褐煤半焦用于源水除味的试验研究

李 强，江建忠，徐正泉，肖 平

（中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，北京102209）

近年来，我国经济步入高速增长的阶段，与之伴生的是经济高速增长情况下环境污染的日益加重。由于化学和生物等不同因素的影响，自然水体、生活饮用水和污水都存在着日益严重的异味问题。例如2007年春夏之交的无锡自来水出现异味，影响范围很广，在全国乃至世界上都引起了关注。在人们对生活质量要求越来越高的今天，水源异味及异味的去除日益引起人们的重视。

自然水体出现异味并非我国所独有，凡是湖泊、水库及河流都可能发生。美国、日本等工业化国家均有所发生，其中典型的事例就是日本的琵琶湖事件。琵琶湖是日本东京（京都）阪（大阪）神（神户）地区的重要水源，发生过硅藻和蓝藻带来的异味爆发，东京的水源多摩川也发生过类似事件。

产生水中异味的物质已由日本科研人员从放线菌中分离出来，推定其为：mucidon和geosmin（亦有称为diosminr），其结构如图1。

图1 褐煤半焦粉投加量与出水浊度关系曲线

根据产生异味物质的分子结构，人们认为这两种物质是可以被活性炭吸附的，因此均集中力量对活性炭吸附进行研究。

北京自来水集团有限责任公司、中国科学院生态环境研究中心通过臭氧、高锰酸钾预氧化和粉末活性炭对水中2-甲基异莰醇 （MIB）的去除试验发现，粉末活性炭对其处理效果最佳。

常规粉末活性炭虽然用于异味去除效果良好，但成本较高。探索褐煤半焦在源水除味水处理的应用，主要是因为我国水处理市场发展迅猛，潜力巨大，特别是对深度处理、循环利用的新工艺、新材料需求十分迫切，急需稳定可靠、丰富廉价的吸附净化材料。

我国褐煤资源丰富（1303亿t），主要分布在内蒙古（占全国褐煤储量的77%）和云南（占全国褐煤储量的13%）境内。近年来，为了充分利用丰富的褐煤资源而进行褐煤提质品（褐煤半焦）的大量深加工。中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司开发了流化床轻度气化褐煤提质技术工艺，用于对褐煤进行提质处理，生产提质褐煤。初步分析表明，采用该技术生产的褐煤半焦具有类似活性炭的特性，有着较发达的中孔结构和比表面积，具有一定的吸附能力，在源水除味处理方面具有潜在的利用价值，值得进一步研究。同时，采用该技术生产的褐煤半焦其生产成本要远低于常规活性炭的生产成本，具有十分重要的经济意义。

1 褐煤半焦的吸附特性

吸附指标通常用碘值、亚甲蓝吸附值和糖蜜来衡量，分别表征不同的孔隙尺寸。

对褐煤半焦样品的吸附指标进行了试验室分析，结果如表1。表1中同时列出了常规活性炭的指标值作为对比参考。

表1 褐煤半焦粉的吸附指标

可以看出，褐煤半焦粉虽然吸附能力较常规活性炭有一定差距，但仍有较强的吸附能力。考虑到其较之于常规活性炭较大的成本优势，褐煤半焦有应用于水处理的潜在价值。

2 褐煤半焦去除水中异味的试验研究

为了探索褐煤半焦在源水除味处理领域的应用，选用褐煤半焦粉，采用搅拌法，进行了褐煤半焦粉源水除味的试验研究。

2.1 试验仪器

试验所有主要仪器包括：QP2010S气相色谱仪（岛津，日本），PTX-5MS毛细管柱（30mm×0.25mmID×0.25um），CJ型四连恒温磁力搅拌器（江苏）等。

2.2 试剂及标样

已有的研究表明，导致源水异味的主要物质为土臭素和2-甲基异莰醇，本次试验将采用上述两种物质作为主要的致臭物质配置一定浓度的溶液替代源水进行试验。

土臭素（GSM）和2-甲基异莰醇（2-MIB）为标准品，购于Singma Adrich试剂公司，纯度≥98%；氯代辛烷（1-chiorooctane）为标准品，购自Ficka公司，正乙烷为色谱纯，购自Sigma-Adrich公司，纯度≥95%；试验用水为Milli-Q超纯水（18.2MO），试验所用试剂NaC1和Na2SO4为分析纯，使用前分别经105℃、400℃烘干。标准储备液的制备：使用微量进样器精确量取一定量的GSM和2-MIB将其溶解于超纯水中，配制成10mg/L的标准储备液。

2.3 试验方法

采用搅拌试验法，研究同一种褐煤半焦粉对异味的去除效果，主要是在固定源水水质和投加条件下，变化同一种活性和煤粉投加量，检测不同投加量对应的出水质量。

2.4 试验结果与分析

不同的褐煤半焦粉投加量对应的出水浊度、游离氯、残留氯及异味浓度如表2。

表2 褐煤半焦粉除味试验结果 单位：ppm

由表2可知，随着褐煤半焦粉投加量的增加，出水的浊度由2.0降至1.5，并且在投加量达到10ppm时达到稳定值。随着褐煤半焦粉投加量的增加，出水的pH值呈上升趋势，由弱酸性水变成弱碱性水。褐煤半焦粉对水中的游离氯和残留氯均有一定的吸附效果，其中游离氯在不添加褐煤半焦粉的情况下，其浓度为1.5ppm，当褐煤半焦粉投加量增加到40ppm时，其浓度降至0.2ppm。残留氯在不添加褐煤半焦粉的情况下，其浓度为3.2ppm，当褐煤半焦粉投加量增加到40ppm时，其浓度降至0.8ppm，如图2、图3。

图2 褐煤半焦粉投加量与游离氯关系曲线

图3 褐煤半焦粉投加量与残留氯曲线

试验研究表明，褐煤半焦粉对异味有着较强的吸附能力，原水的异味浓度为10ppm，当褐煤半焦粉的投加量增加到40ppm时，出水的异味浓度即可降低至2ppm（基本无味）以下，异味基本消除，如图4。

图4 褐煤半焦PAC投加量与异味浓度关系曲线

4 结语

褐煤半焦具有类似活性炭的吸附特性，显微结构表明，褐煤半焦孔隙发达，裂隙及孔隙发育完全，具备水的除味处理的基本条件。试验研究表明，投加量达到40ppm时，能将水中的异味由10ppm降至2ppm以下。由于褐煤半焦的生产成本要远低于常规活性炭的生产成本，可以作为活性炭的替代品，用于源水的应急投加处理，具有十分可观的社会效益和经济效益。

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