臭氧预氧化强化混凝对二级出水中DON作用机制探讨

城市污水厂出水越来越多被中水回用或排入河流间接地作为下游水源水,其中所包含的溶解性有机氮(dissolved organic nitrogen,DON)被认为是含氮消毒副产物(nitrogenous disinfection by-products,N-DBPs)的前体物,受到国内外学者的高度关注.为探讨臭氧预氧化强化混凝对二级出水中DON作用机制,不仅分析了不同相对分子量和亲疏水性DON组分变化,而且还考察氯化消毒副产物(disinfection by-products,DBPs)生成潜势;最后结合三维荧光(3DEEM)分析技术,对强化混凝前后DON组成、化学结构特征进行研究.结果表明,臭氧预氧化可以显著提高混凝对DON、DOC和UV254去除效果,其中DON最大去除率提高到3.7倍;pH对臭氧预氧化强化混凝有着重要的影响.随着pH值的增加,DON、DOC和UV254去除率呈下降趋势;Ca~(2+)是臭氧预氧化提高混凝效果的关键因素.随着臭氧浓度增加到8 mg·L~(-1)时,ζ电位由-33 m V上升到-8 m V,Ca~(2+)浓度则从116 mg·L~(-1)下降到89 mg·L~(-1).ζ电位和溶解性Ca~(2+)浓度的线性关系(R~2=0.97)可以表明,只有当Ca~(2+)浓度较高时臭氧预氧化才能显著地提高混凝效果;臭氧预氧化强化混凝处理后,相对大分子量(20×103)和疏水性DON所占比例显著下降,相对小分子量(6×103)和亲水性DON所占比例增加.DBPs的生成潜势总和明显降低,由120.1μg·L~(-1)下降到65.2μg·L~(-1);最后,经3DEEM光谱分析可知,在臭氧预氧化强化混凝过程中DON浓度和DBPs生成潜势变化与3DEEM光谱中3个主要荧光峰有关,分别代表色氨酸类蛋白质、芳香族类蛋白质和富里酸类物质.     

Cu2+在混凝中对富里酸氯化消毒副产物的影响

混凝实验采用硫酸铝作为混凝剂,以富里酸（FA）为目标物,考察Cu²⁺对浊度、溶解性有机碳（DOC）去除效果和氯化消毒副产物生成势（DBPsFP）的影响,并采用三维荧光光谱（3DEEM）和超滤膜分级对混凝出水进行表征.结果表明,Cu²⁺可以通过络合反应提高混凝过程对FA中亲水性组分和芳香结构DBPs前驱体的去除效果.在pH> 7时,可以使二氯乙酸生成势（DCAAFP）和三氯甲烷生成势（TCMFP）明显降低.Cu²⁺-混凝的作用更倾向于影响FA中分子量级分处于10~30kDa的物质,提高其对DOC和DBPs生成势的去除效果.     

混凝和活性炭吸附去除微污染水源水中DON的研究

溶解性有机氮(dissolved organic nitrogen,DON)作为饮用水中新兴氮消毒副产物(nitrogenous disinfection by-products,N-DBPs)的前体物逐渐受到国内外学者的关注.为探讨混凝和活性炭吸附对微污染水源水中DON的去除机制,首先测定原水中DON、溶解性有机炭(dissolved organic carbon,DOC)、NH4+-N、UV254、pH和溶解氧(dissolved oxygen,DO)等指标和DON、DOC分子量分布;接着通过混凝和活性炭吸附试验来考察原水中DON、DOC和UV254变化,并应用三维荧光光谱对原水中DON变化进行表征.结果表明,微污染水源水中DON、DOC和UV254分别为1.28 mg.L-1、8.56 mg.L-1和0.16 cm-1,DOC与DON比值(DOC/DON)为6.69 mg.mg-1,SUVA为1.87 m-1.(mg.L-1)-1;小分子量(<6 000)DON占较高比例约为68%,大分子量(>20 000)DON占的比例为22%;当混凝剂投加量为10 mg.L-1,DON的去除率大约为20%,DOC和UV254去除率约26%、70%;当活性炭投加量为1.0 g,DON、DOC和UV254的去除率大约为60%、35%、100%;混凝和活性炭吸附组合试验时,对DON、DOC的去除率大约为82%和64%;三维荧光光谱证实,原水中DON变化与3个主要峰有关,分别代表物质为色氨酸类蛋白质、芳香族类蛋白质和富里酸类物质.     

臭氧/活性炭协同作用去除二级出水中DON

为探讨臭氧氧化和活性炭吸附对城市污水厂二级出水中溶解性有机氮(DON)的去除机制,首先测定二级出水DON、溶解性有机炭(DOC)、UV254、pH值等指标.接着通过臭氧氧化试验和活性炭吸附试验来考察二级出水中DON、DOC和UV254变化,以及DON分子量分布和DON亲疏水性变化,并应用三维荧光光谱对二级出水中DON变化进行表征.结果表明,当臭氧投加量为8mg/L,DON的去除率大约为33.9%,DOC和UV254去除率约21.2%、66.7%;当活性炭投加量为2.0g/L,DON、DOC和UV254的去除率大约为43.4%、27.6%、92.2%;臭氧氧化和活性炭吸附组合试验时,对DON的去除率大约为83.3%和81.5%;臭氧氧化提高小分子量( 20kDa)的DON所占比例;活性炭吸附降低小分子量( 20kDa)DON所占比例为;臭氧氧化和活性炭吸附都提高亲水性DON所占比例,而降低疏水性和过渡性DON所占比例;三维荧光光谱证实,二级出水中DON变化与3个主要峰有关,分别代表物质为色氨酸类蛋白质、芳香族类蛋白质和富里酸类物质.     

污水再生过程中消毒副产物前体物转化规律

采用大孔吸附树脂将污水中的消毒副产物(DBP)前体物分离为亲水性物质(HPI)、强疏水性物质(HPO)和弱疏水性物质(TPI)这3个组分,通过三维荧光光谱、傅里叶红外光谱和核磁共振对再生水处理各沿程前体物进行表征,并测定各沿程出水的消毒副产物生成势(DBPFP).结果表明,生活污水中DBPs前体物主要组分为腐殖质和脂肪烃,以HPI为主.一级处理(沉淀)基于HPO与水互斥的物理性能对疏水性腐殖质有较好的去除效果,腐殖质的去除会导致含碳消毒副产物生成势(CDBPFP)的降低.此外由于DON/DOC的增加,含氮消毒副产物生成势(N-DBPFP)有所增加.二级处理(生物处理)对腐殖质和脂类均有较好的去除效果,但会产生大量疏水性的溶解性微生物产物(SMP),因此生物处理后DBPs前体物主要表现为疏水性.SMP的累积会导致C-DBPFP和N-DBPFP的大幅增加.深度处理(滤布滤池)能截留部分腐殖质和疏水性的SMP,因此前体物HPO占比减少,HPI占比增加.深度处理可以通过对SMP的去除来降低C-DBPFP和N-DBPFP.     

蛋白类有机质在水厂各处理单元中的去除特性

蛋白类有机质（pDOM）广泛存在于天然水体中,是非常重要的含氮消毒副产物前驱物.近年来,其在饮用水处理过程中的去除和控制逐渐受到广泛关注.本文以两个实际饮用水厂不同工段进出水为研究对象,通过高效尺寸排阻色谱联合紫外、荧光及有机碳检测器的分析方法,对水样中pDOM不同分子量组分的去除特性及变化规律进行探究.同时,选取混凝和活性炭吸附两种水处理技术进行小试实验,进一步探究pDOM组分在常规处理单元的去除规律.结果表明,pDOM在不同水处理单元具有不同的去除特性,预氧化能够有效分解类色氨酸和类酪氨酸型高分子组分,且随着氧化剂氧化作用增强,更多的高分子组分被氧化分解为小分子,但一些分子量较大的脂肪族蛋白等组分则难以被氧化分解;混凝沉淀对高分子组分有良好去除效果,尤其是类色氨酸型pDOM,且混凝过程可能存在一定量pDOM组分的释放,多为小分子及疏水性组分;活性炭过滤易去除分子量较低及疏水性较强的组分,但炭砂滤池长期运行可能存在微生物滋生,因此造成出水部分pDOM组分浓度增加;紫外消毒在一定程度上提高了小分子组分的去除效率.由于实际水厂运行过程中水质条件变化复杂且微生物活动不可控,故各处理单元对pDOM的去除并没有展现协同作用.且相比于腐殖质类物质,pDOM组分受水质变化影响较大,从整体工艺流程来看,去除效果有限.因此在水厂未来运行中,应加强进出水中pDOM各组分的监测,及时对各处理单元运行参数进行调整,同时考虑结合臭氧-生物活性炭工艺,或增加纳滤等膜过滤单元,严格控制pDOM组分的去除.     

5种颗粒活性炭对水中卤乙酸的等温吸附试验

通过等温吸附实验,考察了5种不同类颗粒活性炭(GAC)对消毒副产物卤乙酸(HAAs)中致癌风险较高的二氯乙酸、三氯乙酸的吸附行为.结果表明:二氯乙酸、三氯乙酸的吸附行为符合Langmuir等温式;进口活性炭A对二氯乙酸饱和吸附量是3种国产活性炭的4.4～5.7倍,是另一种进口活性炭B的3.8倍;对三氯乙酸的饱和吸附量是3种国产活性炭的4.0～5.4倍,是另一种进口活性炭B的2.6倍.针对进口活性炭A开展的进一步研究结果表明,二氯乙酸、三氯乙酸2组分的相对吸附量与2组分的相对浓度成正比关系,二氯乙酸吸附容量变化对平衡浓度的敏感程度不如三氯乙酸.     

强化混凝对二级处理出水中溶解性有机物特性的影响

以沈阳市B污水处理厂二级处理出水为研究对象,采用FeCl3.6H2O作为混凝剂,研究了强化混凝对二级处理出水中溶解性有机物(DOM)的卤代活性和荧光特性的影响.按照DOM在XAD树脂上的吸附特性将其分为5个部分:疏水性有机酸(HPO-A)、疏水性中性有机物(HPO-N)、过渡亲水性有机酸(TPI-A)、过渡亲水性中性有机物(TPI-N)和亲水性有机物(HPI).结果表明,强化混凝(混凝剂投加量为80mg.L-1,pH=5.00)对DOC的去除率为55.3%.强化混凝对HPO-A的去除率最高,而对HPI的去除率最低.强化混凝后,HPO-N的三卤甲烷生成活性(STHMFP)上升,而其他4种DOM组分的STHMFP下降.强化混凝能够有效去除类富里酸荧光物质和具有高环数和高聚合度的稠环类芳香性荧光物质.强化混凝对DOM组分的去除率和DOM组分的荧光强度下降率的相关性不显著.     

污水中溶解性有机氮类化合物的氯化反应特性及其消毒副产物生成潜能

为探讨城市污水厂二级出水中溶解性有机氮(dissolved organic nitrogen,DON)类化合物的氯化消毒副产物生成潜能及其化学结构变化,首先测定DON、溶解性有机炭(dissolved organic carbon,DOC)、NH4+-N和UV254等指标以及与氯反应前后DON相对分子质量分布,并采用气相色谱测定消毒副产物(disinfection by-products,DBPs)质量浓度,最后应用红外光谱和三维荧光光谱对与氯反应前后的水样进行表征.结果表明,城市污水厂二级出水中DON、DOC、UV254和NH4+-N分别为2.47mg·L-1、14.45 mg·L-1、15.88 m-1和5.42 mg·L-1,DOC与DON比值[m(DOC)/m(DON)]为5.85 mg·mg-1,SUVA为1.09L·(m·mg)-1;与氯反应后,小相对分子质量(Mr<6 000)DON所占比例由70%提高到78%,大相对分子质量(Mr>20 000)DON所占比例从21%降到14%,占较小比例的中等相对分子质量(Mr6 000～20 000)DON基本不变;氯化消毒副产物生成潜能中一氯一溴乙腈(BCAN)质量浓度最大为6.887μg·L-1,三氯乙腈(TCAN)质量浓度最小仅为0.217μg·L-1;与氯反应前,水样的红外光谱出现6个主要吸收区域分别在3 500～3 400、2 260～2 200、1 700～1 640、1 500～1 450、1 150～1 100和850～800 cm-1;与氯反应后水样的红外光谱在1 380～1 350 cm-1和600～550 cm-1增加两个吸收区域;三维荧光光谱证实,与氯反应前后水样中变化与3个主要特征峰有关,分别代表色氨酸类蛋白质、芳香族类蛋白质和富里酸类等物质.     

氧等离子体改性竹活性炭对苯胺的吸附特性

对氧等离子体改性前后的竹活性炭表面理化性质的改变及其对水溶液中苯胺的吸附特性进行了研究.结果表明,氧等离子体改性竹活性炭的表面物理性质变化较小,但是表面化学性质的变化十分显著.在实验条件下,当溶液pH值超过5.0以后,3种竹活性炭对苯胺的吸附效率达到最大并基本保持不变.吸附动力学研究表明,3种竹活性炭对苯胺的吸附过程均可以在480min内达到平衡,改性竹活性炭的苯胺平衡吸附量显著大于未改性炭,吸附过程均可以用准二级动力学模型和内部颗粒扩散模型进行描述.吸附等温线研究表明,3种竹活性炭对苯胺的吸附等温线均符合Langmuir模型.进一步的分析表明, π-π色散力和氢键作用的增强可能是导致改性竹活性炭吸附苯胺性能提高的主要原因.     

改性活性炭对内分泌干扰物的吸附效能与机制

为提高活性炭对内分泌干扰物的吸附效率,分别采用混合酸溶液,氨水,KMnO₄溶液和表面活性剂溶液对活性炭进行改性.采用比表面积及孔隙度分析仪、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FT-IR）和Boehm滴定法对改性后活性炭表面化学性质及孔隙特征的变化进行评价.通过静态吸附实验确定活性炭的最佳改性方法,并对改性后活性炭吸附机理进行探讨.实验结果表明,KMnO₄改性活性炭（AC-K）表现出最佳的污染物吸附性能,其对邻苯二甲酸二丁酯（DBP）、阿特拉津（Atrazine）和磺胺甲恶唑（SMZ）的去除率分别可达到94.5%、93.8%和95.5%,且吸附过程符合二级动力学方程和D-R模型.由模型计算结果可知,AC-K对目标污染物的吸附速率明显加快,其中对Atrazine的二级吸附速率常数是AC的1.75倍.AC-K对DBP、Atrazine和SMZ的理论饱和吸附量也分别比改性前分别提高了42.2%、629%和122%.经KMnO₄改性后,活性炭的吸附机制由物理吸附占主导,转化为离子交换吸附.     

高锰酸盐复合剂强化混凝对水中天然有机物的去除机制研究

利用流动电流、絮凝脉动颗粒检测技术、分子量分布及XAD树脂分类技术对高锰酸盐复合剂强化混凝去除水中天然有机物的机制进行了研究.结果表明,高锰酸盐复合剂提高了硫酸铝的混凝效果,投加0.75 mg/L高锰酸盐复合剂后,较单独投加硫酸铝对天然有机物的去除率可提高13个百分点.流动电流(SC)检测结果表明,高锰酸盐复合剂使有机物表面所带的负电性减弱,稳定性降低.如单独投加60 mg/L硫酸铝时SC值为55.2,而投加0.50、 0.75和1.0 mg/L的高锰酸盐复合剂预氧化处理后,SC值分别升高至61.4、 69.6和87.0.投加高锰酸盐复合剂后,絮凝指数增加,表明高锰酸盐复合剂及反应过程中生成的新生态水合二氧化锰对混凝起到了强化作用.分子质量分布及XAD树脂分类结果表明,高锰酸盐复合剂提高了混凝过程对小分子质量和亲水性有机物的去除能力,如硫酸铝混凝后亲水性有机物的含量为1.90 mg/L,而投加高锰酸盐复合剂后,可使其含量降至1.32 mg/L.     

Effects of chemical modification on physicochemical properties and adsorption behavior of sludge-based activated carbon

This study aimed to explore the adsorption performance of sludge-based activated carbon (SBC) towards dissolved organic matters (DOMs) removal from sewage, and investigated the modification effect of different types of chemicals on the structure of synthesized SBC. Waste activated sludge (WAS) was used as a carbon source, and HCl, HNO₃, and NaOH were used as different types of chemicals to modify the SBC. With the aid of chemical activation, the modified SBC showed higher adsorption performances on DOMs removal with maximum adsorption of 29.05 mg/g and second-order constant (k) of 0.1367 (L/mol/sec) due to the surface elution of ash and minerals by chemicals. The surface elemental composition of MSBC suggested that the content of C-C and C-O functional groups on the surface of modified sludge-based activated carbon (MSBC) played an important role on the adsorption capacities of MSBC towards DOMs removal in sewage. Additionally, the residual molecular weight of DOMs in sewage was investigated using a 3-dimension fluorescence excitation-emission matrix (3D-EEM) and high-performance size exclusion chromatography (HP-SEC). Results showed that the chemical modification significantly improved the adsorption capacity of MSBC on humic acids (HA) and aromatic proteins (APN), and both of NaOH-MSBC and HCl-MSBC were effective for a wide range of different AMW DOMs removal from sewage, while the HNO₃-MSBC exhibited poorly on AMW organics of 2,617 Da and 409 Da due to the reducing content of macropore. In brief, this study provides reference values for the impact of the chemicals of the activation stage before the SBCs application.     

Characteristics of molecular weight distribution of dissolved organic matter in bromide-containing water and disinfection by-product formation properties during treatment processes

The characteristics of dissolved organic matter (DOM) and bromide ion concentration have a significant influence on the formation of disinfection by-products (DBPs). In order to identify the main DBP precursors, DOM was divided into five fractions based on molecular weight (MW), trihalomethane formation potential and haloacetic acid formation potential were determined for fractions, and the change in contents of different fractions and total DBPs during treatment processes (pre-chlorination, coagulation, sand filtration, disinfection) were studied. Moreover, the relationship between bromide concentration and DBP generation characteristics in processes was also analyzed. The results showed that the main DBP precursors were the fraction with MW < 1 kDa and fraction with MW 3−10 kDa, and the DBP''s generation ability of lower molecular weight DOM (< 10 kDa) was higher than that of higher molecular weight DOM. During different processes, pre-chlorination and disinfection had limited effect on removing organics but could alter the MW distribution, and coagulation and filtration could effectively remove organics with higher MW. For DBPs, trihalomethanes (THMs) were mainly generated in pre-chlorination and disinfection, while haloacetic acids (HAAs) were mostly generated during pre-chlorination; coagulation and sand filtration had little effect on THMs but resulted in a slight removal of HAAs. In addition, the results of ANOVA tests suggested that molecular sizes and treatment processes have significant influence on DBP formation. With increasing bromide concentration, the brominated DBPs significantly increased, but the bromine incorporation factor in the processes was basically consistent at each concentration.     

饮用水源突发挥发酚污染应急处理中试研究

通过为期2个月规模为4m3·h-1的中试试验,考察了常规给水工艺(混凝、沉淀和过滤)对突发挥发酚污染原水的处理情况.重点考察了活性炭吸附、臭氧预氧化和高锰酸钾预氧化等3种应急工艺的除酚效能.结果表明,常规混凝沉淀对挥发酚的去除率低于10%,砂滤在12h内可起到拦截挥发酚的作用,3种应急工艺均可提高挥发酚的去除效果,起到应急的作用.其中活性炭吸附对挥发酚的去除率可达44%;在0.5mg·L-1的投量下高锰酸钾预氧化可达到50%的除酚效率;臭氧预氧化可使沉淀出水挥发酚达标(0.002mg·L-1),挥发酚去除率约99%.     

活性炭吸附石化二级出水有机物去除特性研究

采用活性炭对某石化二级出水进行吸附研究,考察了静态和动态试验下,活性炭对石化废水二级出水COD的去除效果,并讨论了吸附前后水中有机物的组分和相对分子质量的变化.结果表明:静态试验中,活性炭对石化废水二级出水的COD的饱和吸附量为1.1 mg·g-1,吸附速率为0.7 mg·min-1;通过动态试验得到了吸附的最佳条件,即HRT=1 h,水力负荷为0.76 m3·m-2·h-1,此时COD的去除率可达49.9%,出水COD低于50 mg·L-1.相对分子质量分级和树脂分级分析结果表明,活性炭对石化废水二级出水中相对分子质量小于5000的小分子有机物有较好的吸附效果,该组分被活性炭吸附的COD所占比例为59.72%,活性炭吸附作用对水中不同相对分子质量有机物分布影响不大;活性炭对石化废水中有机物组分的去除效果排序依次为:疏水碱性物质(HOB)疏水酸性物质(HOA)亲水中性物质(HIS)疏水中性物质(HON),对HOB和HOA的去除率可达到79%和61%,对HIS和HON的去除效果不佳.     

强化混凝消除微污染水中有机氯的研究

以聚合氯化铝和聚合硫酸铁为絮凝剂,采用强化混凝的处理方法,对微污染水中有机氯(OCPS)的消除进行了研究,考察了混凝剂投加量、pH值、原水浊度、温度和凹凸棒土助凝剂等因素对OCPS消除效果的影响.结果表明,pH值在5~6,PAC投加量为14mg/L时,OCPS及浊度的去除率分别达到57.03%~74.83%和98.18%;OCPS和浊度的去除率随原水浊度的增加而增加;低温有利于OCPS去除;活性炭和改性凹凸棒土作为助凝剂对OCPs的去处率有不同程度地提高,分别投加5mg/L改性凹凸棒土和活性炭,OCPS去除率分别达到47.4%~78.2%和22.8%~79.5%,低投加量下改性凹凸棒优于活性炭;混凝对DDT去除好于HCHs;PFS去除OCPS的效果好于PAC.