張平，楊岳平，趙丹，武云霞，陳莎莎

（浙江大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 杭州310058）

氯消毒作為飲用水處理中的常用消毒工藝雖然保障了飲用水的安全，但是消毒劑可與水體中的天然有機(jī)物如腐殖酸（HA）等反應(yīng)生成三鹵甲烷（THMs）、鹵乙酸（HAAs）等消毒副產(chǎn)物。三鹵甲烷具有致畸性、致癌性、致突變性，可引起肝、腎和腸道腫瘤以及神經(jīng)、生殖系統(tǒng)疾病[1-2]，且致癌風(fēng)險(xiǎn)會隨著年齡與接觸時(shí)間的增加而升高[3]。鹵乙酸是繼三鹵甲烷之后水體中第二大類消毒副產(chǎn)物，該物質(zhì)難揮發(fā)、難降解且具有親水性，致癌，毒性表現(xiàn)也較復(fù)雜，多表現(xiàn)在對人體生殖系統(tǒng)的毒害和對胚胎發(fā)育的影響，導(dǎo)致胎體畸形和生長緩慢[4]?？刂骑嬘盟腥u甲烷的方法主要有活性炭吸附、高級氧化、膜分離、紫外光解以及曝氣吹脫等技術(shù)，控制鹵乙酸的方法主要有活性炭吸附、高級氧化、還原脫鹵以及微生物降解等技術(shù)[5-6]。相比之下，活性炭吸附技術(shù)由于處理過程簡易、經(jīng)濟(jì)性良好以及可重復(fù)利用等原因，被美國環(huán)保局（USEPA）列為最實(shí)用的技術(shù)[7]。

由于各地水體自然條件和當(dāng)?shù)刈詠硭畯S處理效果不一，水體中檢出的消毒副產(chǎn)物含量存在差異。郭慶齡[8]對全國不同域的40 多個(gè)城市的自來水樣品進(jìn)行檢測后得到：我國自來水水體中消毒副產(chǎn)物以三氯甲烷為主，其次是二氯一溴甲烷和一氯二溴甲烷，三溴甲烷最低。此外，對我國華北、西北、華中、華東地區(qū)的5個(gè)城市的自來水樣品進(jìn)行鹵乙酸濃度抽樣檢測后得:自來水水體中，4個(gè)城市的二氯乙酸（Cl2CHCOOH）與三氯乙酸（Cl3CCOOH）濃度小于10 μg·L-1，1個(gè)城市的二氯乙酸、三氯乙酸濃度分別為13.518，6.622 μg·L-1。但是，5個(gè)樣品中有3個(gè)城市的自來水中二氯乙酸濃度高于三氯乙酸，此結(jié)果與區(qū)良益等[9]的檢測結(jié)果一致，即自來水水體中二氯乙酸是主要的鹵乙酸。目前，國內(nèi)外使用活性炭對三鹵甲烷和鹵乙酸單獨(dú)的吸附研究較多，而針對低濃度混合體系下活性炭對三鹵甲烷和鹵乙酸的吸附研究及吸附效果研究較少。因此，結(jié)合現(xiàn)行《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749—2006）以及實(shí)際水體中消毒副產(chǎn)物的存在情況，本文將探究低濃度情況下（國標(biāo)限值）三氯甲烷與二氯一溴甲烷和二氯乙酸在活性炭上的吸附競爭關(guān)系以及濃度變化對彼此去除效果的影響。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 活性炭

選自唐山聯(lián)合炭業(yè)科技有限公司，椰殼活性炭。該活性炭物理性質(zhì)見表1。

表1 活性炭物理性質(zhì)Table1 Physical properties of activated carbon

活性炭樣品在使用前用去離子水清洗多次直到?jīng)]有浮塵，置于105℃烘箱中烘干至凈重?zé)o變化，儲存?zhèn)溆谩?/p>

1.1.2 試劑與儀器

實(shí)驗(yàn)試劑：三氯甲烷、二氯乙酸、無水硫酸、碳酸氫鈉，AR；二氯一溴甲烷，98%；硫酸、甲醇，GR；甲基叔丁基醚，色譜純；1,2-二溴丙烷（IS），99%；三氯甲烷標(biāo)準(zhǔn)品，1 000 μg·mL-1；二氯一溴甲烷標(biāo)準(zhǔn)品，455 μg·mL-1；二氯乙酸標(biāo)準(zhǔn)品，1 000 μg·mL-1。

實(shí)驗(yàn)儀器：Agilent7820 氣相色譜儀（ECD 檢測器）；HP-5 毛細(xì)管柱，30 m×0.320 mm′0.25 μm。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 CHCl3、CHBrCl2、Cl2CHCOOH單組分吸附實(shí)驗(yàn)（一元吸附體系）

吸附等溫線測定：配制初始濃度為2 mg·L-1的單組分溶液，取50 mL溶液置于盛有不同質(zhì)量活性炭（0.02，0.04，0.06，0.08，0.10，0.12，0.15 g）的250 mL 具塞錐形瓶中，至吸附平衡后測定上清液中物質(zhì)的濃度。

1.2.2 CHCl3-CHCl2Br、CHCl3-Cl2CHCOOH混合體系吸附實(shí)驗(yàn)（二元吸附體系）

（1）吸附等溫線測定：配制初始濃度為2 mg·L-1、濃度比為1:1的CHCl3-CHCl2Br混合溶液，取50 mL溶液置于盛有不同質(zhì)量活性炭（0.02，0.04，0.06，0.08，0.10，0.12，0.15g）的250 mL 具塞錐形瓶中，至吸附平衡后測定上清液中物質(zhì)的濃度。CHCl3-Cl2CHCOOH 混合體系配制過程同上。

（2）相互影響實(shí)驗(yàn)：按《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749—2006）三氯甲烷標(biāo)準(zhǔn)限值控制二元體系中CHCl3濃度不變（60 μ g·L-1），配制不同CHBrCl2濃度的CHCl3-CHBrCl2混合溶液，取50 mL溶液置于盛有0.05 g 活性炭的具塞錐形瓶中，震蕩2 h后測定上清液中CHCl3的濃度；同樣配制CHBrCl2濃度不變的CHBrCl2-CHCl3、CHCl3濃度不 變的CHCl3-Cl2CHCOOH與Cl2CHCOOH 濃度不 變的Cl2CHCOOH-CHCl3混合體系，實(shí)驗(yàn)操作同上。

1.2.3 CHCl3-CHBrCl2-Cl2CHCOOH 混合體系吸附實(shí)驗(yàn)（三元吸附體系）

（1）吸附等溫線測定：配制初始濃度為2 mg·L-1、濃度比為1:1:1的CHCl3-CHBrCl2-Cl2CHCOOH 混合溶液，取50 mL溶液置于盛有不同質(zhì)量（0.02，0.04，0.06，0.08，0.10，0.12，0.15 g）活性炭的具塞錐形瓶中，至吸附平衡，測定上清液中物質(zhì)的濃度。

（2）相互影響實(shí)驗(yàn)：控制混合體系中CHCl3與CHBrCl2濃度不變（濃度為60 ug·L-1、濃度比為1:1），配制不同Cl2CHCOOH濃度的CHCl3-CHCl2Br-Cl2CHCOOH 混合體系，取50 mL溶液置于盛有0.05 g 活性炭的具塞錐形瓶中，震蕩2 h后，測定上清液中CHCl3與CHCl2Br的濃度；同樣配制CHCl3與Cl2CHCOOH濃度不變的CHCl3-CL2CHCOOHCHBrCl2混合體系以及CL2CHCOOH與CHBrCl2濃度不變的Cl2CHCOOH -CHBrCl2-CHCl3混合體系，實(shí)驗(yàn)操作同前。

以上實(shí)驗(yàn)中水體的pH值為7.0～7.5，水浴恒溫振蕩器震蕩條件為25℃、160 r·min－1。

1.2.4 不同體系對活性炭吸附消毒副產(chǎn)物吸附容量的影響實(shí)驗(yàn)

針對不同體系可能對活性炭吸附消毒副產(chǎn)物的吸附容量造成的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。該實(shí)驗(yàn)中，各組分消毒副產(chǎn)物初始濃度均為60 μg·L-1，吸附時(shí)間為2 h，活性炭投加量為0.01 g。其中二元吸附體系中CHCl3與Cl2CHCOOH、CHBrCl2各自按1:1 配制，濃度為60 μg·L-1；三元吸附體系中CHCl3與Cl2CHCOOH、CHBrCl2按1:1:1 配置，濃度為60 μg·L-1。

1.3 測定方法

1.3.1 三氯甲烷與二氯一溴甲烷

三氯甲烷與二氯一溴甲烷采用毛細(xì)管柱氣相色譜法：取5 mL 水樣經(jīng)水系濾頭過濾后置于20 mL 螺紋頂空瓶中，蓋緊瓶蓋后放到40℃恒溫水浴鍋中水浴1 h，用50 μg 氣密性微量注射器吸取頂空瓶上部氣體50 μg 注入氣相色譜儀進(jìn)行測定；該樣品需要在12 h內(nèi)完成檢測。

氣相色譜儀檢測條件：Agilent 7820 氣相色譜儀，附有ECD 檢測器，毛細(xì)管柱，HP-5,30 mP-5,30 mm-5,30 μm；進(jìn)樣口溫度為200℃；檢測口溫度為280℃；柱溫45℃保持3 min，再以2℃·min-1的速度升溫至70℃，保持1 min；載氣流量1 mL·min-1，采用分流進(jìn)樣，分流比2:1。

標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制：將三氯甲烷標(biāo)準(zhǔn)品與二氯一溴甲烷標(biāo)準(zhǔn)品用甲醇稀釋為1 000 μg·L-1的混合中間液，再用去離子水將中間液配制成濃度梯度為10，20，50，100，200 μg·L-1的標(biāo)準(zhǔn)使用液。之后將各濃度的標(biāo)準(zhǔn)使用液經(jīng)上述操作依次進(jìn)行測定，根據(jù)峰面積用外標(biāo)法繪制三氯甲烷與二氯一溴甲烷的標(biāo)準(zhǔn)曲線并保存。

1.3.2 二氯乙酸

二氯乙酸采用美國EPA 液液萃取衍生酯化氣相色譜法：取20 mL 水樣于60 mL 梨型分液漏斗，加入2 mL 濃H2SO4，迅速加入8 g（±0.005）無水Na2SO4，蓋緊瓶塞搖晃直到容器中固體完全溶解；準(zhǔn)確量取4 mL 含有內(nèi)標(biāo)物質(zhì)1,2-二溴丙烷（300 μg·L-1）的MTBE 置于分液漏斗中，蓋緊瓶蓋，劇烈搖晃萃取5 min，搖晃過程中注意放氣；搖晃結(jié)束后靜置5 min，待有機(jī)相分層后棄去水相，吸取2 mL有機(jī)相放于20 mL 螺紋頂空瓶中，然后向其中加入1 mL 新配制的1:9 酸化甲醇，蓋緊瓶蓋放到50℃恒溫水浴鍋中1 h；1 h后取出樣品迅速放入冰箱冷藏室冷藏5 min，隨后逐次向瓶中加入1 mL 飽和NaHCO3，蓋好瓶蓋劇烈搖晃30 s，共添加4 mL 飽和NaHCO3靜置分層，每次搖晃結(jié)束后放氣；吸取上清液經(jīng)無水硫酸鈉脫水后置于2 mL 血漿瓶中，等待手動進(jìn)樣。注意，由于HAAs 樣品預(yù)處理步驟復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)過程中的移液、手動進(jìn)樣需要精確操作。處理好的樣品可在－4℃條件下保存1周。

氣相色譜儀檢測條件：Agilent 7820 氣相色譜儀，附有ECD 檢測器，毛細(xì)管柱，HP-5,30 mP-5,30 mm-5,30 μm；進(jìn)樣口溫度為210℃，分流進(jìn)樣，分流比10:1；檢測口溫度為300℃；柱溫40℃保持2 min，再以2.5℃·min-1程序升溫到65℃保持1 min；載氣流量為2 mL·min-1，采用分流進(jìn)樣，分流比10:1。

標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制：將二氯乙酸標(biāo)準(zhǔn)品用甲醇配成1 000 μg·L-1的中間液，再用去離子水將中間液配制成濃度梯度為10，20，50，100，200 μg·L-1的標(biāo)準(zhǔn)使用液（用甲醇做溶劑的原因是提高水溶性，避免用MTBE 做溶劑配置的使用液出現(xiàn)分層現(xiàn)象）。此外，需要配置含有300 μg·L-1內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的MTBE溶液作為萃取劑。之后將各濃度的標(biāo)準(zhǔn)使用液經(jīng)上述操作依次進(jìn)行測定，根據(jù)待測物質(zhì)與內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的峰面積及相對校準(zhǔn)因子用內(nèi)標(biāo)法繪制二氯乙酸的標(biāo)準(zhǔn)曲線并保存。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同混合體系中3種污染物質(zhì)的吸附等溫線及擬合結(jié)果

圖1～圖3分別為三氯甲烷、二氯一溴甲烷、二氯乙酸3種消毒副產(chǎn)物在不同吸附體系下擬合出的吸附等溫曲線，發(fā)現(xiàn)各個(gè)消毒副產(chǎn)物在多元體系下的吸附能力都小于單獨(dú)吸附時(shí)，且隨著吸附體系中物質(zhì)的逐漸增多，吸附效果逐漸下降。

圖1 單組分體系與多元混合體系中三氯甲烷吸附等溫線Fig.1 CHCl3 adsorption isotherm in a one-componentsystem and a multi-component system

圖2 單組分體系與多元混合體系中二氯一溴甲烷吸附等溫線Fig.2 CHBrCl2 adsorption isotherm in a one-component system and a multi-component system

由圖1～圖3可知：相同實(shí)驗(yàn)條件下，三氯甲烷在單組分吸附體系中的平衡吸附容量比CHCl3-CHBrCl2、CHCl3-Cl2CHCOOH、CHCl3-CHBrCl2-Cl2CHCOOH 混合體系高，且在2 mg·L-1的濃度條件下，去除率分別高出0.5%～1.3%，0.9%～6.8%，0.9%～9.6%；同樣，二氯一溴甲烷在2 mg·L-1的濃度條件下，單組分吸附體系的去除率較二元體系和三元體系分別高出0.03%～0.5%和0.2%～2.8%；此外，相比二氯一溴甲烷，二氯乙酸對活性炭吸附三氯甲烷的影響更大，且同時(shí)影響活性炭對二氯一溴甲烷的吸附效果，而前兩者的加入對二氯乙酸雖有影響，但影響并不顯著。因此，為了更好地描述3種消毒副產(chǎn)物之間的競爭吸附關(guān)系，分別對其用Langmuir模型和Freundlich模型進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合。

圖3 單組分體系與多元混合體系中二氯乙酸吸附等溫線Fig.3 Cl2CHCOOH adsorption isotherm in a onecomponent system and a multi-component system

液相吸附一般多采用Langmuir模型和Freundlich模型進(jìn)行分析，本實(shí)驗(yàn)也分別用這兩種經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行擬合并做比較，擬合結(jié)果見表2。

Langmuir吸附模型：

式中，Ce是吸附達(dá)到平衡時(shí)的濃度（μg·L-1）;qe是平衡吸附量（μg·g-1）；b是Langmuir常數(shù)（L·μg-1）；qm是吸附質(zhì)的極限吸附量（μg·g-1）。qm與b的值可以通過擬合直線Ce/qe-Ce的斜率與截距計(jì)算。

Freundlich吸附模型：

式中，qe，Ce同 上，n為濃度指數(shù),K為Freundlich常數(shù)。n和K的值也可以通過直線lnqe-lnCe的斜率和截距計(jì)算得到。

由圖1～圖3及表2可知：（1）三氯甲烷、二氯一溴甲烷的Freundlich模型擬合度較高，而活性炭對二氯乙酸的吸附更符合Langmuir模型；（2）由Freundlich 經(jīng)驗(yàn)常數(shù)n可知（n越大越好，一般認(rèn)為n>2時(shí)吸附效果優(yōu)秀，n<0.5表示難吸附），不管在單組分還是多組分吸附體系中，活性炭對二氯一溴甲烷的吸附效果比三氯甲烷好，同時(shí)活性炭對其兩者的吸附效果均優(yōu)于二氯乙酸，表明活性炭在吸附同一類物質(zhì)時(shí)，分子量越大吸附效果越好，且對烷烴類有機(jī)物的吸附效果要好于酸類有機(jī)物；（3）在不同體系下，3種物質(zhì)的Freundlich 擬合模型的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)n均在1～10，活性炭對3種物質(zhì)的吸附效果良好；（4）由于混合體系中三氯甲烷、二氯一溴甲烷以及二氯乙酸3種物質(zhì)的存在，彼此的吸附容量較單組分吸附體系明顯下降，且隨著物質(zhì)種類的增加下降趨勢越顯著，證明了3種物質(zhì)之間存在著吸附競爭現(xiàn)象。

表2 Langmuir、Freundlich模型對3種物質(zhì)的吸附擬和結(jié)果Table2 Adsorption results of three substances by Langmuir and Freundlich models

二氯一溴甲烷與二氯乙酸的投加使得三氯甲烷吸附效果下降明顯，直觀表現(xiàn)為二元吸附體系Freundlich模型中n和K值的下降，其中CHCl3-CHBrCl2體系中三氯甲烷的n值較單組分吸附體系下降了15.7%，CHCl3-Cl2CHCOOH 體系較單組分體系下降了19.7%，三元體系中三氯甲烷的n值較單組分體系下降了21.1%；CHCl3-CHBrCl2體系中二氯一溴甲烷較單組分體系的n值下降了6.9%，三元體系較單組分體系下降了16.8%；二氯乙酸單組分吸附體系的n值較CHCl3-Cl2CHCOOH 體系中二氯乙酸的n值下降了27.8%，三元體系較單組分體系下降了34.2%。在CHCl3-CHBrCl2體系中，三氯甲烷K值的下降幅度約為二氯一溴甲烷下降幅度的2倍，在CHCl3- Cl2CHCOOH體系中，二氯乙酸K值下降幅度約為三氯甲烷下降幅度的1.3倍，而在CHCl3-CHBrCl2- Cl2CHCOOH 三元體系中，二氯乙酸的下降幅度約為三氯甲烷和二氯一溴甲烷下降幅度的1.5倍和1.8倍?？梢?，在CHCl3-CHBrCl2體系中，二氯一溴甲烷處于吸附優(yōu)勢位，CHCl3-Cl2CHCOOH 體系中，三氯甲烷處于吸附優(yōu)勢位，因此，該活性炭對3種物質(zhì)的吸附能力依次為二氯一溴甲烷、三氯甲烷、二氯乙酸。

2.2 各物質(zhì)對其他兩種物質(zhì)去除率的影響

針對混合體系中存在的三氯甲烷、二氯一溴甲烷和二氯乙酸之間存在的競爭吸附關(guān)系（體系各組分濃度為2 mg·L-1），而實(shí)際飲用水體中各物質(zhì)的濃度級別遠(yuǎn)低于吸附競爭實(shí)驗(yàn)設(shè)置的濃度，為此，設(shè)計(jì)了低濃度多元體系中其他消毒副產(chǎn)物對三氯甲烷的吸附效果影響實(shí)驗(yàn)，吸附效果見圖4～圖6。

圖4 三氯甲烷濃度對活性炭吸附消毒副產(chǎn)物的影響Fig.4 Effect of CHCl3 concentration on adsorption of disinfection by-products by activated carbon

如圖4所示，在低濃度條件下，無論在二元體系還是三元體系中，隨著CHCl3濃度的升高，活性炭對CHBrCl2與Cl2CHCOOH的吸附效果略有下降，但影響不明顯；隨著體系中物質(zhì)種類的增加，活性炭對CHBrCl2與Cl2CHCOOH的吸附效果下降明顯：CHBrCl2在三元體系的去除率較二元體系下降了9.2%～12.4%，Cl2CHCOOH 在三元體系的去除率較二元體系下降了16.1%～22.9%。

圖5 二氯一溴甲烷濃度對活性炭吸附消毒副產(chǎn)物的影響Fig.5 Effect of CHBrCl2 concentration on adsorption of disinfection by-products by activated carbon

如圖5所示，在低濃度條件下，活性炭對CHCl3的吸附效果隨著體系中CHBrCl2濃度的升高逐漸降低。二元體系中，隨著CHBrCl2濃度從10 μg·L-1升至60 μg·L-1，CHCl3的去除率降低了8.9%，三元體系中，隨著CHBrCl2濃度的升高，CHCl3的去除率降低了7.4%;無論是二元體系還是三元體系，CHBrCl2濃度的變化對活性炭吸附Cl2CHCOOH的效果影響不明顯；隨著體系中物質(zhì)種類的增多，活性炭對CHCl3與Cl2CHCOOH的吸附效果均有所下降：CHCl3在三元體系的去除率較二元體系下降5.0%～7.4%,Cl2CHCOOH 在三元體系的去除率較二元體系下降5.5%～16.4%。

圖6 二氯乙酸濃度對活性炭吸附消毒副產(chǎn)物的影響Fig.6 Effect of Cl2CHCOOH concentration on adsorption of disinfection by-products by activated carbon

如圖6所示，Cl2CHCOOH濃度的變化對活性炭吸附CHCl3與CHBrCl2影響不明顯。隨著Cl2CHCOOH濃度的升高，二元體系中，活性炭對CHCl3與CHBrCl2的去除率分別下降了3.9%和5.0%，三元體系中，CHCl3與CHBrCl2的去除率分別下降了5.8%和5.7%；同樣，隨著體系中物質(zhì)種類的增多，活性炭對CHCl3與CHBrCl2的吸附效果均有所下降。CHCl3在三元體系的去除率較二元體系下降5.5%～8.4%,CHBrCl2在三元體系的去除率較二元體系下降8.8%～12.2%。

通過比較3種消毒副產(chǎn)物濃度變化對活性炭去除效果的影響可知：（1）隨著體系中物質(zhì)種類的增多，活性炭對3種物質(zhì)的去除效果均有所下降，下降幅度不同，其中CHCl3與CHBrCl2下降幅度較Cl2CHCOOH 小。這主要由于活性炭對于三氯甲烷、二氯一溴甲烷以及二氯乙酸等小分子有機(jī)物（分子量分別為119.38，163.82，128.94）的去除主要依靠活性炭微孔與中孔共同作用，尤其是微孔的發(fā)達(dá)程度直接決定活性炭吸附小分子有機(jī)物的能力。而根據(jù)吸附競爭關(guān)系知，當(dāng)體系中同時(shí)存在這3種物質(zhì)時(shí)，優(yōu)先吸附二氯一溴甲烷和三氯甲烷，其占據(jù)了主要吸附點(diǎn)位。因此，當(dāng)二氯乙酸與二氯一溴甲烷或三氯甲烷構(gòu)成二元吸附體系時(shí)，活性炭對二氯乙酸的去除效果相對較差，且體系從二元變成三元，去除效果降幅明顯,但受二氯一溴甲烷和三氯甲烷濃度變化的影響較??；（2）比較三氯甲烷和二氯一溴甲烷相互影響可知，二氯一溴甲烷去除率受三氯甲烷濃度變化的影響較小，而三氯甲烷去除率會隨二氯一溴甲烷濃度的升高而降低。表明低濃度水體中，二氯一溴甲烷較三氯甲烷具于吸附優(yōu)勢。綜合可知，在低濃度水體條件下，活性炭對3種物質(zhì)的吸附能力依次為二氯一溴甲烷、三氯甲烷、二氯乙酸。除競爭吸附效果外，也有文獻(xiàn)表明，活性炭表面含氧官能團(tuán)的數(shù)量對消毒副產(chǎn)物的吸附效果也有影響,不排除活性炭表面官能團(tuán)對本實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響[10]。

2.3 不同體系對活性炭吸附消毒副產(chǎn)物吸附容量的影響

由去除率試驗(yàn)可知，活性炭對目標(biāo)污染物的吸附效果受吸附體系的影響。因此，針對不同吸附體系進(jìn)行了活性炭對消毒副產(chǎn)物吸附容量的分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。

圖7 不同吸附體系對活性炭吸附容量的影響Fig.7 Effect of different adsorption systems on adsorption capacity of activated carbon

由圖7知,活性炭在多元吸附體系中的吸附總?cè)萘扛哂趩谓M分吸附體系，活性炭在二元吸附體系中的吸附總?cè)萘扛哂谌襟w系?；钚蕴吭? h內(nèi)吸附單組分消毒副產(chǎn)物的吸附總?cè)萘吭?65.37～325.381 μg·g-1；三元吸附體系的吸附總?cè)萘繛?37.12 μg·g-1；而二元吸附體系的吸附總?cè)萘吭?14.82～755.96 μg·g-1，比單組分吸附體系的吸附總?cè)萘扛叱?19.7%～184.9%，比三元吸附體系高出12.2%～18.7%。但是對特定的消毒副產(chǎn)物來說，活性炭對它的吸附量隨著吸附體系中污染物種類的增加而降低。CHCl3在三元吸附體系中的吸附量為240.665 μg·g-1，比二元體系低18.5%～22%、比單組分體系低34.1%；CHBrCl2在三元體系中的吸附量為245.805 μg·g-1，比二元體系低16.2%、比單組分體系低24.5%；Cl2CHCOOH 在三元體系中的吸附量為165.655 μg·g-1，比二元體系低出20.6%、比單組分體系低37.6%。

分析表明，單組分吸附體系活性炭的吸附總量不如混合體系的原因主要是由于單組分吸附體系在初始濃度為60 μg·L-1的條件下，活性炭在2 h內(nèi)未達(dá)到吸附飽和狀態(tài)，單組分體系中活性炭的利用率較多元吸附體系低，而混合吸附體系中，由于吸附污染物種類的增加，活性炭吸附利用率也隨之升高?；钚蕴吭? h內(nèi)的吸附總?cè)萘侩S吸附體系中物質(zhì)種類的增加而降低，主要是由于活性炭對消毒副產(chǎn)物的吸附速率隨體系中污染物種類的增加而降低，具體表現(xiàn)為單位時(shí)間內(nèi)的去除率降低[7]。因此，三元吸附體系達(dá)到吸附飽和狀態(tài)的時(shí)間較單組分吸附體系和二元吸附體系長,2 h內(nèi)活性炭吸附的消毒副產(chǎn)物總量更少。此外，由于活性炭對消毒副產(chǎn)物的競爭吸附，吸附點(diǎn)位與活性炭微孔通道被CHBrCl2優(yōu)先占據(jù)，導(dǎo)致活性炭對CHCl3與Cl2CHCOOH的吸附總量減少。最后，還需要進(jìn)一步考慮活性炭表面官能團(tuán)可能對吸附容量造成的影響，如進(jìn)行相關(guān)活性炭表面官能團(tuán)表征實(shí)驗(yàn)等。

3 結(jié) 論

3.1 活性炭對三氯甲烷和二氯一溴甲烷的吸附符合Freundlich模型，對二氯乙酸的吸附符合Langmuir模型。

3.2 對比三氯甲烷單組分體系，二元體系和三元體系中活性炭吸附三氯甲烷的能力均有下降，說明二氯一溴甲烷和二氯乙酸對三氯甲烷構(gòu)成競爭吸附關(guān)系。同時(shí)由于3種物質(zhì)均為小分子有機(jī)物，因此，3種物質(zhì)主要就活性炭表面的微孔通道的吸附點(diǎn)位進(jìn)行競爭。值得一提的是，活性炭表面的微孔很容易被水體中的大分子有機(jī)物（如NOM 等）堵塞，造成對目標(biāo)污染物去除效果的下降。

3.3 根據(jù)Freundlich 擬合模型中的濃度指數(shù)n和常數(shù)K知，該活性炭對3種消毒副產(chǎn)物的吸附均為優(yōu)先吸附且吸附能力由大到小依次為二氯一溴甲烷、三氯甲烷和二氯乙酸。

3.4 水體在低濃度條件下,活性炭對三氯甲烷、二氯一溴甲烷和二氯乙酸的競爭吸附效果依然存在?；钚蕴繉θ燃淄楹投纫讳寮淄榈奈絻?yōu)先于二氯乙酸，即當(dāng)體系中二氯乙酸與三氯甲烷或二氯一溴甲烷同時(shí)存在時(shí)，活性炭優(yōu)先吸附三氯甲烷或二氯一溴甲烷；同樣，低濃度水體中，活性炭對二氯一溴甲烷的吸附優(yōu)先于三氯甲烷，因此，活性炭吸附水體中三氯甲烷的效果受二氯一溴甲烷濃度的影響較大?？傮w表現(xiàn)為當(dāng)水體中同時(shí)存在三氯甲烷、二氯一溴甲烷和二氯乙酸時(shí)，活性炭優(yōu)先吸附二氯一溴甲烷和三氯甲烷，最后吸附二氯乙酸。

3.5 活性炭在多元吸附體系中的2 h 吸附總?cè)萘扛哂趩谓M分吸附體系，其中二元吸附體系的2 h 吸附總?cè)萘看笥谌襟w系；然而對于不同體系中同一消毒副產(chǎn)物，活性炭對其的2 h 吸附容量呈現(xiàn)單組分體系、二元吸附體系、三元吸附體系依次降低的趨勢。