羟基氧化铁催化臭氧氧化对滤后水THMs生成势的控制作用

实验比较了滤后水经过单独臭氧氧化和羟基氧化铁催化臭氧氧化后的三卤甲烷生成势(THMFP).考察了不同的溴离子含量、pH值、碱度、O₃/TOC比例、氧化反应时间、催化剂投量时,2种氧化条件下滤后水THMFP的变化规律.发现羟基氧化铁催化氧化后,滤后水的THMFP比单独臭氧氧化后的降低了30.5%.溴离子浓度较高时THMs以溴代产物为主,羟基氧化铁催化氧化后溴代的THMFP是单独臭氧氧化后的45%～65.5%.在滤后水pH值为6.33～9.43、O3/TOC比值为0.65～2.05、氧化时间为2～20min的条件下,羟基氧化铁催化氧化都表现出明显降低THMFP的优势.碱度升高使2种氧化后的THMFP都降低,且使其差值减小.催化剂存在降低THMFP的最佳投量.催化氧化降低滤后水THMFP的原因是比单独臭氧氧化提高了对TOC的去除率,催化产生的羟基自由基进一步氧化降低了水中有机物卤代活性位的数量.     

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.     

有机酸在金属氧化物上的吸附对催化臭氧氧化的影响

以苯甲酸(BA)、邻苯二甲酸(PA)、商品腐殖酸(CHA)和反渗透法提取的松花江水腐殖酸(SHA)为目标物,研究了臭氧氧化及羟基氧化铁(FeOOH)和二氧化铈(CeO₂)为催化剂时的吸附与催化臭氧氧化去除这些有机物的效果.结果表明,BA在FeOOH表面没有吸附,FeOOH对BA催化氧化的去除率比臭氧单独氧化高45%;PA在FeOOH上的吸附使其溶液中的浓度减少了5%,此时FeOOH对PA的氧化没有催化作用.CeO₂有助于催化臭氧氧化在其表面吸附较强的PA,且对氧化产生的草酸根有催化去除作用,但对不吸附在其表面的BA没有催化臭氧氧化作用.CeO₂对腐殖酸的吸附比FeOOH强,其催化臭氧氧化去除腐殖酸的作用比FeOOH更显著;当无机阴离子和腐殖酸竞争金属氧化物表面的吸附位时,催化作用受到抑制.     

水中羟基氧化铁催化臭氧分解和氧化痕量硝基苯的机理探讨

测定了木质颗粒活性炭(GAC)和负载在GAC上的羟基氧化铁(FeOOH)催化水中臭氧分解的速率常数并探讨了催化臭氧分解的途径.以水中几种氧化物表面羟基密度和表面零电荷pH值(pH_zpc)为表征氧化物表面性质的参数,考察了2个参数对催化臭氧氧化水中硝基苯的影响.GAC和负载在GAC上的FeOOH使水中臭氧一级分解速率常数分别提高了68%和108%,用叔丁醇捕获掉生成的羟基自由基后,前者的分解速率常数降低了9%,后者降低了20%.GAC在催化臭氧分解时主要起到吸附剂和还原剂的作用,FeOOH催化臭氧分解过程中促进了羟基自由基生成.氧化物表面羟基密度和催化臭氧氧化水中硝基苯的效果之间没有直接的关系,由氧化物的pH_zpc决定的表面电荷状态与催化氧化效果有关,表面接近电中性时对催化氧化硝基苯有利.高密度的表面羟基会使表面羟基之间形成较强的氢键,使催化作用减弱.     

FeOOH催化臭氧氧化滤后水中NOM的小分子副产物的生成

以滤后水中富集、分离出的6种不同特性的天然有机物(NOM)组分为对象,考察了羟基氧化铁（FeOOH）催化臭氧氧化NOM各组分后小分子醛、酮及酮酸副产物的生成情况.发现FeOOH催化氧化比臭氧氧化提高了对NOM 各组分DOC和SUVA的去除率.FeOOH催化氧化并不能有效地降低NOM各组分小分子副产物的产量.催化氧化和臭氧氧化后,憎水中性物质(HON)的醛、酮、酮酸的总产量都最高,NOM碱性组分的小分子副产物产量都相对最低.NOM各组分催化氧化后甲醛和丙酮酸的产量最大,这和单独臭氧氧化的结论一致.特别是HON的甲醛产率占其醛、酮总产量的71.6%,单位DOC丙酮酸的产量达78.6 μg/mg.用NOM组分的小分子副产物折算DOC占各组分氧化后DOC的质量分数来间接显示氧化后剩余DOC的可生物降解性,发现催化氧化比单独臭氧氧化进一步提高了滤后水中NOM各组分的可生化性.     

Si-FeOOH催化臭氧氧化降解活性艳红MX-5B的效能研究

通过共沉淀的方法在羟基氧化铁(FeOOH)合成过程中掺入硅(Si)来制备硅羟基氧化铁(Si-FeOOH)催化剂,比较其与FeOOH在物理强度等方面的差异,同时研究Si-FeOOH催化臭氧氧化降解活性艳红的效能、推断反应机理、考察各种因素对脱色率的影响.结果表明:相对于FeOOH,Si-FeOOH的物理强度有所提高,在水溶液中不易破碎;Si-FeOOH催化臭氧氧化降解活性艳红效果显著,比单独臭氧氧化的脱色率有较大提高;催化过程遵循自由基反应机理;脱色率随着臭氧浓度的增加而升高,在应用Si-FeOOH催化臭氧对染料脱色时存在最佳催化剂投量;Si-FeOOH在中性条件下其催化活性显著,催化剂性能稳定,可重复利用.     

水合氧化铁催化臭氧氧化去除水中痕量硝基苯

以实验室制备的水合氧化铁(IHO)为催化剂,研究了其催化臭氧氧化去除水中痕量难氧化有机物--硝基苯的效能,通过研究叔丁醇对催化反应的影响以及氧化物催化性能之间的对比,间接推断了催化反应的机理.探讨了催化剂投量、水质因素和催化剂重复使用对催化氧化硝基苯的影响.发现IHO对臭氧氧化水中的痕量硝基苯有明显的催化活性,在本实验条件下,以蒸馏水为本底,反应20min时催化氧化硝基苯的去除率比单独臭氧氧化高出44.8%.这种催化作用遵循羟基自由基的途径,氧化物羟基含量多对催化反应有利.本实验条件下催化剂投量最佳为100mg/L,水溶液的pH值接近氧化物零电荷pH值(pH_zpc)时催化作用最明显,水中重碳酸根浓度为2.38mmol/L时催化作用受到显著抑制.催化剂重复使用了5次,其催化活性基本没有变化,没有发现铁离子溶出.     

臭氧/纳米TiO2催化氧化去除水中微量硝基苯的研究

在悬浮颗粒搅拌混合反应器中,研究了臭氧/纳米TiO₂催化氧化去除水中微量硝基苯的性能,结果表明,纳米TiO₂催化臭氧化去除硝基苯较单独臭氧氧化有明显的提高,反应20min硝基苯的去除率提高了44%.实验中分别考察了纳米TiO₂热处理温度、催化剂投量、臭氧投量、硝基苯初始浓度、pH值对臭氧/纳米TiO₂催化氧化去除硝基苯的影响.发现550℃烧结得到的纳米TiO₂表现出最好的催化臭氧化活性,在较低的臭氧投量与催化剂用量条件下,硝基苯的去除率可达到56.57%;增大臭氧或者硝基苯的初始浓度,硝基苯的去除率随之提高;但是改变催化剂投量,硝基苯的去除效果几乎不受影响;中性或碱性pH环境利于纳米TiO₂催化臭氧化反应的进行.通过研究叔丁醇对纳米TiO₂催化臭氧化反应的影响,证明反应遵循羟基自由基(·OH)反应机理.     

臭氧/纳米TiO2催化氧化去除水中微量硝基苯的研究

在悬浮颗粒搅拌混合反应器中,研究了臭氧/纳米TiO2催化氧化去除水中微量硝基苯的性能,结果表明,纳米TiO2催化臭氧化去除硝基苯较单独臭氧氧化有明显的提高,反应20min硝基苯的去除率提高了44%.实验中分别考察了纳米TiO2热处理温度、催化剂投量、臭氧投量、硝基苯初始浓度、pH值对臭氧/纳米TiO2催化氧化去除硝基苯的影响.发现550℃烧结得到的纳米TiO2表现出最好的催化臭氧化活性,在较低的臭氧投量与催化剂用量条件下,硝基苯的去除率可达到56.57%;增大臭氧或者硝基苯的初始浓度,硝基苯的去除率随之提高;但是改变催化剂投量,硝基苯的去除效果几乎不受影响;中性或碱性pH环境利于纳米TiO2催化臭氧化反应的进行.通过研究叔丁醇对纳米TiO2催化臭氧化反应的影响,证明反应遵循羟基自由基(·OH)反应机理.     

纳米TiO2催化臭氧化对松花江水中氨氮的影响

研究了以负载于陶粒、硅胶、沸石表面的纳米TiO₂作为催化剂时,催化臭氧化松花江水过程中氨氮浓度的变化.结果表明,在单独臭氧化过程中,氨氮浓度先升高后下降,反应30 min后的氨氮浓度与初始浓度相近.在以TiO₂/陶粒、TiO₂/硅胶为催化剂的催化臭氧化过程中,氨氮浓度也是先升高后下降,但反应过程中氨氮的平均浓度要高于单独臭氧化过程.以TiO₂/沸石为催化剂时,催化臭氧化过程中氨氮浓度先下降,然后略有升高,继而又下降,30 min时对氨氮的去除率接近80%.单独臭氧化和催化臭氧化过程中,增大臭氧投量,氨氮浓度最大值出现的时间提前,并且反应过程中氨氮浓度平均值降低.增大催化剂TiO₂/陶粒、TiO₂/硅胶的投量,催化臭氧化过程中氨氮浓度平均值升高.增大TiO₂/沸石投量,有利于氨氮的去除,但投量增大到50g以上时,对氨氮的去除效果影响很小.温度从10℃升高到30℃,对TiO₂/陶粒、TiO₂/硅胶催化臭氧化过程中氨氮浓度的变化影响不大.而以TiO₂/沸石为催化剂时,温度升高有利于催化臭氧化过程中氨氮的去除.     

Characterization of disinfection byproduct formation potential in 13 source waters in China

The formation potential of four trihalomethanes (THMFP) and seven haloacetic acids (HAA7FP) in 13 source waters taken from four major water basin areas in China was evaluated using the simulated distribution system (SDS) chlorination method. The specific ultraviolet absorbance (SUVA254: the ratio of UV254 to dissolved organic carbon (DOC)), which ranged between 0.9 and 5.0 L/(mg m), showed that the organic compounds in di erent source waters exhibited di erent reactivities with chlorine. The HAA7FP of source waters ranged from 20 to 448 g/L and the THMFP ranged from 29 to 259 g/L. The HAA7FP concentrations were higher than the THMFP concentrations in all but one of the samples. Therefore, the risks of haloacetic acids (HAAs) should be of concern in some source waters. TCM (chloroform) and BDCM (bromodichloromethane) were the major THM constituents, while TCAA (trichloroacetic acid) and DCAA (dichloroacetic acid) were the major HAA species. Br-THM (brominated THM species) were much higher than Br- HAA (brominated HAA species), and the formation of Br-DBP (Br-THM and Br-HAA) should be of concern when the bromide concentration is over 100 g/L.     

Removal of haloacetic acids by nanofiltration

Haloacetic acids, disinfection byproducts (DBPs) formed during drinking water chlorination process are carcinogens. The e cacy of nanofiltration (NF) was examined for the removal of five regulated haloacetic acids (HAA5): chloro-, dichloro-, and trichloro-acetic acid (CAA, DCAA, and TCAA); bromo-, and dibromo-acetic acid (BAA, and DBAA) in synthetic water. NF with the dense negatively charged membrane (ES 10), is the most e cient in removing HAA5 than the loose negatively charged membrane (NTR 7410) and neutral surface membrane (NTR 729HF), due to the greater electrostatic repulsion (Donan exclusion) and sieve e ect. Excellent HAA5 removal e ciency of 90%–100% could be obtained even at a low pressure of 1 105 Pa with ES 10. Changes in cross-flow velocity did not e ect the performance of membranes with a small pore size such as ES 10 and NTR 729HF. The increase in HAA5 concentration exhibited the adverse e ect on the performance of three membranes by strengthening the concentration polarization, which was the driving force for the di usion of HAA anions across the membrane.     

水中典型内分泌干扰物质的臭氧氧化研究

在静态实验中,考察了臭氧投加量、HCO^-₃浓度和pH值对O₃氧化去除水中典型内分泌干扰物（EDs）E1、E2、EE2、DES和4-n-NP的影响.结果表明,5种EDs的去除率随O₃投加量的增加而增大,O₃浓度达到63.6 μg/L时可去除92.0%以上的EDs,HCO^-₃（0～100 mg/L）的引入抑制了O₃氧化,O₃氧化去除EDs的能力随溶液pH值升高而大幅度提高.在中性（pH≈7.0）和碱性（pH＞10.6）条件下,O₃氧化5种EDs的表观二级反应速率常数(20℃±0.5℃)分别在(1.67～3.89)×10⁶　Ｌ·(mol·s)^-1和(0.93～1.75)×10⁹　Ｌ·(mol·s)^-1范围内,表明这5种物质在水中可被O₃迅速氧化去除.计算得出5种EDs的基元反应速率常数(20℃±0.5℃),发现O₃与离子态的EDs反应活性［1.21×10⁹～3.81×10⁹　Ｌ·(mol·s)^-1］是其与分子态EDs的反应活性［7.62×10⁵～2.55×10⁶　Ｌ·(mol·s)^-1］的10³～10⁴倍.对比不同水质本底下O₃氧化去除EDs的实验发现,滤后水和江水中EDs的去除率较其在超纯水中分别降低了26.5%～50.3%和57.3%～72.0%,表明实际水体中的有机物通过竞争氧化剂,抑制了EDs的O₃氧化去除.     

水源水中有机物特性及其氯化活性研究

以西南某市一个地表水为水源水的M水厂为研究对象，对其原水中有机物进行富集，有机物按照操作定义分为6个部分，分别为：亲水性有机酸、亲水性有机碱、亲水中性物质、疏水性有机酸、疏水性有机碱和疏水性物质，通过富集、确定了原水中6种有机物的组成分布，研究各种有机物的消毒副产物形成潜力以及替代剂（氯胺、二氧化氯）对卤乙酸形成的影响，提出了控制消毒副产物的主要对策，研究结果表明：1）M水厂水源水属于腐殖质含量的天然水体，受污染较小；2）原水溶解性有机物中疏水性有机酸是卤乙酸的主要前体物；3）用氯胺和二氧化氯代替传统的消毒剂作为替代消毒剂，可大大降低THMs和HAAs的生成量。     

γ-Al2Ｏ3催化臭氧氧化水中嗅味物质MIB效能研究

以γ- Al₂Ｏ₃粉末为催化剂,研究了催化臭氧氧化去除水体中典型嗅味物质2-甲基异茨醇（MIB）的效能及相关影响因素.研究表明,γ- Al₂Ｏ₃在蒸馏水和自来水本底中,均表现出显著的催化活性.在蒸馏水本底条件下,催化氧化可提高MIB去除率47个百分点;而在自来水本底条件下,可提高MIB去除率40个百分点以上.臭氧浓度、催化剂投加量和MIB的初始浓度对催化氧化过程具有明显的影响作用.水的硬度对γ- Al₂Ｏ₃催化臭氧氧化MIB影响不大,但水中无机阴离子对催化效果影响显著.天然水体中的重碳酸盐/碳酸盐碱度可以抑制催化臭氧氧化过程中产生的羟基自由基,对γ- Al₂Ｏ₃催化臭氧氧化MIB起到了抑制作用.低浓度的腐殖酸能够促进催化氧化过程,而高浓度时则有抑制作用.通过pH值对催化氧化MIB的影响和叔丁醇对催化氧化的抑制作用,间接地证明γ- Al₂Ｏ₃催化氧化MIB的作用机理是以羟基自由基为主的间接氧化过程.