臭氧/混凝预处理工艺降低膜污染的研究

采用臭氧和混凝工艺分别处理黄浦江原水后进行MF膜过滤试验,考察2种预处理工艺对有机物的作用,进而考察其对MF膜过滤特性的影响.结果表明,2种预处理工艺都存在一个使膜污染下降率达到最大的最佳投药量.2种预处理工艺中,混凝降低膜污染的效果要好于臭氧,这主要与2种预处理工艺所去除的有机物性质有关.黄浦江水中有机物相对分子质量主要集中在3×103～5×103范围内,膜化学清洗液的分析表明造成膜污染的有机物相对分子质量主要集中在4.5×103附近,臭氧对相对分子质量在3×103附近的有机物去除效果较好,而混凝主要去除5×103附近的较大相对分子质量的有机物,因而混凝对这部分污染膜物质的去除效果要好于臭氧,从而有效降低了膜污染.     

不同氧化剂降低膜污染效果的研究

采用不同的氧化剂预处理黄浦江原水后进行微滤膜(MF)膜过滤试验,考察预氧化对有机物的去除作用,及其对MF膜过滤特性的影响.结果表明,3种不同氧化剂对有机物的去除效果存在较大差别.臭氧投量在0.5~3.0mg/L范围内,臭氧对DOC和UV254的去除率最高分别为10%和71%;而氯和高锰酸钾对有机物的去除效果则较差.臭氧可将大分子有机物转变成小分子有机物,将大部分疏水性有机物氧化成亲水性有机物.这种有机物组成结构的改变对膜过滤特性产生影响,明显降低了膜污染,膜污染下降率最高可达到22.7%.氯和高锰酸钾的氧化性相对较弱,仅能去除少部分疏水性有机物,对膜污染有较小减缓作用,膜污染下降率最高分别为9%和8.5%.     

微塑料对水中铜离子和四环素的吸附行为

微塑料作为载体可与水中重金属、抗生素结合进而形成复合污染,这改变了污染物原有的环境行为与危害性.微塑料与重金属及抗生素间的作用途径与机制是评价其环境风险及毒理学机制的前提.目前有关微塑料与重金属及抗生素间的相互作用机制尚不清晰.以高密度聚乙烯(HDPE)和通用级聚苯乙烯(GPPS)颗粒作为代表,研究了微塑料在单一体系和复合体系中对Cu~(2+)和四环素的吸附行为,并就相关机制进行了探讨.结果表明,单一体系中,GPPS和HDPE分别对TC和Cu~(2+)表现出更大的平衡吸附量;复合体系中,GPPS对Cu~(2+)和TC的平衡吸附量均大于HDPE,且2种微塑料的吸附能力均较单一体系有所提高.准二级动力学模型对微塑料吸附过程的描述更为合理,吸附过程可划分为表面吸附和孔内扩散2个阶段.Langmuir等温吸附模型较Freundlich等温吸附模型更符合实验情形.单一体系中,GPPS和HDPE对Cu~(2+)和TC的饱和吸附量分别为0.178、 0.257、 0.334和0.194μmol·g~(-1),而在复合体系中,相应的饱和吸附量则分别增大至0.529、 0.411、 0.471和0.341μmol·g~(-1).表面形态特征及化学官能团的不同是导致GPPS和HDPE吸附行为差异的主要原因.体系pH影响微塑料和吸附对象的存在形态及表面电性,继而影响平衡吸附量.环境温度在15～35℃范围时,提高温度不利于微塑料的吸附.Cu~(2+)和TC在共存条件下可产生协同效应,络合物的形成及相互间的桥接作用使得二者更易于被微塑料吸附.     

金属有机骨架HKUST-1对水中微量氨基酸的吸附性能

采用溶剂热法制备金属有机骨架HKUST-1,选取水源水中检出率较高的酪氨酸（Tyr）、苯丙氨酸（Phe）和色氨酸（Trp）为目标物,开展了HKUST-1吸附微量氨基酸性能的研究.利用XRD和FTIR技术对吸附剂HKUST-1进行了表征和分析,通过吸附动力学、吸附等温线和吸附热力学的研究探讨HKUST-1吸附氨基酸的机理.结果表明,HKUST-1具有高结晶度,对酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有较好的去除效果,饱和吸附容量分别可达248.65,143.67,140.09mg/g;吸附过程符合Langmuir吸附等温线模型和Lagergren准二级动力学模型;吸附热力学结果表明,HKUST-1去除氨基酸的过程为吸热反应;高吸附容量主要归因于静电相互作用、氢键和π-π相互作用.     

供水管网终端消毒副产物分布特征及预测模型

消毒副产物(disinfection by-products, DBPs)是影响饮用水水质的重要指标.以浙江省H市某区域供水点为调查目标,考察终端龙头水及加热器处理后饮用水中DBPs的含量特征,结合水质理化指标,初步确定管网终端DBPs预测模型,评估经口摄入的健康风险.结果表明,H市某供水点龙头水中共检出THMs、HANs和HAAs这3类共计10种DBPs.龙头水中目标DBPs检出率均为100%,THMs、HANs和HAAs质量浓度分别为10.12～28.39、 0.98～5.19和2.65～7.83μg·L~(-1);热水中TBM、TCAN和DBAN的检出率分别为46.43%、 82.14%和92.86%,BCAN未检出,其它DBPs检出率为100%,THMs、HANs和HAAs质量浓度分别为0.60～12.58、 0.02～0.52和2.42～5.86μg·L~(-1).加热处理后THMs和HANs的含量有所降低,总量分别降低84.22%和91.45%,HAAs变化不明显.水质理化指标pH值和SUVA与DBPs呈正相关关系,余氯和氨氮与DBPs呈负相关关系.根据常规指标与DBPs相关性建立THMs多元线性预测模型,相对误差小于10.00%,准确度较高,可用于管网供水终端THMs的预测.基于美国环保署推荐的健康风险评价模型对经口摄取途径时氯消毒副产物的致癌和非致癌风险进行计算,发现H市龙头水和热水中DBPs通过饮水途径的致癌风险分别为(17.24～84.63)×10~(-6)和(25.49～258.82)×10~(-7);非致癌风险分别为(4.17～50.32)×10~(-2)和(6.52～107.74)×10~(-3).龙头水中BDCM对致癌风险的贡献率最大,而热水系统中TCM贡献率最大;龙头水及热水中非致癌风险主要来自于TCM.热水中THMs的削减量最高达到94.38%,致癌风险降低79.00%.     

微污染水源水中有机物的分布特征及微滤膜对其的影响作用

本试验是在微污染水源水中有机物分布调查的基础上,采用聚偏氟乙烯(PVDF)微滤膜(MF)过滤微污染地表水,考察微滤膜对天然水中有机物的影响作用.试验结果表明,黄浦江微污染水源水中的有机物分子质量主要集中在3~5 k Da和0.2 k Da附近,且疏水性有机物和亲水性有机物所占的比例相当.有机物季节性分布特征明显,冬季溶解性有机碳(DOC)的值偏高,而UV254和比紫外吸光度值(SUVA)则在夏季偏高.黄浦江原水经微滤膜过滤后,有机物构成发生明显变化,膜出水中的亲水性有机物的比例增加,而疏水性有机物的比例降低,DOC和UV254的平均去除率分别为17.73%和15.75%.黄浦江原水及经0.45μm滤膜过滤以去除悬浮物的黄浦江原水分别进行微滤膜过滤,膜比通量的对比发现,在较短时间内两者的膜比通量下降都很明显,而后膜比通量都趋于平缓,变化趋势及结果基本一致,可见,黄浦江水中造成膜通量下降的物质并不是悬浮物,而是溶解性的有机物质.     

超声-单质锌耦合降解水中对硝基苯胺

尝试将超声氧化与单质锌还原耦合来降解对硝基苯胺,考察了初始pH、锌投加量及超声功率对去除率的影响。实验结果表明,超声与锌耦合处理对硝基苯胺的最佳条件为:溶液初始pH为7,锌投加量为0.6 g/L,超声功率为40 W,超声时间30 min,对硝基苯胺去除率高达94.2%,比单独超声和单独锌作用时分别提高了85.9%和47.2%。超声-单质锌耦合降解对硝基苯胺的过程符合拟一级动力学模型,且超声与单质锌表现出了明显的协同作用,协同因子为4.06。理论分析显示,超声/单质锌体系主要是依靠羟基自由基氧化和单质锌还原之间的耦合来达到降解对硝基苯胺的目的。     

US/Zn~0体系降解水中的对硝基苯甲酸

为高效去除水体中的对硝基苯甲酸、开发新型水处理技术,提出以超声与单质锌联用降解水中的对硝基苯甲酸。考察了锌投加量、溶液初始pH、声功率及溶液初始浓度对拟一级反应速率常数(k0US/Zn)的影响,比较了US、Zn0和US/Zn03体系下的降解常数,并对US/Zn0体系的降解机理进行了初探。结果表明,以上4种因素对k0US/Zn均有很大影响,k0US/Zn分别在溶液初始pH为5、声功率为120 W、溶液初始浓度为0.04 mmol/L时达到最大值,且随着锌投加量的增加而增加。超声与单质锌在降解对硝基苯甲酸的过程中存在很好的协同作用,在最优条件下,k0US/Zn=0.052 min-1,分别是单独超声降解及单独锌降解的21.5倍和2.53倍。在联用体系中,主要是依靠OH·氧化及单质锌还原的相互加强来去除对硝基苯甲酸。     

水环境中新兴污染物三氯蔗糖的研究进展

人工甜味剂——三氯蔗糖（sucralose,SUC）是一种应用广泛的食品添加剂,因其在水环境中被广泛检出,且具有高极性、持久性等特点,被US EPA（美国环境保护局）列为新兴污染物（emerging contaminant,EC）,相关检测、降解及毒理学研究逐渐增多.在比较了水环境中微量三氯蔗糖检测方法,总结了其在各地水环境中检出情况的基础上,重点阐述水处理工艺中三氯蔗糖的控制及转化.研究表明:固相萃取-液质联用（SPE-LC/MS）是检测水环境中人工甜味剂最常用的方法,可实现痕量三氯蔗糖的准确定性和定量,检测限低至几ng/L.以生物处理为主的污水处理工艺对三氯蔗糖降解效果甚微,大部分三氯蔗糖随排放进入水环境,继而进入饮用水处理及供水系统.欧美地区污水及地表水环境中三氯蔗糖检出浓度约为几至几十μg/L,饮用水中约为几百ng/L,国内水环境中检出水平与之相当,但资料数据相对匮乏.饮用水常规处理工艺对三氯蔗糖几乎没有控制效果,实际处理系统中氯和臭氧等氧化工艺控制效果甚微.试验研究中以产生羟基自由基、硫酸自由基等为主的高级氧化工艺可有效降解三氯蔗糖,但由于成本高,操作条件限制等难以大规模应用,此外三氯蔗糖降解过程中可能产生有害副产物.我国已经成为三氯蔗糖的第二大产地,人工甜味剂生产及使用规模大,理论上国内存在水环境污染范围广、污染水平高的分布特征,是水源中不容忽视的一类微量有机污染物.目前国内净水厂推广应用以臭氧为主的深度处理工艺,但三氯蔗糖在该工艺中因不完全降解可能导致多种含氯或脱氯产物的产生,对饮用水供水安全具有潜在威胁.      

固体催化剂强化超声去除水中有机物的研究进展

概述了超声波和固体催化剂协同降解水中有机物的国内外研究成果,重点从协同降解水中有机物的效果、原理和动力学等方面介绍了一些零价金属、过渡金属氧化物以及其他固体催化剂应用于超声波水处理的研究进展,并对超声波和固体催化剂协同去除水中有机污染物今后的发展方向进行了展望。