哈尔滨工业大学硕士学位论文
摘要
活性炭吸附工艺对于大多数有机微污染物有着较好的去除效果，并且操作
简单、不会给水体带来二次污染，适用范围广，常被用于自来水厂深度处理工
艺中。但是在水处理过程中，使用活性炭的适宜性不仅取决于其吸附能力，还
取决于其多次再利用的可能性，而对于村镇等经济欠发达地区，如何将活性炭
经济高效的运用于水处理过程中，对于村镇水厂的发展至关重要。
本研究中选用煤质和椰壳两种活性炭，围绕臭氧微纳气泡再生活性炭的技
术开展实验，研究发现煤质和椰壳活性炭对多种有机微污染物均具有良好的吸
附效果；将两种活性炭静态吸附48小时后通过臭氧微纳气泡再生4小时，发
现再生后的活性炭对于莠去津、双酚A、磺胺甲恶唑的去除效果均能恢复到与
原始活性炭相当的水平。在连续流实验中，经过7次的吸附-再生循环实验后，
煤质活性炭对莠去津、双酚A、磺胺甲恶唑的初始去除率仍然高于60%；椰壳
活性炭经过3次的吸附-再生循环实验后，对于双酚A、磺胺甲恶唑的初始去
除率仅有50%，对莠去津的初始去除率仅有40%。
在实验室研究的基础上，在南方某村镇水厂，使用传统水处理工艺中滤池
出水开展活性炭吸附与臭氧微纳气泡再生的中试研究。在臭氧微纳气泡的间歇
再生下，活性炭能够保持良好的有机物去除能力。运行过程中两种活性炭出水
的高锰酸盐指数在0.5mg/L~0.9mg/L之间，高锰酸盐指数去除率为10%~5
0%；80分钟的再生时间或5天的再生周期对于高锰酸盐指数去除率的恢复更
为有效；通过再生，椰壳活性炭和煤质活性炭对于高锰酸盐指数去除率平均可
以提升10.56%和11.66%。两种活性炭出水的UV254平均值约0.012cm-1，UV
254的去除率为10%~30%。煤质活性炭和椰壳活性炭对水中莠去津的去除率分
别为40%~100%和10%~100%，对水中磺胺甲基嘧啶的去除率分别为30%~10
0%和2%~70%，对水中卡马西平的去除率分别为30%~100%和2%~100%，对
水中磺胺甲恶唑的去除率分别为20%~60%和20%~70%。在采用相同设备的条
件下，臭氧微纳气泡再生活性炭技术的制水成本比臭氧活性炭工艺降低了78.
92%~81.26%。
基于自由基淬灭实验和EPR测试结果，发现在活性炭再生过程中，·OH、
·O
-1
2、O2均发挥了作用；对不同使用时长的活性炭进行表征和分析，发现椰壳活
性炭和煤质活性炭表面的总酸基团含量减少幅度分别为12.2%~42.9%和33.3%
~53.3%，羧基基团含量的变化幅度分别为10.0%~90.0%和-33.3%~26.7%，内
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酯基基团含量变化幅度分别为-12.5%~6.3%和-10.0%~50.0%，碘值减少幅度分
别为1.61%~12.31%和10.52%~15.48%，亚甲蓝值减少幅度分别为42.29%~80.
04%和56.34%~79.41%，比表面积变化幅度分别为0.59%~33.67%和-14.52%~2
4.48%，总孔体积增加幅度分别为45.30%~81.93%和16.64%~61.07%，平均孔
径变化幅度分别为22.20%~69.69%和-6.80%~65.20%。经过臭氧微纳气泡再生
后，活性炭的总酸基团、羧基官能团、内酯基官能团、碘值、比表面积、总孔
体积、平均孔径均会增加，而活性炭的酚羟基官能团、亚甲蓝值、强度、石墨
化程度会有所降低。有机物去除率变化和活性炭结构性质变化都说明了臭氧微
纳气泡能够一定程度上降解吸附于活性炭孔隙内部的污染物，保持活性炭良好
的物理化学性质和吸附能力。
关键词：活性炭；吸附；有机微污染物；活性炭再生；臭氧微纳气泡
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