為吸附平衡時剩余 CBZ濃度,mg/L;mq為最大吸附容量,mg/g; K、1/n和b均為常數(shù).

4種不同目數(shù)PAC對CBZ吸附等溫線的Langmuir吸附模型和 Freundlich吸附模型擬合結(jié)果見圖1及表3.

圖1 CBZ吸附等溫線Fig.1 Adsorption isotherms of CBZ

由表3可知,4種PAC對CBZ的Freundlich吸附模型的擬合相關(guān)度均要大于Langmuir吸附模型擬合相關(guān)度.分析原因是水中相對較低的CBZ濃度和相對較高投加濃度的PAC(>10mg/L)造成活性炭表面吸附的CBZ分子沒有達(dá)到完全的單層分子分布.如果 CBZ濃度較高,則描述單分子層吸附的 Langmuir吸附等溫線會比Freundlich吸附等溫線有更好的擬合效果.故以Freundlich吸附模型作為下一步選擇活性炭目數(shù)的依據(jù).

表3 CBZ吸附等溫線模型擬合參數(shù)Table 3 Fitting parameters of the CBZ adsorption isotherms

式(4)中直線的截距為logK,斜率為1/n.K值越大,活性炭的平衡吸附容量越大.1/n值表示隨著吸附質(zhì)質(zhì)量濃度的增加吸附容量增加的速度.通常1/n值在0.1～0.5時容易吸附,當(dāng)1/n>2時難以吸附[18].利用K和1/n兩個參數(shù),可以比較不同活性炭的吸附特性.4種 PAC的 logK值分別為∶0.807、1.099、1.499、1.197;1/n值分別為∶0.173、 0.290、0.376、0.301,其中200～300目的PAC的logK值最大為1.499,相應(yīng)K值為31.55,且1/n值為0.376在0.1～0.5的范圍內(nèi).綜上,得出200～300目的PAC的K值和1/n值較為合適,對CBZ表現(xiàn)出了良好的吸附效果和相對穩(wěn)定性,其吸附等溫線方程為

根據(jù)所得吸附等溫線方程,可以計(jì)算出各種去除要求下PAC的理論用量.由于目前國際上針對自然水環(huán)境中殘留的CBZ濃度并未做出任何的限定,根據(jù)環(huán)境中CBZ的濃度分布及凈水工藝的處理能力,參考《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》[19]中對其他微量有機(jī)污染物限值的規(guī)定,在本研究中原水的CBZ濃度為200μg/L情況下,要求PAC吸附后CBZ的濃度低于20μg/L,去除率達(dá)到90%以上,以此來計(jì)算 PAC投加濃度.代入平衡濃度條件,得到當(dāng) CBZ的濃度為 20μg/L時對應(yīng)的PAC 平衡吸附容量為7.247(μg/mg).因此,理論上所需200～300目PAC的投加濃度為

2.1.2 CBZ吸附速率 配制一系列含有CBZ濃度為200μg/L的100mL原水樣,分別投加30mg/L的4種不同目數(shù)的PAC,置于恒溫振蕩器中,分別在振蕩時間為10,20,30,40,50min時取樣,測定剩余CBZ濃度,考察4種PAC對CBZ的吸附速率.吸附時間對PAC吸附CBZ效果影響見圖2.

圖2 吸附時間對CBZ去除效果的影響Fig.2 Effects of adsorption time on removal efficiency of CBZ by powdered activated carbon

由圖2可以看出,除80～100目的PAC外,其他3種目數(shù)的PAC在吸附初期的前10min內(nèi)對CBZ的吸附速度都很快,CBZ的濃度迅速下降,屬于快速吸附階段.其中,200～300目的 PAC對CBZ的去除曲線斜率最大,反應(yīng)最為迅速.在10min后,CBZ的去除率隨即開始減緩,進(jìn)行到30min時,CBZ的去除率已可達(dá) 80%～90%,且隨時間推移變化不大.在吸附時間到達(dá) 50～60min時,CBZ的剩余濃度基本保持在各條件下的最低水平,PAC對CBZ的吸附趨于平衡.

為進(jìn)一步闡述4種PAC對CBZ的吸附速率情況,分別采用以下 2種常用的簡化動力學(xué)模型對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合[20].

假一級動力學(xué)方程

假二級動力學(xué)方程

式中,t為吸附時間,min;qe為平衡吸附容量, mg/g;qt為t時刻的吸附容量 mg/g;k1,m in?1和k2,g/(mg?min)分別為假一級和假二級動力學(xué)吸附速率常數(shù).

4種不同目數(shù)PAC對CBZ吸附動力學(xué)模型擬合結(jié)果見圖3及表4.

圖3 CBZ吸附動力學(xué)曲線Fig.3 Adsorption kinetic curves of CBZ

表4 CBZ吸附動力學(xué)模型擬合參數(shù)Table 4 Fitting parameters of the CBZ adsorption kinetics

由圖3和表4可知,假一級和假二級動力學(xué)模型均能較好描述PAC對CBZ的吸附動力學(xué)過程, 擬合相關(guān)度R2都在0.99以上.假一級和假二級方程速率常數(shù)以及平衡吸附容量大小排序是相同的,為 200～300>300～320>100～200>80～100目.這與圖2所表現(xiàn)出的200～300目PAC吸附速率最快,80～100目 PAC吸附速率最慢的結(jié)果一致.雖然假二級比假一級模型相關(guān)度更高,但假一級模型計(jì)算所得的平衡吸附容量與實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果相差較小.這是由于實(shí)驗(yàn)測得平衡吸附容量是吸附進(jìn)行 1h的結(jié)果,是偽平衡吸附容量,隨著吸附時間的延長,偽平衡吸附容量會有所增加,因此,假二級模型更適合描述吸附時間大于1h的吸附過程.

2.1.3 PAC投加濃度和反應(yīng)時間的確定 利用試驗(yàn)優(yōu)選出的200～300目PAC來處理含有CBZ的原水.在CBZ濃度為200μg/L的100mL原水中,分別投加 10,20,30,40,50mg/L的 PAC,置于振蕩器中,每隔10min取樣,然后測定濾液中CBZ剩余濃度,確定200～300目PAC最佳投加濃度及反應(yīng)時間,結(jié)果如圖4所示.

圖4 PAC投加濃度及反應(yīng)時間對CBZ去除效果的影響Fig.4 Effects of dosage and time on removal efficiency of CBZ by powdered activated carbon

由圖4的試驗(yàn)結(jié)果可知,隨著PAC投加濃度增加,水中CBZ的去除率也隨之提高,但是CBZ的去除率并不是均勻增加的.投加的PAC濃度越高,CBZ的去除率提高越不明顯,使得在去除率相對穩(wěn)定后,PAC投加濃度為50mg/L比40mg/L時去除率僅提高了 2.06%～2.33%.在吸附初期PAC對CBZ的吸附速率很大,CBZ的濃度降低很快,當(dāng)反應(yīng)10min后,不同投加濃度下PAC的吸附速率均開始下降,CBZ濃度降低的速度逐漸變緩,這與 2.1.2的試驗(yàn)結(jié)果是一致的.當(dāng)反應(yīng)時間達(dá)到30min時,PAC對CBZ的去除率已基本不變,PAC對CBZ的吸附趨于動態(tài)平衡狀態(tài).

根據(jù)《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》[21]中規(guī)定∶“粉末活性炭用量宜為5～30mg/L”,考慮到本試驗(yàn)研究的是水源水中微量CBZ突發(fā)污染的情況,確定200～300目PAC的最佳投加濃度為40mg/L是可以接受的,反應(yīng)時間為30min,此時CBZ的去除率為90.83%,可滿足剩余CBZ濃度小于20μg/L的要求.

2.2 磁性樹脂與 PAC聯(lián)用對天然有機(jī)物和CBZ的去除效果研究

2.2.1 PAC對水中天然有機(jī)物和CBZ去除 根據(jù)2.1.3中確定的PAC最佳投加濃度和反應(yīng)時間,通過調(diào)制腐殖酸溶液來模擬實(shí)際水體中有機(jī)物分布條件,考察天然有機(jī)物和CBZ同時存在情況下PAC對水體的凈化效果.試驗(yàn)結(jié)果見表5.

表5 PAC對模擬配水中有機(jī)污染物的去除效果Table 5 Removal of organic contaminants in simulated source water by powdered activated carbon

如表5所示,相比純水配水情況,CBZ的去除率有了明顯的下降,只有76.59%,降低了14.24%.但與此同時,DOC和UV254均得到了一定的去除.這說明天然有機(jī)物的存在確實(shí)會與CBZ在PAC表面上產(chǎn)生競爭吸附現(xiàn)象.已有研究表明[22-23],在PAC表面上主要發(fā)生兩種競爭機(jī)理∶直接的吸附位點(diǎn)的競爭和PAC孔洞堵塞.由于腐殖酸的分子量分布在幾百至數(shù)萬之間,小分子量部分會通過直接點(diǎn)位競爭作用與CBZ進(jìn)行競爭吸附,而分子量較大的部分在到達(dá)PAC表面的過程中則會對CBZ分子起到阻擋作用[24],同時還會堵塞 PAC表面的微孔,使得CBZ分子較難擴(kuò)散至PAC表面上以至進(jìn)入PAC的內(nèi)部孔道.這些原因均會導(dǎo)致PAC吸附CBZ過程變得更加困難,去除效果有所下降.

2.2.2 磁性樹脂與PAC聯(lián)用對水中天然有機(jī)物和CBZ去除 將磁性樹脂作為PAC凈水的強(qiáng)化手段,原水通過磁性樹脂預(yù)處理后,再經(jīng) PAC吸附,研究聯(lián)用工藝對模擬配水中混合有機(jī)污染物的去除規(guī)律.

向配制好的一系列1L模擬水樣中分別投加5～20mL磁性樹脂,攪拌速度為 200r/min,反應(yīng)每隔 10min取出水樣 100mL,分離出磁性樹脂后,再加入 40mg/L的 200～300目 PAC,吸附反應(yīng)30min.原水水質(zhì)為水溫 18.3℃,pH 6.9,DOC 4.14mg/L, UV2540.229cm-1,CBZ 200μg/L.去除效果見圖5、圖6和圖7.

圖5 磁性樹脂與PAC聯(lián)用對DOC的去除效果Fig.5 Removal efficiency of DOC by the combination of magnetic resin and powdered activated carbon

圖6 磁性樹脂與PAC聯(lián)用對UV254的去除效果Fig.6 Removal efficiency of UV254by the combination of magnetic resin and powdered activated carbon

由圖5和圖6顯示出,磁性樹脂在去除天然有機(jī)污染物方面做出了主要貢獻(xiàn).DOC去除率隨樹脂投加濃度增加而穩(wěn)步提高,處于 63.04%～84.54%的范圍.在小投加濃度下,UV254的去除率受樹脂投加濃度影響變化較大,但當(dāng)投加濃度提高到15mL/L時,去除率已可基本穩(wěn)定在90%以上.從時間上來看,顯然反應(yīng)時間越長,有機(jī)物去除效果越好.但是,樹脂預(yù)處理30min后,時間延長對有機(jī)物去除率的提高已無明顯作用.在經(jīng)過PAC的吸附后,PAC對DOC和UV254凈化作用十分有限,去除率均不到10%.這是因?yàn)榻?jīng)過預(yù)處理后,水中剩余的是磁性樹脂難以處理的大分子量疏水性有機(jī)物[14],同時由于大分子量有機(jī)物易堵塞PAC孔道[25],所以PAC對這部分有機(jī)物去除效果也很差.但兩者工藝聯(lián)用后對 DOC去除率為 65.94%～86.96%、UV254去除率為 70.14%～99.40%,明顯要優(yōu)于單獨(dú)使用PAC時DOC去除率35.45%、UV254去除率51.88%.

圖7 磁性樹脂與PAC聯(lián)用對CBZ的去除效果Fig.7 Removal efficiency of CBZ by the combination of magnetic resin and powdered activated carbon

由圖7可以看出,PAC發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積在吸附去除CBZ這樣小分子有機(jī)物方面發(fā)揮了強(qiáng)大的潛力.通過磁性樹脂與 PAC的聯(lián)用,顯著提高了PAC對CBZ的吸附效果,去除率為81.69%～88.07%,相比單獨(dú)使用PAC時的去除率76.59%要高出許多,而且聯(lián)用工藝對CBZ的總?cè)コ蕿?83.20%～95.82%.以上結(jié)果再一次證實(shí),天然有機(jī)物的存在確實(shí)會阻礙PAC對CBZ這類小分子有機(jī)物的吸附.

在本試驗(yàn)中,磁性樹脂雖然對CBZ也有直接的去除效果,但去除率僅為 1.51%～11.39%,更為重要的是磁性樹脂預(yù)處理可以改善PAC對CBZ的吸附環(huán)境,即降低了原水中大分子天然有機(jī)物對PAC表面微孔堵塞的程度,減少了小分子量部分與CBZ間的直接競爭吸附作用.通過這些作用,磁性樹脂強(qiáng)化了PAC對水中CBZ的吸附去除效果.這與 Humbert等[26]在研究離子交換樹脂與PAC聯(lián)用去除水中微量阿特拉津的研究結(jié)果類似.此外,在去除水中天然有機(jī)物和 CBZ兩方面,磁性樹脂和PAC各自承擔(dān)相應(yīng)的主體工藝實(shí)現(xiàn)去除,彌補(bǔ)了各自工藝效果的缺陷,兩者間是具有協(xié)同作用的.若將磁性樹脂預(yù)處理工藝應(yīng)用于實(shí)際中,也將極大減少 PAC的使用量,降低制水成本,這需要進(jìn)一步的工作展開研究.

綜合以上試驗(yàn)結(jié)果,當(dāng)磁性樹脂預(yù)處理10min后,大部分DOC和UV254便可被去除,隨后的時間里去除速度逐漸減慢,30min后去除率基本不再增加.而當(dāng)磁性樹脂投加濃度達(dá)到10mL/L后,聯(lián)用工藝對CBZ的去除效果已難以提高.鑒于此,針對溫度18.3℃、pH值6.9、DOC值 4.14mg/L、UV254值 0.229cm–1、CBZ濃度200μg/L的模擬水樣,確定聯(lián)用工藝的運(yùn)行參數(shù)為∶磁性樹脂投加濃度為 10mL/L,反應(yīng)時間為30min,攪拌速度為 200r/min,其后串聯(lián) 200～300目PAC,投加濃度為40mg/L,反應(yīng)時間為30min.在此最優(yōu)工況下,DOC去除率為76.09%,UV254去除率為93.15%,CBZ去除率為91.31%,CBZ殘余濃度低于20μg/L.

3 結(jié)論

3.1 Freundlich吸附模型相比Langmuir吸附模型可以更好地模擬PAC對CBZ的吸附規(guī)律,擬合吸附等溫線方程為.假一級吸附模型適合描述1h以內(nèi)的CBZ的吸附過程,吸附時間大于1h時,選用假二級吸附模型擬合效果較好.200～300目PAC在吸附容量和吸附速率兩個方面表現(xiàn)最為突出,選為PAC最優(yōu)目數(shù).

3.2 單獨(dú)使用 PAC對模擬水樣進(jìn)行處理,由于天然有機(jī)物與CBZ間存在競爭吸附現(xiàn)象,CBZ去除率僅為 76.59%.競爭機(jī)理主要包括∶小分子天然有機(jī)物與CBZ直接競爭PAC表面上的吸附位點(diǎn);大分子天然有機(jī)物阻擋CBZ擴(kuò)散至PAC表面,且堵塞PAC表面微孔阻止CBZ進(jìn)入PAC內(nèi)部孔道.

3.3 磁性樹脂預(yù)處理提高了天然有機(jī)物的去除效果,減輕了天然有機(jī)物與CBZ在PAC表面上的競爭吸附現(xiàn)象,使得PAC能充分吸附去除CBZ.磁性樹脂和PAC兩者之間具有協(xié)同作用,磁性樹脂預(yù)處理可以強(qiáng)化PAC對水中CBZ的去除效果.

3.4 在最優(yōu)工況下,聯(lián)用工藝對有機(jī)物的去除效果∶DOC去除率為 76.09%,UV254去除率為93.15%, CBZ去除率為91.31%.

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Influences of magnetic resin pre-treatment on powdered activated carbon removing CBZ in water.

CHEN Wei1,2, CHEN Wen2, LIU Cheng2*, ZHANG Shan2, ZHU Hao-qiang2
(1.Key Laboratory of Integrated Regulation and Resource Development Shallow Lakes, Ministry of Education, Hohai University, Nanjing 210098, China；2.College of Environment, Hohai University, Nanjing 210098, China). China Environmental Science, 2014,34(3)：630～637

Facing increasing PPCPs pollution in source water, carbamazepine (CBZ) as typical pollutant was studied to be removed by powdered activated carbon with magnetic resin pre-treatment. Freundlich model was more appropriate to describe the adsorption pattern of CBZ in aqueous solution. The adsorption kinetics of CBZ could be well described with pseudo-first-order kinetic equation, whereas pseudo-second-order kinetic equation was better for the description of the adsorption process more than 1h. 200～300mesh PAC showed the largest adsorption capacity and fastest adsorption speed to CBZ. In the study of simulated source water treatment, compared with using PAC alone, the combination of magnetic resin and PAC improved the removal efficiency of DOC by 40.64%, UV254by 41.27%, CBZ by 14.72% respectively. The results of this research indicate that there is a kind of cooperative effect between magnetic resin and PAC on removing organic pollutants in water, which results in the enhanced removal efficiency of CBZ by PAC adsorption with magnetic resin pre-treatment.

powdered activated carbon；carbamazepine；magnetic resin；enhancement

X703.5

：A

：1000-6923(2014)03-0630-08

陳 衛(wèi)(1958-),女,黑龍江哈爾濱人,教授,博士,主要從事水污染控制理論與技術(shù)研究.發(fā)表論文80余篇.

2013-06-25

國家科技重大專項(xiàng)(2012ZX07403-001);國家自然科學(xué)基金(51178159)

* 責(zé)任作者, 副教授, liucheng8791@hhu.edu.cn