褐煤半焦用于源水除味的試驗(yàn)研究

李 強(qiáng)，江建忠，徐正泉，肖 平

（中國(guó)華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院有限公司，北京102209）

近年來，我國(guó)經(jīng)濟(jì)步入高速增長(zhǎng)的階段，與之伴生的是經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)情況下環(huán)境污染的日益加重。由于化學(xué)和生物等不同因素的影響，自然水體、生活飲用水和污水都存在著日益嚴(yán)重的異味問題。例如2007年春夏之交的無錫自來水出現(xiàn)異味，影響范圍很廣，在全國(guó)乃至世界上都引起了關(guān)注。在人們對(duì)生活質(zhì)量要求越來越高的今天，水源異味及異味的去除日益引起人們的重視。

自然水體出現(xiàn)異味并非我國(guó)所獨(dú)有，凡是湖泊、水庫及河流都可能發(fā)生。美國(guó)、日本等工業(yè)化國(guó)家均有所發(fā)生，其中典型的事例就是日本的琵琶湖事件。琵琶湖是日本東京（京都）阪（大阪）神（神戶）地區(qū)的重要水源，發(fā)生過硅藻和藍(lán)藻帶來的異味爆發(fā)，東京的水源多摩川也發(fā)生過類似事件。

產(chǎn)生水中異味的物質(zhì)已由日本科研人員從放線菌中分離出來，推定其為：mucidon和geosmin（亦有稱為diosminr），其結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 褐煤半焦粉投加量與出水濁度關(guān)系曲線

根據(jù)產(chǎn)生異味物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，人們認(rèn)為這兩種物質(zhì)是可以被活性炭吸附的，因此均集中力量對(duì)活性炭吸附進(jìn)行研究。

北京自來水集團(tuán)有限責(zé)任公司、中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心通過臭氧、高錳酸鉀預(yù)氧化和粉末活性炭對(duì)水中2-甲基異莰醇 （MIB）的去除試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，粉末活性炭對(duì)其處理效果最佳。

常規(guī)粉末活性炭雖然用于異味去除效果良好，但成本較高。探索褐煤半焦在源水除味水處理的應(yīng)用，主要是因?yàn)槲覈?guó)水處理市場(chǎng)發(fā)展迅猛，潛力巨大，特別是對(duì)深度處理、循環(huán)利用的新工藝、新材料需求十分迫切，急需穩(wěn)定可靠、豐富廉價(jià)的吸附凈化材料。

我國(guó)褐煤資源豐富（1303億t），主要分布在內(nèi)蒙古（占全國(guó)褐煤儲(chǔ)量的77%）和云南（占全國(guó)褐煤儲(chǔ)量的13%）境內(nèi)。近年來，為了充分利用豐富的褐煤資源而進(jìn)行褐煤提質(zhì)品（褐煤半焦）的大量深加工。中國(guó)華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院有限公司開發(fā)了流化床輕度氣化褐煤提質(zhì)技術(shù)工藝，用于對(duì)褐煤進(jìn)行提質(zhì)處理，生產(chǎn)提質(zhì)褐煤。初步分析表明，采用該技術(shù)生產(chǎn)的褐煤半焦具有類似活性炭的特性，有著較發(fā)達(dá)的中孔結(jié)構(gòu)和比表面積，具有一定的吸附能力，在源水除味處理方面具有潛在的利用價(jià)值，值得進(jìn)一步研究。同時(shí)，采用該技術(shù)生產(chǎn)的褐煤半焦其生產(chǎn)成本要遠(yuǎn)低于常規(guī)活性炭的生產(chǎn)成本，具有十分重要的經(jīng)濟(jì)意義。

1 褐煤半焦的吸附特性

吸附指標(biāo)通常用碘值、亞甲藍(lán)吸附值和糖蜜來衡量，分別表征不同的孔隙尺寸。

對(duì)褐煤半焦樣品的吸附指標(biāo)進(jìn)行了試驗(yàn)室分析，結(jié)果如表1。表1中同時(shí)列出了常規(guī)活性炭的指標(biāo)值作為對(duì)比參考。

表1 褐煤半焦粉的吸附指標(biāo)

可以看出，褐煤半焦粉雖然吸附能力較常規(guī)活性炭有一定差距，但仍有較強(qiáng)的吸附能力?？紤]到其較之于常規(guī)活性炭較大的成本優(yōu)勢(shì)，褐煤半焦有應(yīng)用于水處理的潛在價(jià)值。

2 褐煤半焦去除水中異味的試驗(yàn)研究

為了探索褐煤半焦在源水除味處理領(lǐng)域的應(yīng)用，選用褐煤半焦粉，采用攪拌法，進(jìn)行了褐煤半焦粉源水除味的試驗(yàn)研究。

2.1 試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)所有主要儀器包括：QP2010S氣相色譜儀（島津，日本），PTX-5MS毛細(xì)管柱（30mm×0.25mmID×0.25um），CJ型四連恒溫磁力攪拌器（江蘇）等。

2.2 試劑及標(biāo)樣

已有的研究表明，導(dǎo)致源水異味的主要物質(zhì)為土臭素和2-甲基異莰醇，本次試驗(yàn)將采用上述兩種物質(zhì)作為主要的致臭物質(zhì)配置一定濃度的溶液替代源水進(jìn)行試驗(yàn)。

土臭素（GSM）和2-甲基異莰醇（2-MIB）為標(biāo)準(zhǔn)品，購于Singma Adrich試劑公司，純度≥98%；氯代辛烷（1-chiorooctane）為標(biāo)準(zhǔn)品，購自Ficka公司，正乙烷為色譜純，購自Sigma-Adrich公司，純度≥95%；試驗(yàn)用水為Milli-Q超純水（18.2MO），試驗(yàn)所用試劑NaC1和Na2SO4為分析純，使用前分別經(jīng)105℃、400℃烘干。標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液的制備：使用微量進(jìn)樣器精確量取一定量的GSM和2-MIB將其溶解于超純水中，配制成10mg/L的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。

2.3 試驗(yàn)方法

采用攪拌試驗(yàn)法，研究同一種褐煤半焦粉對(duì)異味的去除效果，主要是在固定源水水質(zhì)和投加條件下，變化同一種活性和煤粉投加量，檢測(cè)不同投加量對(duì)應(yīng)的出水質(zhì)量。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

不同的褐煤半焦粉投加量對(duì)應(yīng)的出水濁度、游離氯、殘留氯及異味濃度如表2。

表2 褐煤半焦粉除味試驗(yàn)結(jié)果 單位：ppm

由表2可知，隨著褐煤半焦粉投加量的增加，出水的濁度由2.0降至1.5，并且在投加量達(dá)到10ppm時(shí)達(dá)到穩(wěn)定值。隨著褐煤半焦粉投加量的增加，出水的pH值呈上升趨勢(shì)，由弱酸性水變成弱堿性水。褐煤半焦粉對(duì)水中的游離氯和殘留氯均有一定的吸附效果，其中游離氯在不添加褐煤半焦粉的情況下，其濃度為1.5ppm，當(dāng)褐煤半焦粉投加量增加到40ppm時(shí)，其濃度降至0.2ppm。殘留氯在不添加褐煤半焦粉的情況下，其濃度為3.2ppm，當(dāng)褐煤半焦粉投加量增加到40ppm時(shí)，其濃度降至0.8ppm，如圖2、圖3。

圖2 褐煤半焦粉投加量與游離氯關(guān)系曲線

圖3 褐煤半焦粉投加量與殘留氯曲線

試驗(yàn)研究表明，褐煤半焦粉對(duì)異味有著較強(qiáng)的吸附能力，原水的異味濃度為10ppm，當(dāng)褐煤半焦粉的投加量增加到40ppm時(shí)，出水的異味濃度即可降低至2ppm（基本無味）以下，異味基本消除，如圖4。

圖4 褐煤半焦PAC投加量與異味濃度關(guān)系曲線

4 結(jié)語

褐煤半焦具有類似活性炭的吸附特性，顯微結(jié)構(gòu)表明，褐煤半焦孔隙發(fā)達(dá)，裂隙及孔隙發(fā)育完全，具備水的除味處理的基本條件。試驗(yàn)研究表明，投加量達(dá)到40ppm時(shí)，能將水中的異味由10ppm降至2ppm以下。由于褐煤半焦的生產(chǎn)成本要遠(yuǎn)低于常規(guī)活性炭的生產(chǎn)成本，可以作為活性炭的替代品，用于源水的應(yīng)急投加處理，具有十分可觀的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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