水中有机物的去除方法

水中有机物的去除方法

学校: 漳州师范学院

系别：化学与环境科学系

班级：09环科一班

学号：090603101

姓名:钟燕平

摘要：介绍有机物的来源分类，有机物的组成及性质，并提出除去水中有机物的几种常用方法。

关键词: 有机物

随着工业发展，有机物造成饮用水水质恶化已成为当前水处理行业中的一大焦点。中国大多数饮用水水源普遍受到有机污染物的污染成为微污染源水，使用常规的水处理工艺已经不易有效地去除有机污染物，随着水质标准的提高和水源污染的加剧，针对各常规处理工艺的不足近些年来，针对有机物污染开发出许多工艺，例如预氧化工艺、活性炭吸附工艺、臭氧－生物活性炭工艺、生物预氧化技术等。

一．有机物的组成及性质

天然有机物（Natural organic matter，NOM）主要是指动植物在自然循环过程中经腐败分解所产生的一类大分子有机物，是天然水体中有机物的主要组成成分。主要包括腐殖质、微生物分泌物、溶解的动物组织等，其中以腐殖质为主，占 NOM 的 50%～90% [1]。如来自植物腐败分解产生的腐殖酸、富里酸，都是腐殖质的主要成分。NOM 是水体色度和臭

味产生的主要原因。同时，NOM 还参与水体中重金属离子的迁移、转化，影响颗粒沉降性，增强其迁移能力[2]；与水中疏水性污染物发生吸附反应，增强水处理难度，增加水处理中絮凝剂和消毒剂的使用量。尤其是在饮用水的处理中，NOM 可与氯反应生成三氯甲烷（THMs）、卤乙酸（HAAs）等致癌、致畸物，是氯消毒副产物（DBPs）的主要前驱物[3-5]，直接影响人类健康。

腐殖酸类物质有如下电化学性质：

（1）胶体性质，腐植酸有可以游离出的官能团—COOH，—OH，显电负性。

（2）亲水性，其亲水性取决于缩合程度。

（3）具有巨大的表面积（330~340㎡/g）和表面能：由于具有能疏松的“海绵状”结构。（4）在氧化剂作用下可被氧化分解。

另外由于腐植酸中含有若干含氧功能团，使得腐植酸具有各种胶体性质如表面吸附，离子交换，络合作用，缓冲性能及氧化还原特性。

我们可以根据腐植酸的特性设计多种去除腐植酸的方法，从而达到去除天然水中有机物保证锅炉补给水水质的目的。

二、有机物的去除方法

1、吸附法去除水中天然有机物[6]

1.1 活性炭吸附剂

活性炭吸附剂一般利用其具有的丰富的微孔结构、较高的比表面积，因此具有很强的吸附力，广泛应用于水处理脱色、除臭以及有机物去除等方面。活性炭吸附剂吸附有机物的

过程是静电力和非静电力相互作用的复杂过程。 CarlosMoreno-Castilla指出，静电力和非静电力的相互作用主要决定于吸附剂、吸附质以及水溶液的化学性质。其中活性炭的表面化学性质是影响静电力和

非静电力相互作用的主要因素。而芳香族化合物的吸附主要依靠吸附剂和吸附质间的疏水作用和芳环间的π-π作用，即以物理吸附为主导。活性炭对 NOM的吸附一般随着 pH 的增高而降低，这主要是因为在低 pH 下，吸附剂表面从水溶液中吸附大量 H+，从而增加吸附剂的表面酸度。同时，NOM 分子表面由于存在大量羧基和酚羟基，表面带有负电，从而与吸附剂表面所带 H+ 发生吸附，形成“离子偶”，完成有效吸附。而在 pH 升高时，羧基和酚羟基发生电离，从而影响“离子偶”的形成量，导致吸附量降低。AM Daifullah实验中得到，当 pH 由 11.0 降到 3.0时，吸附剂 W-75 的吸附能力提高了 15%。温度对吸附量的影响主要表现在随着溶液温度的升高，吸附量增大。这是因为活性炭吸附剂吸附 NOM 的过程是一个吸热过程，温度的升高，提高了 NOM 分子的活性，增大了初始吸附速度；同时，温度的升高使活性炭表面形成了更多的活性点，提高了 NOM 分子和活性点接触的机会，从而提高了吸附量。实验说明，具有较大表面积以及丰富的微孔结构的吸附剂具有更好的吸附性能。大的表面积，增大了吸附剂和吸附质接触的机会，丰富的微孔结构增大了活性炭的内表面积，使 NOM 分子可以更好的进入微孔内部，完成吸附过程。炭质纤维比颗粒状炭就有更好的吸附性，就是因为这个原因。盐离子对吸附的影响实验，主要集中在阳离子如 Na+、K+、Ca2+、Mg2+ 等对吸附的影响。在所研究的几种离子中，Ca2+ 对吸附性的影响尤为明显。随着 Ca2+ 的浓度的增加，吸附量也不断增大。这主要是因为阳离子的加入，可以很好的抑制 NOM 分子形成络合物，减小 NOM 分子的分子量，同时，盐离子的加入，可以使吸附剂表面的皱褶绷紧，增大活性炭吸附剂的吸附面积和吸附位点的数量。活性炭吸附剂具有较好的吸附性，主要是吸附剂本身丰富的内部微孔结构、大的表面积和大量官能团的存在。而吸附剂本身差异，污染物种类的变化以及复合污染物的处理，使吸附剂表面改性变的越来越迫切。

常用的活性炭吸附剂表面改性主要有热改性和化学改性 2 种，热改性可以很好的改变吸附剂的表面结构和微孔结构；化学改性，可以使吸附剂本身带有需要的官能团，提高对污染物的吸附能力。经过硝酸 - 热处理的AC3 比经过单独硝酸改性的 AC1 就有更好的表面微孔机构，通过元素分析，其表面氧化物含量依次顺序为 AC1>AC2>AC3>F400 AC5>AC4。

1.2 树脂类吸附剂

树脂类吸附剂主要包括非离子型吸附树脂、离子交换树脂和复合型树脂。对非离子型吸附树脂，其对有机物的去除主要依靠苯环间的π-π作用和氢键作用，但此类树脂对亲水性小分子有机物的吸附效果不是很理想。而离子型吸附树脂，通过树脂表面的胺基和电中性的亲水性小有机物上的羧基、羟基形成氢键、－COOH－NMe2－和－OH－NMe2－等，可以实现对亲水性小有机物的吸附。NOM 中大约有 10%～40%的分子不能很好的被离子交换树脂有效吸附，这成为影响离子交换树脂吸附 NOM 效果的最主要因素。通过对树脂进行表面改性，形成具有吸附作用和离子交换作用的复合功能树脂，不仅对有机物分子具有π-π作用，同时可通过表面修饰的功能官能团与有机物分子间的电荷吸附、离子交换、氢键等协同作用，增大树脂对有机物的吸附能力。费正皓等通过对 XAD-4 表面修饰苯甲酰基，利用改性树脂对腐殖酸的去除率达 85%，同时利用醇碱做脱附剂，在 50 ℃可实现完全脱附再利用。

1.3 壳聚糖类吸附剂

壳聚糖类吸附剂主要是通过静电作用和表面络合作用，实现对有机物的吸附。W L Yan 等在壳聚糖吸附铅和腐殖酸的实验中指出，壳聚糖单独吸附铅或腐殖酸时，主要通过吸附质与壳聚糖表面官能团的配位作用来实现；同时依次吸附 2 种物质时，前一种物质可能增大对后一种物质的吸附能力，也可能减小对后一种物质的吸附，这主要是因为，前一种物质可能增加吸附剂的吸附位点，如先吸附腐殖酸，再吸附铅，腐殖酸的吸附可以加大对铅