摘要
基于水环境改善及再生水回用的需求，我国城镇污水处理厂的排放标准日益严格，其中不少地区要求出水水质执行《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）准Ⅳ标准。因此许多污水处理厂需要进行提标改造，其中进一步削减化学需氧量（COD）是重点和难点之一。城市污水经二级生化处理后，剩余COD多为溶解性难降解有机物,难以通过传统混凝沉淀和过滤工艺去除。活性炭吸附工艺可有效去除水中溶解性有机物，目前已广泛应用于饮用水处理，但在城市污水深度处理领域应用较少，其对二级出水中溶解性有机物的去除特性有待进一步研究。因此，本研究以城市污水厂二级出水为处理对象，研究颗粒活性炭对溶解性有机物的吸附性能和影响因素,并探究颗粒活性炭的改性方法，以强化其对溶解性有机物的吸附效果。 首先采用静态试验研究了颗粒活性炭（未经改性处理）对城市污水处理厂二级溶解性有机物的去除效果。结果表明，当TOC的初始浓度为12.98mg/L,UV254的初始含量为0.1641cm-1,投加量为0.8g/L时，颗粒活性炭对TOC和UV254的去除率分别为52.81％和77.30％,去除效果良好。研究了吸附剂投加量、活性炭粒径、pH和温度等对活性炭吸附性能的影响，确定最佳的吸附条件为:吸附剂投加量为0.6～0.8g/L,活性炭粒径为24～28目，pH为5～6,温度为20±0.5℃。动力学研究表明，颗粒活性炭对二级出水中溶解性有机物的吸附过程宜采用准二级动力学模型描述，表明活性炭对二级出水中溶解性有机物的吸附以化学吸附为主。此外,采用了Langmuir和Freundlich吸附等温线对吸附过程进行拟合，结果显示Freundlich吸附等温线的拟合效果更好，表明活性炭对溶解性有机物的吸附为多层吸附。 随后，分别采用2种表面氧化（硝酸改性和高锰酸钾改性）、2种表面还原（NaOH改性和KOH改性）和2种负载金属（负载铁改性和负载铜改性）改性方法对颗粒活性炭进行改性，并测试了6种改性活性炭对二级出水中溶解性有机物的吸附性能。结果表明，负载铁改性Fe-AC吸附性能最佳，当吸附剂投加量为0.7g/L时，对TOC和UV254去除率分别为62.34％和86.80％。经表征，Fe-AC上成功负载了氧化铁活性物质（Fe2O3）,总比表面积相比于未改性活性炭提高了29.3％,且吸附剂表面含有大量的含氧官能团。三维荧光光谱和紫外-可见光谱分析表明，Fe-AC对二级出水中腐殖质类大分子有机物有良好的去除效果。动力学研究表明,Fe-AC对二级出水中溶解性有机物的吸附过程宜采用准二级动力学模型描述，说明表明吸附过程以化学吸附为主。最后确定了Fe-AC最佳的吸附条件:水样pH=6,温度为35±0.5℃，吸附剂投加量为0.7g/L。 本研究表明颗粒活性炭对城镇污水处理厂二级出水中溶解性有机物具有良好的吸附性能，且经负载铁改性后，活性炭吸附性能可进一步提高。因此活性炭吸附为有效的城市污水处理厂深度处理方法。
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