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三种吸附剂去除水体土霉异味的比较研究_土霉味论文导读::能有效地吸附水体中的异味物质6。土霉味是饮用水中经常被市民投诉的问题之一。粉煤灰和膨润土等材料由于来源充足。粉煤灰来自湖北省武汉市青山热电厂。高锰酸钾复合药剂去除效率最差。包括粉末活性炭(PAC)和颗粒活性炭(GAC)。关键词:吸附,土霉味,膨润土,粉煤灰,高锰酸钾复合药剂,粉末活性炭水体异味问题是常见的水环境问题之一。土霉味是饮用水中经常被市民投诉的问题之一。在引起水体土霉味问题的化学物质中,以土腥素(trans-1,10-dimethyl-trans-9-decalol,geosmin)和2-甲基异莰醇(2-methylisoborneol,MIB) 最为常见且最难以去除。人的嗅觉对其极为敏感,只要水中含有痕量的geosmin和MIB便能感觉,其被人感知的阈值分别大约为4 ngL-1和10 ngL-1。常规水处理工艺,例如混凝、沉淀和过滤等,都不能有效地除去饮用水中的土霉味1,曝气也只能去除部分异味。近些年来,已开展了一些饮用水及湖泊的异味控制和去除方法资助基金:国家重点基础研究发展计划资助项目(2008CB418101, 2008CB418006);国家自然科学基金资助项目(20807055, U0833604);中国科学院知识创新工程青年人才领域前沿项目。研究,主要有活性炭吸附、化学氧化2-3、光催化氧化4和生物降解5等。使用化学氧化法对饮用水中异味去除有很多报道土霉味,但使用化学氧化处理饮用水异味不仅增加了处理费用,而且不同氧化剂去除效果也有差异,同时原水中的其他有机物或者藻类会与氧化剂反应,容易产生消毒副产物。光催化氧化和微生物降解MIB和geosmin在实验室获得了成功,但目前难以在水处理工业大规模应用。活性炭,包括粉末活性炭(PAC)和颗粒活性炭(GAC),能有效地吸附水体中的异味物质6,但是使用活性炭处理饮用水异味成本很高。因此,很有必要研制新的适用于水处理工业的土霉味去除的低成本吸附剂。粉煤灰和膨润土等材料由于来源充足,具有使用方便、成本低等特点,近年来在环境方面有很多应用,例如,吸附金属离子、酚类化合物、杀虫剂和有机染料等,但作为吸附剂在去除水体土霉异味方面报道甚少。本研究用粉煤灰和膨润土活化后作为吸附剂吸附土霉异味MIB和geosmin,并与高锰酸钾复合药剂和粉末活性炭吸附土霉异味的效果进行比较。2材料与方法2.1实验材料实验中的MIB和geosmin来自放线菌培养液。该放线菌分离于武汉市莲花湖,能够同时产MIB和geosmin7。MIB和geosmin含量分别为1064 gL-1和1802 gL-1。放线菌培养方法见文献7期刊网。将放线菌培养液用0.22 m膜(Millipore)过滤,4 保存。粉煤灰来自湖北省武汉市青山热电厂。粗膨润土来自湖北省鄂州市梁子湖区沼山膨润土有限责任公司。粉末活性炭(PAC)购自湖北盛世环保科技公司,为木质活性炭。高锰酸钾复合药剂由郑州绿水源科技有限公司生产。2.2实验仪器XRD分析仪(RigakuD/MAX-IIIA,日本理学);比表面孔径分析仪(COULTER SA3100,Beckman Coulter,美国);气相色谱仪(GC17AATFW-V3,Shimadzu,日本),色谱柱为DB-5,5苯甲基聚硅氧烷弹性石英毛细管柱(30m0.25mmID 0.25m film);pHS-3型离子酸度计,上海雷磁。2.3 实验方法2.3.1 膨润土粉煤灰混合吸附剂的制备将膨润土粉碎土霉味,膨润土和粉煤灰过200目筛;将膨润土加入20%(质量比)硫酸中搅拌30 min,再加入一定量的粉煤灰,继续搅拌30min,得到混合物。将混合物进行过滤,超纯水洗涤至中性,干燥获得混合吸附剂。2.3.2 吸附剂去除土霉味实验准确称量一定量的吸附剂加入到250 mL锥形瓶中,加入100 mL含有放线菌培养液的超纯水,MIB和geosmin浓度为50-250 ngL-1,加入适量吸附剂,用PTFE膜封口,25(1)搅拌60 min后离心,取上清液进行分析,计算吸附效率。2.3.3 MIB和geosmin分析水体MIB和geosmin的提取与测定采用顶空固相微萃取-气相色谱法(HSPME-GC-FID)8。首先在125 mL萃取瓶(Supelco, Sigma-Aldrich公司,美国)中加入一个微型磁转子,然后加入适量的离心上清液,加入约30%(质量比)的NaCl,立即用带有聚四氟乙烯(PTFE)涂层的硅橡胶垫的瓶盖(Supelco, Sigma-Aldrich公司,美国)密封。将萃取瓶放入60的恒温水浴装置中,顶空固相微萃取30 min。GC-FID的分析条件为:载气为高纯N2,恒压135 k Pa;进样口的温度为250 ;无分流进样2 min;程序升温条件为:初温60 ,保持2 min,以5 /min 的速度升至200 ,保持2 min,再以20/min的速度升至250 ,保持2 min。FID检测器的温度为270 。3结果与讨论3.1合成吸附剂的吸附效果保持吸附剂总量为20 mgL-1土霉味,硫酸浓度为20% (m/m),改变粉煤灰和膨润土的比例,制备一系列吸附剂,结果表明膨润土与粉煤灰单独活化吸附效果并不理想,但在某一比例吸附效果较好。然后选取最佳比例的吸附剂,称取不同量的吸附剂在pH 8.0溶液中吸附放线菌产生的异味,测定吸附后的MIB和geosmin的含量,计算吸附效率,结果见表1。从表1可以看出,在吸附剂为15mgL-1时吸附量最大,MIB与geosmin的吸附效率分别为59.9%、63.7%。当吸附剂量继续增加时,吸附效率下降,分析可能的原因是吸附剂量增大时吸附剂发生聚集,比表面积下降,吸附效率降低。表1合成吸附剂最佳吸附量的吸附效果Table 1 Effect of the adsorbent dose on the adsorption efficiency ofMIB and geosmin
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