本试验中电氧化处理对象为江苏某垃圾填埋场渗滤液的纳滤浓缩液，该填埋场渗滤液处理工艺为“预处理+两级A/O+MBR+NF+RO”，纳滤浓缩液的处理工艺为“Fenton+电氧化”。本试验中试验水样为电氧化产水，纳滤浓缩液和电氧化产水的主要水质指标见表1。

本试验采用电氧化处理垃圾渗滤液的产水作为试验水样，采用“Fenton+电氧化”工艺处理渗滤液纳滤浓缩液，利用钛涂层钌依电极在电流密度为600 A/m²时，电解后的水样作为试验水样。试验前制取10 L电氧化产水水样，混合均匀后放在冰箱中保存。

小试试验采用烧杯作为去除余氯的反应器，利用六联磁力搅拌器作为烧杯搅拌装置，试验时取1 L水样于每个烧杯中，用电子天平准确称量粉末活性炭，倒入烧杯中，将转速调至720 r/min，搅拌均匀后，开始计时。测定水样的余氯前，先用0.45 µm的滤膜过滤水样。配制（1+35）的H₂SO₄和2%的NaOH溶液用于调节水样的pH。具体操作步骤：取500 mL电氧化产水，放入1 000 ml烧杯中，用酸溶液或碱溶液调节水样初始pH，向水样中分别加入粉末活性炭，并放置于磁力搅拌器上以720 r/min进行充分搅拌，反应结束后，连续取样用0.45 µm滤膜过滤后测定余氯。

中试试验中，采用“粉末活性炭反应器+真空转盘过滤”去除电氧化产水中的余氯，试验期间，调节水样的pH为7.0～7.5，粉末活性炭的运行浓度为10 kg/m³，粉末活性炭停留时间为5 d，每天运行6 h，连续运行30 d，试验水样为电氧化处理4 h后的产水。运行期间连续进水和产水，每2 h取1次水样测定产水中的余氯。

试验药剂：6种国产商品粉末活性炭：1种椰壳活性炭，2种木质活性炭（木质活性炭Ⅰ、木质活性炭Ⅱ），3种煤质活性炭（煤质活性炭Ⅰ、煤质活性炭Ⅱ、煤质活性炭Ⅲ）。浓硫酸（98%）分析纯，氢氧化钠（分析纯）。

中试试验采用自主设计的试验装置，余氯去除工艺为“粉末活性炭反应器+真空转盘过滤”，试验装置主要包括反应器、活性炭投加装置、鼓风机、真空转盘过滤机、产水泵、进水泵、循环泵、排水泵、控制箱等组成，试验装置由PLC控制。试验工艺流程见图1。

粉末活性炭反应器主要包括活性炭投加装置、搅拌机、进水管、循环管、曝气管、排空管、支架等。反应器由内外筒组成，搅拌机在内筒中，搅拌机功率0.37 kW，内筒有效容积为100 L，外筒有效容积为400 L，反应器设计水力停留时间为60 min，设计处理能力为0.5 m³/h。进水管和循环管出口在内筒中，活性炭、进水和循环水在内筒中混合搅拌，外筒采用曝气搅拌，外筒上设置溢流出口管，外筒的出水从溢流管流入真空转盘过滤机的进水箱，通过循环泵回流至内筒中，保持活性炭浓度的稳定，循环泵的流量为1～2 m³/h。

真空转盘过滤机主要由转盘水箱、转盘、中心产水管、进水管、冲洗管、曝气管、减速电机、排空管、溢流管、进水泵、进水箱、鼓风机、产水泵和产水箱等组成，进水箱和产水箱中有液位计，通过液位控制真空转盘过滤机的运行。转盘上有过滤层，过滤层下面有支撑层，过滤层采用滤布，本试验采用的滤布材质为加厚型涤纶，透气率为2。转盘的尺寸为500 mm，转盘数量为3个，有效过滤面积为1 m²，设计转盘的过滤通量为0.5～1 m³/(m²·h)。

试验过程中，对处理前和处理后的余氯进行测定，采用《水和废水分析监测方法(第四版）》中规定的方法。余氯的测定方法为碘量法和DPD（N，N-二乙基-1,4-苯二胺）分光光度法。

活性炭的颗粒大小对余氯的去除有很大影响^[7]，活性炭的颗粒越小，过滤面积就越大，去除效果越好，活性炭的孔径分布以及粒度对扩散会有很大的影响^[8]，椰壳活性炭具有很好的去除余氯效果^[9]。本试验采用的6种活性炭的性质表2。

水样初始pH为7.5，粉末活性炭投加量为1 g/L，反应时间为80 min，不同粉末活性炭对余氯的去除效果见图2。

图2可知，不同性质的粉末活性炭对余氯的差异性较大，活性炭去除余氯的性能除了和吸附碘值有关，还和活性炭材质有关。研究表明余氯去除速率为煤质活性炭>椰壳活性炭>木质活性炭>果壳活性炭^[3]。本试验中，余氯去除速率为煤质活性炭Ⅱ>椰壳活性炭>煤质活性炭Ⅲ>木质活性炭Ⅱ>木质活性炭Ⅰ>煤质活性炭Ⅰ，一般认为，余氯主要与活性炭表面的还原性基团反应得以去除^[10]，动力学拟合结果表明反应前期余氯的去除速率显著高于后期，这主要是由于反应初期依靠吸附作用，吸附平衡后主要依靠还原性基团的反应。不同性质的活性炭，表面的官能团差异较大。采用Boehm滴定法测定活性炭表面官能团，不同性质的活性炭表面官能团性质见表3。煤质活性炭I的表面官能团含量最少，表现出对余氯的去除性能最差，煤质活性炭Ⅱ的表面官能团较多，余氯去除能力较强。综合分析，本试验中粉末活性炭对余氯去除速率主要受到吸附碘值、表面官能团、活性炭材质的影响。

pH会影响活性炭对余氯的去除效果，一般酸性条件有利于活性炭与余氯的反应，主要原因是碱性条件下电氧化产水中的余氯多以ClO-的形式存在，HClO的氧化能力要强于ClO-，HClO更容易与活性炭表面官能团反应^[11]。选取性能适中的粉末活性炭（煤质活性炭Ⅲ）去除余氯，粉末活性炭的投加量为1 g/L，反应时间为2 h，不同pH条件下，粉末活性炭对余氯的去除效果见图3。

图3可知，溶液初始pH对余氯的去除速率影响很大，初始pH从6到11，余氯去除速率不断降低，在初始pH为6时，反应2 h后，水样中余氯被完全去除，随着反应时间的增加，余氯的去除速率也会随之降低。实际废水中pH一般为6～9，在用活性炭去除余氯时可以适当投加酸以降低溶液pH，有助于提高活性炭对余氯的去除效果。

溶液初始的pH对活性炭去除余氯有明显的影响，为了提高余氯去除效果，还可以通过延长时间来提高余氯去除量。本试验中，控制水样的初始pH为11，采用煤质活性炭Ⅲ去除余氯，活性炭的投加量为0.5 g/L，虽然余氯的去除速率较慢，在延长反应时间为48 h

后，水样中的余氯仍然可以被去除，试验结果见图4。

图4可知，虽然水样中的余氯被去除，但是活性炭被过度氧化，水样的颜色变成棕褐色，色度大于500倍。主要原因为活性炭去除余氯是吸附作用和氧化还原反应的共同结果，当活性炭被氧化时，活性炭上的含碳物质向液相转移，活性炭在碱性条件下被氧化时结构断裂产生的溶解性碳质物质进入到溶液中，这类物质主要多为环芳香类物质^[12]，通常被认为是富里酸（FAs）。

对比图3和图3可以看出，溶液初始pH对余氯去除的影响比反应时间更明显，pH会严重影响余氯的去除速率，需要更长的时间才能将余氯去除，而且在较长时间在碱性条件下反应，还容易使活性炭上的碳物质转移到液相中导致水样颜色变成深棕色，而且反应时间越长，颜色越深，色度可以达到1 000倍以上。

活性炭去除余氯初期主要以吸附作用为主，后续主要依靠化学反应^[6]，随着反应时间的延长，活性炭对余氯的去除量也随之增加，0.5 g煤质活性炭Ⅲ至少可以去除1 461 mg的余氯，远远超过活性炭的吸附容量。用煤质活性炭Ⅲ进行试验，不同的活性炭投加量去除余氯的结果见图5。增加活性炭的投加量可以明显加快余氯去除速率，反应初期余氯去除速率较快，主要依靠了活性炭的吸附作用，反应后期则依靠活性炭表面的氧化还原作用去除余氯，随着余氯浓度的降低，反应速率逐渐降低。

为了验证粉末活性炭对余氯的最大去除能力，试验中选取性能最好的粉末活性炭（煤质活性炭Ⅱ）去除余氯。由于粉末活性炭去除余氯能力较强，本试验中溶液初始余氯浓度在1 000～2 000 mg/L，粉末活性炭投加量不宜过大，因此选取活性炭的投加量为0.1 g/L，同时为了缩短试验反应时间，选取初始pH为5.0提高反应速率。试验数据经过拟合曲线的结果见图6。

图6可知，随着反应时间的延长，活性炭去除余氯的速率也逐渐降低，反应负荷符合一级反应动力学。根据拟合方程计算活性炭去除余氯的最大值为824.84 mg/L，考虑到实际应用中，反应装置的水力停留时间不可能无限大，以水力停留时间120 h计算，可以估算出余氯的浓度为569.06 mg/L，得到活性炭的去除能力为3 006.5 mg/g。

为了验证拟合曲线的准确度，延长反应试验为48 h后，实际的余氯浓度为453.015 mg/L，说明实际的余氯去除能力比拟合曲线计算值大，计算得到活性炭的去除能力为3 586.725 mg/g，但是活性炭被过度氧化，溶液会变成淡黄色，溶液色度超过32倍，因此活性炭的停留时间不宜过长。

为了验证余氯去除后长时间浸泡不会导致余氯的释放，设置反应条件为：活性炭投加量为2 g/L、初始pH=7.0、反应时间10 d、反应结束时余氯浓度＜1 mg/L，试验结果表明，活性炭在中性条件下去除余氯后，长时间浸泡不会导致余氯的释放，溶液颜色也不会加深。

根据文献[13]，活性炭去除余氯发生反应见式（1）和式（2）：

式中：C*为活性炭自由基；CO*代表活性炭的表面氧化炭，是活性炭表面官能团被氧化后的形态；CO*可能释放到水溶液中，从而产生新的反应位点^[14]。本试验中，在初始余氯浓度为1 344 mg/L，活性炭投加量为1 g/L时，当余氯去除量为724.199 mg/L时，溶液中氯离子增量为658.281 mg/L，可以证明余氯的去除是吸附和氧化反应的共同结果。根据氧化还原反应过程中电子守恒计算，假设余氯都为HClO，当活性炭氧化产物为CO时，反应式见式（3）：

计算得到1 g活性炭的最大余氯去除量为1×35.45/12×1 000=2 954.17 mg；

当活性炭氧化产物为CO₂时，反应式见式（4）：

计算得到1 g活性炭的最大余氯去除量为1×(35.45×2)/12×1 000=5 908.33 mg；

因此可以推断，根据此理论活性炭的氧化产物可能为CO₂，实际上反应过程中余氯的去除难以达到理论最大值。

综合考虑，为了保证活性炭对余氯有高效的去除效果，同时防止活性炭被过度氧化导致水样颜色变深以及活性炭表面的碳物质转移到水中对水样造成污染，活性炭的设计去除能力不宜过高。

本试验中，采用煤质活性炭Ⅱ进行试验，进水的余氯浓度在1 000～2 000 mg/L之间，运行初期产水中的余氯基本被完全去除，去除效果较好，并且产水色度较低，无明显气味，稳定运行后180 h内的运行数据见图7。

图7可知，活性炭对余氯的去除效果比较稳定，产水余氯维持在1 mg/L左右，本试验中，活性炭的停留时间可以控制在5 d左右，根据活性炭的理论最大去除能力，同时保证活性炭的有效利用，设计活性炭的余氯去除能力为3 000 mg/g左右。R²

试验期间，真空转盘过滤机的转盘转速为50～100 r/min，进水流量为1 m³/h，设备运行稳定，出水中SS浓度<10 mg/L，在运行中，每2 h停机1次，先排空转盘水箱，再启动冲洗程序，利用高压水流对转盘的盘片进行冲洗，可以有效地防止活性炭在转盘过滤层上积累。连续运行1个月，每天运行6 h，运行过程中的过滤通量、产水负压的情况见图8。

图8可知，在真空转盘过滤机的连续运行过程中，过滤通量一直稳定在0.5 m³/(m²·h)左右，产水负压在16 kPa以内，真空转盘过滤机运行稳定，说明采用真空滤布过滤粉末活性炭是可行的。

本文通过小试试验，探究了粉末活性炭去除余氯的工艺条件，并设计了一种用于粉末活性炭去除余氯的工艺，以电氧化处理填埋场渗滤液后的产水为研究对象，采用“粉末活性炭反应器+真空转盘过滤”试验装置进行中试试验，考察该工艺的运行情况和对余氯的去除效果。

（1）溶液初始pH、活性炭性质、活性炭投加量等对余氯去除的影响很大。降低pH有利于提高活性炭对余氯去除速率，活性炭的吸附容量和表面官能团都对去除余氯有明显的影响。活性炭在使用过程中表面官能团会被氧化而逐渐降低活性，因此需要连续更换活性炭以保证余氯去除效果，本试验中设计活性炭的最大处理能力约3 000 mg/g。

（2）采用“粉末活性炭反应器+真空转盘过滤”工艺去除电氧化产水中的余氯，在余氯浓度1 000～2 000 mg/L，活性炭浓度10 g/L，水力停留时间为120 min时，粉末活性炭对余氯的去除率接近100%，连续运行1个月，试验装置运行稳定，出水SS<10 mg/L。

本试验中，每天需要排除部分活性炭混合液，因此实际工程应用需要考虑活性炭的固液分离，建议采用板框压滤机对活性炭的混合液进行脱水。