臭氧生物活性炭工艺运行中产生溴酸盐的可能性分析

为合理评估应用臭氧生物活性炭工艺中溴酸盐的生成情况,提出既能保证出水水质又能降低溴酸盐超标风险的方案.进行了小试与中试试验,系统地从原水水质和工艺参数两个方面入手,研究水质因素、初始溴离子浓度和臭氧氧化条件等对溴酸盐生成的影响,同时分析生物活性炭对溴酸盐的去除能力.结果表明:高初始溴离子浓度水平和臭氧接触程度(Ct值)促使更多BrOx-生成.在相同Ct值条件下,升高臭氧投加浓度可使溴酸盐生成量增高200%左右.以长江南京段江心洲夹江下游原水进行臭氧生物活性炭深度处理不会产生溴酸盐超标风险.生物活性炭(BAC)对于溴酸盐去除效果并不明显.运用臭氧生物活性炭工艺进行深度处理时,工艺中应着重注意控制溴酸盐在臭氧化过程中的生成而非依靠后续生物活性炭将其去除.     

氢基质自养微生物还原降解水中溴酸盐的可行性

BrO₃-（溴酸盐）作为饮用水中存在的2B级潜在致癌物已引起社会公众的广泛关注.微生物还原降解是一种净化水中BrO₃-的有效途径.基于序批式试验,研究了厌氧条件下微生物利用氢气作为电子供体还原降解水中BrO₃-的可行性及关键影响因素.结果表明,氢自养微生物能利用氢气为电子供体、BrO₃-为电子受体,将BrO₃-完全还原成一种稳定的无毒的终产物Br-.在120 h的反应期内,ρ（BrO₃-）从初始时的1.02 mg/L降至0.56 mg/L（去除率为44.5%）,最高去除速率达0.26 mg/（L·d）,出水ρ（Br-）相应地升至0.29 mg/L.对照处理中,ρ（BrO₃-）和ρ（Br-）均没有明显的降低和升高趋势.影响因素试验表明,NO₃--N和SO₄2-作为常规氧化性污染物（电子受体）,反硝化和SO₄2-还原对BrO₃-还原耗氢产生了竞争,致使BrO₃-生物还原过程受到电子供体的竞争性抑制.反硝化对BrO₃-还原效率的影响程度比SO₄2-还原更加强烈.初始ρ（BrO₃-）对氢自养微生物还原降解BrO₃-效率有较大影响.氢自养微生物还原降解BrO₃-最适宜的pH范围处于7.0~7.5之间.研究显示,利用氢气作为电子供体的氢自养微生物将BrO₃-还原成无毒的Br-是一种较为可行的生物处理技术或手段.      

饮用水中溴酸盐的去除技术

臭氧在饮用水处理中得到了广泛的应用,但当水源中含有溴离子时,臭氧深度处理过程中会产生2B级潜在致癌物溴酸盐。我国新的《生活饮用水卫生标准》规定溴酸盐浓度为10μg/L。溴酸盐在水中是极易溶解,具有高度稳定性,溴酸盐一旦形成,就很难用传统的处理技术去除。综述了目前去除溴酸盐技术的最新研究进展及其优缺点,主要包括活性炭吸附去除法、离子交换法、亚铁离子还原去除法、零价铁还原去除法、紫外线照射法等去除技术。现有的去除技术大部分处于实验阶段,在实际应用中存在一定的局限性,因此需要进一步的实验研究,以便有效的应用于工程实践。     

饮用水中溴酸盐控制方法和去除技术研究进展

溴酸盐是一种潜在致癌物,通常产生于含溴离子水源水的臭氧消毒过程中,我国和世界卫生组织饮用水标准中规定溴酸盐的最高浓度为10μg/L。重点综述了近7年来溴酸盐生成的控制方法(如优化臭氧投加量、降低溶液pH值、加氨等)以及溴酸盐离子去除技术(如吸附法、还原法、离子交换法、生物法等)的研究进展,并对各种技术的优缺点进行了评述。     

溴离子和溴酸盐活性炭竞争吸附及溴酸盐生成影响

采用3种活性炭对水体中溴离子和溴酸盐的吸附去除规律进行了考察.结果表明,单吸附条件下溴离子和溴酸盐的吸附去除效率分别达到69%和88%以上,双吸附质条件时溴离子去除率减少到10%.溴酸盐去除率为60%以上;有机物与溴酸盐之间存在竞争吸附关系,AC-400的孔径分布条件更适合于有机物的吸附过程.而不利于溴酸盐的吸附,在低浓度平衡溶液条件下(ce＜72 mg·L-1),AC-100对有机物的吸附能力较高,在溶液平衡浓度72mg·L-1＜ce＜211 mg·L-1条件时,AC-150对有机物的吸附能力较强,影响程度取决于活性炭比表面积和粒度分布等因素;溴酸盐的去除效率同时受到水体中氨含量和pH的影响,氨含量超过200μg/L以上溴酸盐减少量变化不显著,较低pH值溴酸盐生成量较少.     

溴酸根在颗粒活性炭上的还原

小试研究了溶液中溴酸根在颗粒活性炭上还原与溴离子生成的过程,考察pH、离子强度、温度和初始浓度对该过程的影响.结果表明,活性炭对溴酸根的去除性能与表面碱性官能团有一定相关性.其它阴离子对吸附/还原过程有阻碍作用,实验中影响顺序为ＮＯ^-₃>SO^２－₄ > Cl^-.溴酸根的吸附与溴离子的生成可分别用拟二级速率方程和粒子内扩散模型进行模拟,绝大部分相关系数在0.97以上.低pH和低离子强度有利于溴酸根的吸附与还原.15～42℃范围内吸附与还原速率随温度提高先降低后升高.实验中活性炭对溴酸根的最大吸附容量可达到769.23 μmol/g（98.4 mg/g）,但反应较慢且易受干扰.推测活性炭表面微孔部分对溴酸根的吸附也受到溴离子释放的阻碍.     

磁性离子交换树脂对原水中有机物去除效能的研究

采用磁性离子交换树脂(MIEX)预处理原水中有机物的中试试验结果表明,MIEX技术可有效地去除原水中的有机物,对UV254,DOC和CODMn的去除率分别稳定在82%、66%和50%,MIEX预处理可以有效强化混凝沉淀对有机物、藻细胞和浊度的去除.与常规工艺相比,在混凝剂聚合氯化铝投加量降低56%时,该工艺对UV254和CODMn的去除率分别为90%和71%,对藻细胞数和浊度的去除率分别为99%和95%.对溶解性有机物分级和分子量分布的测定表明,MIEX预处理主要去除混凝沉淀无法有效去除的小分子区间的亲水性和疏水性有机物,可以有效控制消毒副产物的产生,MIEX预处理与混凝沉淀联用工艺出水的三卤甲烷生成势(THMFP)和卤乙酸生成势(HAAFP)比原水降低了88%和87%.     

离子色谱法测定水体中溴酸根

采用离子色谱法测定水中溴酸盐的浓度。该方法操作简单,对水中溴酸盐进行了准确的定量分析,SUPPER5分离柱可以有效的使溴酸盐与其它阴离子分离。     

CTAC改性活性炭去除水中砷(V)的柱实验吸附和再生研究

为了开发一种能有效去除水中砷的吸附材料, 研究了十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)改性活性炭后, 活性炭对水中五价砷As(V)的去除效果.研究中利用动态小柱实验(Rapid small-scale column test, RSSCT)探讨了CTAC改性后活性炭对砷的吸附能力、影响吸附能力的因素和活性炭再生方法.结果表明, CTAC改性能有效提高活性炭对As(V)的吸附.活性炭对As(V)的吸附受溶液pH、空床接触时间、进水中砷浓度及水中其他离子存在的影响.另外, 1 mol·L^-1的盐酸能有效对吸附穿透后的活性炭进行再生,再生后的活性炭可以重复使用.同时,柱实验中对出水CTAC的检测结果表明, CTAC和活性炭的结合非常稳定.     

铁锰复合氧化物滤料去除地下水中四环素的效能

以化学挂膜成熟运行5a的铁锰复合氧化物滤料为研究对象,利用静态与连续流柱实验相结合的方式,探究了该滤料去除四环素的效果与机理.结果表明,去除过程符合准二级反应动力学模型;且滤料质量越大,初始浓度越高,对四环素去除的效果越好;当水中共存阳离子浓度为0.01mol/L时,Mg²⁺抑制四环素的去除,而Ca²⁺、K⁺对四环素的去除过程无显著影响.连续流柱实验与发光细菌毒性检测分析,表明,铁锰氧化物滤料对四环素去除效果显著高于石英砂,且铁锰复合氧化物滤料去除四环素后急性毒性降低.此外,机理探究实验结果证实了铁锰复合氧化物滤料去除四环素是吸附与氧化的过程.     

高藻原水预臭氧强化混凝除藻特性研究

采用有机物表观分子量分级、树脂分级等手段表征了原水有机物特征,通过实验室试验和中试运行对预臭氧强化混凝藻类去除效果、溶解性有机物（dissolved organic carbon,DOC）的变化和去除、消毒副产物的控制等进行了研究,并利用藻类活性测试研究了预臭氧强化混凝除藻机制.结果表明,采用适当浓度的臭氧（如1.0 mg·L^-1）进行预氧化,可有效提高藻类去除率,从常规混凝沉后水的55%～85%上升到95%左右,最高去除率达到99.3%（预臭氧1.0 mg·L^-1,PACl 3.0 mg·L^-1）;THMFP(trihalomethanes formation potential)总体去除效果从常规处理的117 μg·L^-1降至46 μg·L^-1;高投量（≥2.0 mg·L^-1）预臭氧,促进了藻类灭活,但影响了有机物的去除.藻类活性评价臭氧氧化和常规水处理过程对藻类作用存在显著差别.常规混凝对藻类活性影响不明显,不同剂量混凝剂对藻类活性影响差异不大;而臭氧对水体中的藻类有灭活作用,在0.5～2.0 mg·L^-1臭氧条件下,藻类活性降低至12以下,且该指标随着臭氧剂量的加大显著降低.紧随其后的混凝过程中,混凝剂或者其水解过程的某些成分对臭氧灭活藻类有增效/催化作用.与传统的显微计数法相比,藻类活性试验更明确地表征水处理过程对藻类生存状态的影响,为水处理除藻机制研究和工艺设计提供更清晰的信息.     

臭氧催化氧化控制溴酸盐生成效能与机理

比较了单独臭氧氧化和金属氧化物存在下臭氧催化氧化过程中溴酸盐的生成规律,探讨了催化剂投量、溴离子浓度、水的pH值、反应温度等对臭氧催化氧化控制溴酸盐生成的影响规律及在催化剂存在下控制溴酸盐生成的机理.结果表明,催化剂投量从0 mg/L增加到250 mg/L,能减少溴酸盐生成量85.1%;当溴离子浓度为0.5、1.0、2.0 mg/L时,臭氧催化氧化分别能减少溴酸盐生成量69.2%、83.5%和15.2%,溴离子浓度变化对催化作用的影响无明显规律;pH值升高会降低催化作用的效果;反应温度在5～25℃之间时,臭氧催化氧化能降低43%～59%的溴酸根生成量(溴离子浓度1.5 mg/L),反应温度变化不影响催化效果.催化剂通过抑制臭氧对次溴酸的氧化减少了溴酸根的生成量.催化剂表面的某些基团与硫酸根络合会削弱臭氧催化氧化控制溴酸根生成的能力,因此,利用催化剂控制溴酸盐的机理与催化剂表面性质密切相关.     

Addition of hydrogen peroxide for the simultaneous control of bromate and odor during advanced drinking water treatment using ozone

Complete removal of the characteristic septic/swampy odor from Huangpu River source water could only be achieved under an ozone dose as high as 4.0 mg/L in an ozone-biological activated carbon （O3- BAC） process, which would lead to the production of high concentrations of carcinogenic bromate due to the high bromide content. This study investigated the possibility of simultaneous control of bromate and the septic/swampy odor by adding H2O2 prior to the O3-BAC process for the treatment of Huangpu River water. H2O2 addition could reduce the bromate concentration effectively at an H2O2/O3 （g/g） ratio of 0.5 or higher. At the same time, the septic/swampy odor removal was enhanced by the addition of H2O2, although optimization of the H2O2/O3 ratio was required for each ozone dose. At an ozone dose of 2.0 mg/L, the odor was removed completely at an H2O2/O3 ratio of 0.5. The results indicated that H2O2 application at a suitable dose could enhance the removal of the septic/swampy odor while suppressing the formation of bromate during ozonation of Huangpu River source water.     

长江原水臭氧化生成溴酸根的影响因素

同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海200092     

Combining material characterization with single and multi-oxyanion adsorption for mechanistic study of chromate removal by cationic hydrogel

Cationic hydrogel with magnetic property was synthesized via radical polymerization and its removal capacity of chromate from contaminated water was found to be 200 mg/g. Using Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) study, the mechanism of chromate removal by hydrogel was found to be non-specific adsorption, mainly due to ion exchange, as evidenced by the positively charged functional group, trimethyl ammonium –N+(CH3)3; in the monomer. Verifications were accordingly determined by testing different oxyanion adsorption onto the hydrogel. The results of the chromate adsorption experiments illustrated that the amount of chromate adsorbed was nearly equal to that of the chloride released from the hydrogel, which is part of the evidence for ion exchange. Single and multi-oxyanion adsorption experiments were also performed, and it was demonstrated that ion removal was species independent, but charge dependent, another characteristic of the ion exchange process. It was found that the same Langmuir model can be applied to best fit the findings of single and multi-oxyanion adsorption, which further indicates the mechanism of chromate removal is attributed to ion exchange. In view of the above, the background anions compete for adsorption sites with chromate, evidenced by inhibitive chromate removal in the presence of background electrolytes in the batch studies, further echoing the ion exchange mechanism.     

预臭氧与后臭氧-生物活性炭联用工艺研究

利用静态批量和动态连续试验初步研究了预臭氧及预臭氧与后臭氧-BAC组合工艺对南方某含溴离子水库水的处理效果和相应的处理条件.静态实验结果表明,预臭氧反应量在0.5～1.0mg/L范围内,在有效去除消毒副产物(DBPFP,主要包括THMFP和HAAFP)的同时,臭氧副产物溴酸可以控制在10μg/L以下,而继续增加臭氧反应量则会导致DBPFP的增加.当水中溴离子浓度达到96μg/L时,使用臭氧必须采取溴酸控制措施.连续动态实验结果表明,预臭氧与臭氧-生物活性炭组合工艺对于2μm以上颗粒物、COD_Mn、TOC等的去除均有明显的效果,可以进一步抑制DBPs的形成.     

Wash water in waterworks: contaminants and process options for reclamation

Reclamation of clean water from filter backwash water was studied through pilot-scale experiments.The pilot plant consisted of clarification,sand-filtration,and ultrafiltration modules in sequence,with a provision to bypass the sand filter.Clean water that conformed to World Health Organization (WHO) guidelines on Potable Quality was reclaimed.Turbidity,aluminum and iron were found to be critical contaminants in process selection and design.Clarification,followed by sand filtration,was found to be the minim...     

改性颗粒活性炭对水中溴酸根的吸附特性研究

采用阳离子表面活性剂氯化十六烷基吡啶(CPC)改性颗粒活性炭以提高活性炭对溴酸根的吸附能力.通过小试研究了改性颗粒活性炭(GAC-CPC)对溴酸根的吸附特性,考察了BrO-3初始浓度、pH、共存阴离子等因素对吸附过程的影响.结果表明,CPC改性能显著提高GAC对BrO-3的吸附能力,吸附量随着初始浓度升高而增大;在碱性条件下GAC-CPC对BrO-3的吸附量减小;共存阴离子与BrO-3在GAC-CPC上存在竞争吸附,其影响顺序为:NO-3SO2-4PO3-4CO2-3.用准一级、准二级和颗粒内扩散动力学模型拟合GAC-CPC吸附BrO-3的动力学过程,结果表明,准二级动力学能更好的描述吸附过程,且孔扩散可能是改性GAC吸附BrO-3初始阶段的主要速率控制因素.用Langmuir和Freundlich等温吸附模型拟合不同温度下BrO-3的吸附平衡过程,结果表明,Langmuir等温吸附模型能很好的描述吸附平衡过程,GAC-CPC吸附BrO-3的过程是自发且放热的,温度升高不利于吸附.     

新型除磷剂应用于滇池富营养化水体的试验研究

对新型除磷剂应用于滇池富营养化水体的污染治理进行了相关的试验研究。小试及现场扩大试验表明:新型除磷剂能有效去除滇池水体中的磷,对磷酸盐的去除率可达94.7%,对总磷的去除率可达85%,同时对水体中的其他污染物也具有一定的去处效果。经新型除磷剂处理后的富营养化水体的透明度有明显上升,水体中的藻类降低明显。同时,新型除磷剂的底泥覆盖作用有效地防止了底泥中的污染物重新释放到水体中造成二次污染问题。     

Effect of Fe（Ⅲ） on the bromate reduction by humic substances in aqueous solution

Humic substances are ubiquitous redox-active organic compounds of environment. In this study, experiments were conducted to determine the reduction capacity of humic acid in the man-ix of bromate and Fe（Ⅲ） solutions and the role of Fe（Ⅲ） in this redox process. The results showed that the humic acid regenerated Fe（Ⅱ） and reduced bromate abiotically. The addition of Fe（Ⅲ） could accelerate the bromate reduction rate by forming humic acid-Fe（Ⅲ） complexes. Iron species acts as electron mediator and catalyst for the bromate reduction by humic acid, in which humic acid transfers electrons to the complexed Fe（Ⅲ） to form Fe（Ⅱ）, and the regenerated Fe（Ⅱ） donate the electrons to bromate. The kinetics study on bromate reduction further indicated that bromate reduction by humic acid-Fe（Ⅲ） complexes is pH dependent. The rate decreased by 2-fold with the increase in solution pH by one unit. The reduction capacity of Aldrich humic acid was observed to be lower than that of humic acid or natural organic matter of Suwanne River, indicating that such redox process is expected to occur in the environment.