哈尔滨工业大学硕士学位论文
摘要
农药、个人护理品等化学物质的大量使用会导致水环境中有机微污染物的
富集。本研究采用粉末活性炭吸附和臭氧再生相结合的工艺，实现活性炭高效
吸附污染物及活性炭再生与重复利用，经济环保、绿色高效。吸附与臭氧原位
再生相结合的工艺，既能够降低能耗，避免溴酸盐等副产物的形成，又可以实
现粉末活性炭的高效应用。本研究为水厂吸附处理不同种类的微污染物提供可
行方法和理论支持。
购置3种不同原材料的粉末活性炭（PAC），根据碘和亚甲基蓝吸附值、
孔隙特征、实际吸附效果等，优选出煤质粉末活性炭（CPAC）。考察不同实
验参数对活性炭静态吸附效果的影响，污染物去除率随活性炭投量增加、温度
升高而增加，pH对活性炭吸附双氯芬酸钠（DCF）的影响不大，水中含有0.5
mg/L腐殖酸时PAC吸附DCF的吸附效果下降31.91%。吸附动力学、热力学
更加符合准二级吸附模型、Freundlich模型。活性炭对不同污染物的吸附效果
不同，在污染物浓度为500μg/L，PAC投量为20mg/L的实验条件下，CPAC
吸附300min时DCF、磺胺甲恶唑（SMX）、莠去津（ATZ）的去除率分别为
100%、99.43%、94.54%，CPAC吸附DCF、SMX、ATZ的饱和吸附量分别为
352mg/g、365mg/g、350mg/g。对购置的商品木质粉末活性炭进行研磨，创
造新生吸附界面，PAC的比表面积、总孔容积、平均孔径分别提高了59.28%、
71.88%、7.89%，吸附DCF、SMX、ATZ的效果提升了5.81%、14%、4.65%。
因此，研磨是一种良好的商品活性炭预处理手段。臭氧浓度为2.16mg/L时静
态再生PAC，再生时间从0.5h增加到2h时，再生效果提高7.62%，与完全
达到吸附饱和的PAC相比，达到吸附饱和程度70%的PAC再生后去除DCF
的效果提升了9.03%。臭氧水浓度为4.45mg/L，再生时间为0.5h时，PAC再
生效率达72.33%，与原始PAC相比，PAC再生后的比表面积、总孔容积、平
均孔径增加13.72%、19.60%、47.17%，亚甲基蓝值、碘值分别恢复了83.42%、
91.21%，石墨强度略有下降，总体强度变化较小，仅下降0.6%，与饱和PAC
相比，再生PAC的含氧基团有所恢复。
设计一种粉末活性炭固定床动态连续流吸附装置，分析不同动态连续流吸
附条件下固定床的吸附规律。采用臭氧水对装置进行原位再生，探究再生前后
固定床的吸附效果和活性炭的结构变化。结果表明，粉末活性炭固定床比颗粒
活性炭固定床的出水DCF浓度降低了24.28%。随着活性炭投量的增加、进水
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流量及污染物浓度的降低，污染物的去除率增加。连续流进水DCF浓度为100
μg/L，PAC固定床吸附至2d、3d时向固定床中通入臭氧浓度为4.5mg/L的
臭氧水再生1h，再生频率为2d/次的PAC滤柱的再生效率为48.92%，再生周
期更长的滤柱再生效果降低了8.93%，臭氧再生时间从1h延长至3h时，PAC
再生效果提高60.00%。活性炭再生频率为3d/次，动态连续流实验共进行10d，
当PAC再生3次后，再生效果与第一次再生相比下降7.82%。进水污染物不
同时，臭氧对活性炭固定床均有较好的再生效果，污染物种类不同时臭氧再生
活性炭的再生效果也有所不同，进水污染物为DCF的活性炭再生效果最好，
SMX次之，ATZ相对较差。多次再生后PAC的各类结构变化不明显。与原始
PAC相比，PAC再生3次后的比表面积、总孔容积、平均孔径增加14.30%、
38.45%、22.91%，亚甲基蓝值、碘值分别恢复了95.72%、88.43%，总体强度
下降1.2%。臭氧再生粉末活性炭以实现粉末活性炭的重复使用是一种现实可
行且效果较好的方式。
关键词：粉末活性炭；吸附；有机微污染物；原位再生；臭氧