曝气吹脱去除水中三氯甲烷应急处理技术探究

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1、曝气吹脱去除水中三氯甲烷应急处理技术探究　　摘要：通过非填充曝气柱开展吹脱试验，研究了三氯甲烷曝气吹脱应急技术的工艺参数和控制因素，建立了曝气吹脱系统基本模型C/C0=exp(-G·q)，q为气水比，G为吹脱系数，吹脱系数G与亨利定律常数H有关。针对三氯甲烷五倍限制浓度配水静态试验，去除率达到80%所需气水比约为13。曝气系统可以分为底部的传质区和上部的平衡区，传质区的高度被称为相平衡高度h*，研究确定了三氯甲烷吹脱传质的相平衡高度h*≈0.3-0.5m，实际工程应用中应略大于相平衡高度。研究表明曝气吹脱法是

2、一种操作简单、高效率的应急处理技术。关键词：曝气吹脱；应急处理；三氯甲烷；挥发性有机物中图分类号：TU991文献标识码：A文章编号：11水源突发污染事件频发给我国的供水安全带来了很大的威胁，其中很多是有机物污染，如2005年底的松花江硝基苯污染事件[1]、2009年2月的江苏盐城酚污染事件[2]。有机物污染一般可以采用粉末活性炭吸附应急处理技术去除[3]。但是，活性炭吸附一般用于去除非极性和弱极性有机物，对于极性强、小分子量的挥发性有机物（VOCs）去除效果不佳[4,5]。曝气吹脱去除挥发性有机物是利用物质在

3、液相和气相之间的浓度差，将水中的污染物转移到气相中得以去除。目前曝气吹脱技术已经有效应用于含挥发性有机物的工业污水净化和地下水污染修复等领域[6-13]。此外，曝气吹脱技术还有效的应用于工业污水和垃圾渗滤液中NH4–N的去除[14-16]。美国环保署(EPA)将其作为去除水体挥发性有机物最佳可行技术(BAT)[17]。鉴于挥发性有机物，尤其是卤代烃类挥发性有机物的毒性大，发生事故的几率较大，危害严重，必须深入研究高效、经济、可行的应急处理技术，应对可能发生的挥发性有机物污染水源的事故，保障供水安全。本文以三氯

4、甲烷为典型挥发性污染物，研究曝气吹脱系统对挥发性有机物的去除效果，并建立挥发性有机物的曝气吹脱方程。1、实验装置与方法试验采用曝气柱曝气吹脱。曝气柱内径50mm，总高度1500mm，吹脱由曝气柱底部的钛合金曝气头布气而实现。曝气头成圆柱形，外径22mm，有效高度20mm，布气微孔平均孔径5.0μm。试验气源为空气，空气经电磁式空气压缩机从曝气柱底部充入。按照国家饮用水标准三氯甲烷限值的5倍浓度配置试验原水，测定不同曝气强度下的三氯甲烷吹脱去除效果。112、曝气吹脱系统模型建立2.1吹脱原理吹脱法的主要原理是将

5、大量空气或者其他气体通入水体，增加水相和气相的接触面，利用挥发性有机物在水相和气相的浓度差异将其从水相转移至气相而去除。曝气是一个相际传质过程，主要根据双膜理论进行，在此过程中，液相中的挥发性卤代烃不断转移到气相中而得到去除。将曝气柱作为一个物理化学反应系统，分析系统中物质传递过程，如图1所示。图1反应器传质过程示意图11在曝气柱底部，即曝气高度h=0处，水中污染物浓度最高，气泡中污染物为零，则在曝气柱底部，污染物的物质传质推动力最大。随着气泡在曝气柱中的向上运动，污染物浓度随着气泡和被污染水的接触时间的增加

6、而增加，而被污染水中污染物浓度逐渐降低，当气泡上升到达某一高度时，水中污染物浓度与液相中污染物浓度达到平衡，将这一高度成为相平衡高度h*，当曝气柱中曝气水深超过相平衡高度h*时，出口处气体浓度达到饱和，因此，h>h*时，液体中污染物浓度和气体中污染物浓度不会发生变化。可将曝气柱中的液体状态分为两类：以相平衡高度h*为界，界面下方的曝气柱底部进行污染物的传质作用，即污染物从水相转移到气相主要是在这个区域内完成的；而界面上方的区域中，污染物的传质作用较弱，可认为达到亨利定律平衡。2.2反应器特性测试（1）不同高度

7、浓度分布首先测定了液面水深为130cm时，曝气稳定时某一时刻距离底面高度为10cm、50cm、90cm、130cm处的三氯甲烷浓度，然后又测定了液面水深为60cm时，曝气稳定时某一时刻距离地面距离为5cm、10cm、15cm、20cm、25cm、30cm、40cm、50cm、60cm处的三氯甲烷浓度，结果如图2所示（C0为初始溶液浓度），由图2可知反应器内物质浓度为均匀分布，反应器可近似认为为完全混合式反应器。图2静态试验曝气柱不同高度的浓度（2）不同曝气时间浓度分布分别测定曝气时间为3min、5min和7m

8、in时，距离底面高度为10cm、50cm、90cm、130cm处的液体中三氯甲烷含量，得到液体在曝气柱中浓度分布（图3）。由图2.3可知，在不同的曝气时间时，当水深深度高于50cm时，曝气柱内的浓度近似均匀分布，相对误差不超过10%；在h　　根据吹脱系数G的定义可知，G只与亨利常数有关。亨利常数H主要与物质挥发特性、温度有关，而对于某种特定物质，系统亨利常数H只与物质温度有关，可表达如下[18]：(