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UV AOP与颗粒活性炭处理污染物的区别

发布时间:2023-02-24人气:571

UV AOP与颗粒活性炭处理污染物的区别

提供安全的饮用水所面临的挑战越来越大。虽然对饮用水中的细菌、原生动物和病毒进行消毒的方法已经很成熟,但是在饮用水中检测到的某些令人担忧的化学污染物已经对传统的水处理方法提出了挑战,其中许多污染物可能影响公众健康。

以1,4二噁烷为例,它是一种稳定化合物,由于过去工业领域的不当处理,造成在地下含水层中经常能检测到这种污染物。虽然1,4二噁烷通常在空气中存在的时间很短,但由于其在水中的高稳定性,使其难以从受污染的地下水中去除。最终,1,4二噁烷被认为会形成大量的羽流污染,可以通过地下水含水层迁移,并有可能在取井中富集。

1,4二噁烷对健康的影响及相应法规

美国环境保护署(United States Environmental Protection Agency) 将1,4二噁烷列为潜在的人类致癌物,其在饮用水中的浓度为0.35µg/L,代表着百万分之一的致癌风险水平。目前联邦政府还没有规定饮用水中1,4二噁烷的最高污染物水平(MCL),但密歇根州等几个州已经制定了自己的指导和报告标准。纽约州和新罕布什尔州是美国两个正在制定1,4二噁烷管制限制的州。

用活性炭过滤器处理1,4二噁烷

颗粒活性炭(GAC)是在高温和氧化作用下制成的表面多孔性颗粒。这些孔增加了碳的表面积,为污染物的吸附提供了容留空间。通过GAC吸附可以有效去除水中的许多污染物。然而,1,4二噁烷在水中的高溶性抑制了吸附,显著降低了GAC过滤器的有效性。与其他污染物相比,1,4二噁烷穿透GAC过滤器的速度更快,从而导致更频繁地更换过滤器的介质。

用紫外技术处理1,4二恶烷

利用紫外线(UV)高级氧化工艺(UV AOP)去除污染物并不像GAC那样只是从水中转移污染物。相反,紫外线单独或与氧化剂结合会破坏化学键,从而消解水中的化学污染物。

当紫外光照射入水中时,它可以被目标污染物直接吸收,也可以与某些氧化剂相互作用,产生强大的自由基,这些自由基可以迅速与可氧化污染物相互作用并分解,包括但不限于1,4二噁烷。UV AOP也可以同时处理多种污染物。例如,一个处理挥发性有机化合物(VOC)的工厂,如三氯乙烯(TCE)或四氯乙烯(PCE),除了去除这些污染物,同时也可去除1,4二噁烷。

UV AOP是否可以增加到GAC处理工艺中,来处理那些难以处理的污染物,如1,4二噁烷?

是的。如果最终在GAC出水中检测到1,4二噁烷,那么设计用于去除VOCs(如TCE或PCE)的GAC过滤器的处理厂需要考虑纳入UV AOP工艺。由于UV AOP是一个化学分解过程,没有过滤器吸附饱和或污染物穿透滤层的问题。UV AOP产生的氧化自由基很容易与即使是很小分子量的污染物如1,4二噁烷发生反应,并将其降解为无害的成分。

氧化剂淬灭在UV AOP中的重要性

一些用于UV AOP的氧化剂,如过氧化氢,不会被紫外线完全转化成自由基,任何未转化的氧化剂通常需要在进入配水系统前从处理过的水中除去。这种去除残余氧化剂的过程称为“淬灭”。

GAC是一种推荐选择的淬灭工艺,以降解残留的氧化剂。这是通过GAC介质表面的自然催化活性来完成的。GAC也被证明与一些氧化剂反应产生更多的氧化自由基,这也可以促进淬灭。由于这些机制,与直接吸附1,4二噁烷或其他污染物的过滤器相比,用于氧化剂淬灭的GAC过滤器通常更有效,需要更小的空床接触时间(EBCT)。此外,由于微生物在GAC上自然生物生长而转化为生物活性炭(BAC),生物催化活性增强了氧化剂的猝灭,从而延长了GAC的使用寿命。

现有的GAC过滤器能否用于氧化剂淬灭

是的。鼓励整合用于直接吸附污染物的现有GAC设施重新使用在UV AOP处理后,将其用于氧化剂淬灭。这一改造过程将化学污染物的主要处理分配给UV高级氧化系统,GAC作用转化为工作强度更低的氧化剂淬灭功能。在不改变现有过滤器的尺寸或床体体积的情况下,可以方便地对GAC进行再利用,当这个过程完成后,再利用的GAC过滤器只需要较少的介质替换。

案例分享

位于特拉华州的llangolen井区由Artesian Resources管理,最大处理能力为220万加仑/天。化学污染物包括二(2-氯乙基)醚(BCEE),其在2000年被发现,最初通过安装GAC过滤器减轻污染。到2013年,井区也发现了1,4二噁烷。为了处理井区的水,每年需要对三条管线上的两个GAC过滤器更换介质,总运营成本为每年36万美元。

在兰戈伦井区增设了紫外AOP系统,作为一种处理1,4二噁烷和BCEE的方法,现有的GAC过滤器在紫外AOP系统后并重新用于淬灭残余的作为氧化剂的过氧化氢。自2014年10月站点调试以来,UV AOP系统一直将1,4二噁烷浓度保持在预期限度以下,每年维护GAC过滤器的成本减少了30万美元以上。

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