秦國(guó)杰，安曉寧

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所，山西 太原 030031）

日益嚴(yán)重的水源污染已經(jīng)越來(lái)越受到城市人們的關(guān)注，污染的水體中存在許多有機(jī)物質(zhì)，腐植酸（HA）就是其中的一類。天然水體中的HA主要由水生植物的分解和低等浮游生物產(chǎn)生，其含量占到水體中有機(jī)成分的50%～90%[1]。HA也是強(qiáng)絡(luò)合劑，能夠消除水體中Pb2+，Cd2+，Cu2+等金屬離子和微量元素。與此同時(shí)，飲用水在氯化消毒時(shí)，水中的HA會(huì)與氯反應(yīng)產(chǎn)生三鹵甲烷、鹵乙酸等有害物質(zhì)，可對(duì)人體產(chǎn)生致癌、致突變、致畸作用[2]。

水體中的HA由于擁有復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，生物降解困難，因而過(guò)去的沉淀、消毒、降解等技術(shù)去除HA的效果甚微[3-6]。而粉末活性炭（PAC）化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，基本上由碳組成，且含有大量縫隙，擁有龐大的表面積，可作為疏水性吸附劑，應(yīng)用于水體污染治理，能夠有效去除水體中的有機(jī)物質(zhì)，并包括部分重金屬物質(zhì)。

針對(duì)傳統(tǒng)工藝難以有效去除城市水體中的HA[7-9]，本研究以太原市即將規(guī)劃、整治的景觀河北張退水渠池底泥中提取的HA為研究對(duì)象，采用PAC吸附法，探討了不同因素對(duì)PAC消除HA效果的影響，為PAC吸附技術(shù)運(yùn)用于景觀水體的去污提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

HA從太原市北張退水渠池底泥中提取，提取流程參照文獻(xiàn)[10]進(jìn)行。提取的HA用0.45 μm的醋酸纖維膜過(guò)濾后備用。

1.2 方法

采用單因素分析法，起始HA（HA0）設(shè)3個(gè)質(zhì)量濃度梯度，分別為 10，30，50 mg/L，pH＝7，腐植酸濃度的檢測(cè)參照席北斗等[11]的方法。起始pH值設(shè)3個(gè)梯度，分別為 4，7，10，HA0＝20mg/L，分別用 0.1mol/L H2SO4和 0.1 mol/L NaOH調(diào)節(jié)體系的pH值，用pHS-3B型酸度計(jì)進(jìn)行pH值測(cè)定。PAC以及硫酸鋁（Al2（SO4）3）與其聯(lián)用試驗(yàn)使用pH＝5的腐植酸溶液（20 mg/L），PAC設(shè)5個(gè)質(zhì)量濃度梯度，分別為100，200，300，400，500 mg/L，Al2（SO4）3為50 mg/L，反應(yīng)時(shí)間為40 min；反應(yīng)溫度為（25±1）℃。

1.3 溶液中腐植酸質(zhì)量濃度的測(cè)定

采用Lamda 45型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)對(duì)HA在254 nm處的吸光值進(jìn)行檢測(cè)，即UV254。去除率＝（A0－A1/A0）×100%。式中，A0為處理前水樣吸光度；A1為處理后水樣吸光度[12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 初始pH值對(duì)HA去除效果的影響

對(duì)PAC去除各種初始pH值樣本中HA的效果進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果表明，初始pH值越高，PAC對(duì)HA的消除力越差。當(dāng)pH值為4時(shí)，反應(yīng)40 min后，HA去除率達(dá)到了50.1%，是pH值為10時(shí)HA去除率的1.6倍。同時(shí)，pH值為4時(shí)，HA消減速度最快，反應(yīng)10 min時(shí)，HA消減率達(dá)到了30%以上，20 min后，HA消減率已接近50%，而pH值為10時(shí)，HA消減速度最慢，反應(yīng)40 min時(shí)，HA去除率僅在30%左右（表1）。

表1 初始pH值對(duì)HA去除效果的影響

2.2 初始HA質(zhì)量濃度對(duì)HA去除效果的影響

從表2可以看出，當(dāng)HA質(zhì)量濃度增加時(shí)，PAC對(duì)HA的消減力呈先增后降的趨勢(shì)。當(dāng)HA0為30mg/L，反應(yīng)40 min后，HA去除率最高，達(dá)到了50.2%，分別是HA0為10，50 mg/L時(shí)HA去除率的1.6倍和1.2倍。同時(shí)，當(dāng)HA0為30mg/L時(shí)，HA去除速率最快，反應(yīng)10 min，HA去除率已達(dá)30%以上；當(dāng)HA0為50 mg/L，HA去除速率次之，反應(yīng)10 min，HA去除率超過(guò)20%，反應(yīng)40 min，HA去除率為41.3%。

表2 初始HA質(zhì)量濃度對(duì)HA去除效果的影響

2.3 PAC與 Al2（SO4）3聯(lián)用對(duì) HA去除效果的影響

表3 活性炭與硫酸鋁聯(lián)用對(duì)HA去除效果的影響

從表3可以看出，在PAC加入量升高的情況下，二者聯(lián)用對(duì)HA消減效果均有所增加，但單獨(dú)使用PAC對(duì)HA的消減能力一般。當(dāng)加入的PAC達(dá)到500 mg/L時(shí)，HA消減率為50.6%，而PAC與Al2（SO4）3聯(lián)用對(duì) HA消除率從 50.6%增加到91.1%，HA去除效果明顯。

3 結(jié)論與討論

已有研究發(fā)現(xiàn)，pH＜7時(shí)，PAC對(duì)HA的消除量更高，同時(shí)，其消減能力也與腐殖物的濃度有關(guān)，溫度恒定時(shí)，被測(cè)樣本濃度越高，PAC對(duì)其消減效果越強(qiáng)，但溫度升高會(huì)使PAC的消除能力降低。本研究表明，起始pH不斷提高的情況下，PAC對(duì)HA的消減作用逐漸下降。當(dāng)pH為4時(shí)，試驗(yàn)進(jìn)行40min，HA消減率達(dá)到了50.1%，且HA消減速度最快，但pH＝10時(shí)，HA消減速度最慢，試驗(yàn)進(jìn)行40 min，HA消減率僅為31.2%。而PAC對(duì)HA的消減能力則在一定范圍內(nèi)隨HA0濃度增加而升高。當(dāng)HA0為30 mg/L時(shí)，HA去除率最高，HA去除速率最快；當(dāng)HA0為50 mg/L時(shí)，HA去除率與去除速率次之，可能是由于活性炭從溶液中吸附溶質(zhì)是放熱反應(yīng)，較高的HA濃度使得活性炭在去除HA時(shí)放出了較多熱量，致使溶液溫度上升，影響活性炭對(duì)HA的消除能力。

單獨(dú)使用PAC對(duì)HA的消減作用較弱，這是因?yàn)镠A大分子不容易進(jìn)入PAC表面的孔隙，但與Al2（SO4）3聯(lián)用能夠明顯提高PAC對(duì)HA的消減作用。500 mg/LPAC在加入Al2（SO4）3后能夠使HA消除率達(dá)到91.1%，相比增加了40.5百分點(diǎn)。究其原因可能HA帶有負(fù)電荷、弱酸性，硫酸鋁可與其反應(yīng)，發(fā)生絡(luò)合和吸附作用，達(dá)到去除HA的目的[13]。因此，PAC通過(guò)與Al2（SO4）3聯(lián)用對(duì)前者吸附HA具有明顯的強(qiáng)化效應(yīng)。

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