活性炭吸附低进水浓度下的cVOC

　　目前还有很多人从地下水来获得饮用水，为了测试地下水的安全性，我们从上千口井中抽取的地下水样本中。发现有超过19%的挥发性有机化合物(VOC)的浓度为0.2μg/L或更高，并且在这19%中还有3%的cVOC(含氯挥发性有机化合物)。为了保护饮用水的安全活性炭吸附是去除多种有机化合物的可行水处理技术，也是目前cVOC的合适去除技术，但二氯甲烷和氯乙烯除外。由于高浓度下去除效果比较好，所以我们这次的目标是评估活性炭在亚微克每升范围内的较低浓度下去除一组cVOC的效果。

　　活性炭和水样品cVOC的准备

　　活性炭是由煤经过多种工艺制成的是一种典型用于VOC吸附的吸附剂。水样分别使用了13种化合物分别是氯乙烯，二氯甲烷，1122-四氯乙烷，11-二氯乙烷，12-二氯乙烷，12-二氯丙烷，四氯化碳，13-丁二烯，1112-四氯乙烷，123-三氯丙烷，苯，三氯乙烯和四氯乙烯。在所有实验中均对化合物进行了单独研究。规定的最大污染物水平，分析检出限，Freundlich参数，最小平衡浓度，以及进水cVOC浓度为预期的平衡固相负荷。

　　位移解吸

　　cVOC与其他吸附物(例如背景基质中的溶解有机物)之间竞争的一项指标是观察到活性炭吸附器的流出物浓度超过了流入物浓度。当将竞争性吸附物(溶解有机物或另一种目标有机物)引入吸附器时，会发生这种现象，称为位移。较弱的吸附化合物将比较强吸附的化合物更快地通过吸附器。当较强的化合物进一步到达活性炭床中时，它将与(先前吸附的)较弱的化合物竞争一个吸附位点，并可能取代较弱的化合物。这会导致流出液中既包含进水中的污染物质量又包含被置换的污染物的质量，并导致归一化的废水浓度(C/C0)大于1.0。

　　大位移解吸的一个例子可见于图1用于123-三氯丙烷。空床接触时间(EBCT)7.5分钟色谱柱产生一个大的C/C0峰，流出物浓度为13μg/L，几乎是进样浓度的两倍，这是由于位移脱附所致。15分钟的EBCT色谱柱在100%穿透后不久即中断，因此未获得峰置换浓度。虽然溶解有机物突破，由TOC测量，在大约65000个床体积达到75%时，可能仍然被去除溶解有机物的一个小孔吸附级分。在活性炭吸附过程中吸附良好的溶解有机物组分与吸附的VOC竞争，并引起位移。即使此吸附良好的溶解有机物分数仅为进水TOC的5%，其浓度仍为50μg/L，是VOC浓度的10倍。

　　图1：含氯挥发性有机化合物(活性炭的穿透曲线=7.3微克/升)。

　　活性炭的结垢

　　空床接触时间对突破的影响说明如下：图2用于123-三氯丙烷。尽管7.5分钟和15分钟EBCT的123-三氯丙烷突破的开始是相似的，但在100,000床体积之后，与7.5分钟EBCT相比，15分钟EBCT的突破更早。更长的EBCT容量降低可能是活性炭结垢的结果，这是由于更强的吸附力和不可置换的DOM到达吸附床的更深处，并超过了目标有机物的吸附位点和/或覆盖了活性炭颗粒的孔而导致的。时间并防止进一步的目标有机物吸附。通过比较相似突破点的吞吐能力差异，说明了EBCT对其他cVOC的活性炭性能的影响，其中负值表示在15分钟EBCT时容量更大，正值表示在7.5分钟EBCT时容量更大(或在15分钟EBCT时容量较小)。床体积数量达到突破的10%，50%或75%的平均容量差异(不包括VC，因为未评估15分钟EBCT)分别为-0.1%，9%和13%，表明在运行时容量没有损失。15分钟的EBCT突破了10%，突破了适度的容量，因为更长的EBCT结垢了，因此突破了50%和75%。

　　取决于被处理水的背景基质中有机物的性质，增加的EBCT可能会由于共同加载或预加载条件和DOM结垢而或多或少地吸附目标有机物。EBCT对柱耗竭程度的影响以及VOC对活性炭的亲和力(以床体积测量的通量)均显示在图4。在图中，从负百分比差异变为正百分比差异说明了15分钟的EBCT因结垢而无效的时间。虚线表示TOC突破50%的平均床层体积(n=20);23,000个床位。在与TOC突破相似的通量值下，在15分钟EBCT中一些BV10值为负且更有利，但是在7.5分钟EBCT中它们相应的BV50和BV75值为正且更有利，表明该色谱柱有些结垢体力消耗百分比增加。

　　图2：空床接触时间对吞吐率的影响达到10%，50%和75%的突破。

　　活性炭吸附低进水浓度下的cVOC评估了13种挥发性有机化合物在低μg/L进料浓度下的活性炭性能，目标地下水浓度为0.5μg/L。在另外两个地下水中也评估了一种化合物1,2DCA。VC和DCM很快就取得了突破，这表明活性炭并不是可行的技术。对于其余的挥发性有机化合物，RSSCT的突破时间范围很广，在RSSCT中成功研究的所有VOC化合物(包括VC和DCM)均导致位移解吸，出水浓度超过进水浓度。这归因于地下水中DOM的强吸附性，因为所有运行都是在掺入地下水的单一VOC的条件下进行的。已发现背景DOM结垢效应的证据，导致通量适度下降，当EBCT从7.5分钟增加到15分钟时，通量平均下降9%到13%到50%和突破75%。对于成功评估的7种VOC，活性炭吸附将是一项可行的技术。