利用强化混凝去除水源水中天然有机物的研究进展

总结了近年来利用强化混凝去除水源水中天然有机物的研究，重点讨论了其作用机理和主要影响因素。水源水中天然有机物的含量和成分会因水源地和时间的不同而存在差异，对水源水中天然有机物的了解是保证强化混凝效果的基本前提。不同混凝条件下，强化混凝的主导作用机理不同。铁盐混凝剂、较低pH值、较高混凝剂投量和阳离子有利于提高强化混凝的效果。     

利用强化混凝去除水源水中天然有机物的研究进展

总结了近年来利用强化混凝去除水源水中天然有机物的研究,重点讨论了其作用机理和主要影响因素.水源水中天然有机物的含量和成分会因水源地和时间的不同而存在差异,对水源水中天然有机物的了解是保证强化混凝效果的基本前提.不同混凝条件下,强化混凝的主导作用机理不同.铁盐混凝剂、较低pH值、较高混凝剂投量和阳离子有利于提高强化混凝的效果.     

不同有机物对混凝过程和余铝的影响

为了考察不同有机物对混凝过程的影响,针对腐殖酸 (HA) 和牛血清蛋白 (BSA)2种有机物,研究了其在不同有机物含量(以DOC计),不同混凝剂(氯化铝(AlCl3)、聚铝十三(Al13)),不同pH值条件下混凝实验沉后水的总铝(TA)、总溶铝(TDA)以及不同混凝条件下形成的絮体情况,结果表明,不同有机物对沉后水中的余铝含量有重要的影响,在相同的混凝条件下腐殖酸体系产生较高的余铝.当使用AlCl3做混凝剂时,对腐殖酸和蛋白质体系而言,沉后水余铝浓度均随DOC含量的升高而上升;而使用Al13作为混凝剂时,腐殖酸体系的混凝沉后水中的余铝随有机物含量的升高而升高.当pH值高于7.0,DOC浓度高于4.0 mg/L时,总溶铝占总铝的比例达到90%以上,此时pH值对溶解态余铝的含量无明显的影响.腐殖酸和蛋白质的混合体系与其任一单独体系相比,混凝过程中会形成具有较大强度因子和恢复因子的絮体,且混合比接近1:1时,混凝出水总溶铝达到最低.絮体的破碎与再生长受搅拌强度的影响较大,当破碎强度提高到100 r/min以上时,絮体粒径出现明显的下降.相比而言,AlCl3形成的絮体拥有更大的强度因子,而Al13形成的絮体拥有更大的恢复因子.     

混凝对二级出水中有机物分布特性的影响

以城市污水处理厂二级出水为研究对象,通过烧杯实验,确定了以三氯化铁(FeCl3)和聚合氯化铝(PAC)为混凝剂时两种混凝剂的最佳投加量,在此基础上采用XAD树脂分离技术和超滤膜法对水中溶解性有机物(DOM)进行分级表征,研究了混凝前后水中DOM的亲疏水特性、分子量分布规律以及比紫外吸收值(SUVA)和E4/E6(A465nm/A665nm)的变化.结果表明,当FeCl3和PAC投加量分别达到30 mg/L和60 mg/L时,可以使出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A标准;FeCl3对含碳碳不饱和双键及芳香环的有机物的去除效果优于PAC;FeCl3对小分子有机物的去除效率更高,而PAC对分子量＞100 000的大分子有机物的去除效果优于FeC13;混凝处理对疏水性有机物的去除效果优于对亲水性有机物的去除效果,同时其对酸性物质的去除效率高于对非酸性物质的去除效率.     

天然有机物对颗粒活性炭吸附微囊藻毒素的影响研究

通过改变水体中天然有机物(NOM)、腐殖酸(HA)浓度以及pH,测定了不同条件下颗粒活性炭(GAC)吸附微囊藻毒素MCLR的容量变化,研究了NOM对GAC吸附MCLR的影响。结果表明,GAC吸附MCLR的过程中,低浓度溶液中的吸附速率要高于高浓度溶液,且准一级动力学和准二级动力学方程均能较好地描述GAC吸附MCLR的过程;当溶液中含17.6 mg/LNOM或10.0 mg/L HA时,GAC对MCLR的最大吸附容量从17.06μg/g分别降低至13.68、12.89μg/g;GAC对MCLR的平衡吸附容量(qe)随NOM浓度的升高而逐渐降低,但当溶液中NOM超过一定值时,NOM浓度再升高对GAC吸附MCLR的影响程度变化不大,NOM从10.0 mg/L升高至17.6 mg/L时,qe仅降低了0.31μg/g;在中性或偏碱性水体中,HA对GAC吸附MCLR的干扰相对于酸性水体中更小,通过改变溶液pH来改变HA的带电性,对GAC吸附MCLR的影响总体较小。     

臭氧光催化降解地下水中天然有机物的研究

在现场开展了中试规模的臭氧光催化降解天然有机物的研究.研究表明,对大分子天然有机物占很大比例且重碳酸盐含量较高的地下水,臭氧投加量10 mg/L和反应时间10 min条件下,TOC的去除率不到20%,但UV254和三卤甲烷生成潜力(THMFP)去除率分别达到近60%和33.5%.臭氧光催化与活性炭吸附相连,能显著提高UV254的THMFP的去除率,但TOC去除率并不明显高于单独活性炭吸附.臭氧光催化使大分子有机物转化为小分子有机物,后者在活性炭上的吸附性提高且生化性改善,可望在生物活性炭上更有效地去除.     

臭氧光催化降解地下水中天然有机物的研究

在现场开展了中试规模的臭氧光催化降解天然有机物的研究。研究表明，对大分子天然有机物占很大比例且重碳酸盐含量较高的地下水，臭氧投加量10mg／L和反应时间10min条件下，TOC的去除率不到20％，但uV254和三卤甲烷生成潜力（THMFP）去除率分别达到近60％和33．5％。臭氧光催化与活性炭吸附相连，能显著提高UV254的THMFP的去除率，但TOC去除率并不明显高于单独活性炭吸附。臭氧光催化使大分子有机物转化为小分子有机物，后者在活性炭上的吸附性提高且生化性改善，可望在生物活性炭上更有效地去除。     

无机阴离子及有机物对过硫酸盐去除废水中苯胺的影响

突发排放废水中可能含有大量阴离子和有机物,其会淬灭自由基和限制基于过硫酸盐的高级氧化技术的应用。考察了过硫酸钠投加量、Fe²⁺投加量、pH、Cl⁻、${\rm{HCO}}_3^ - $、${\rm{NO}}_3^ - $和其他有机物对过硫酸盐降解苯胺的影响。结果表明：随着过硫酸盐和Fe²⁺浓度的升高,苯胺的去除率也随之增加,但过量投加反而会导致苯胺的去除率下降,活化过硫酸盐氧化去除苯胺的过程符合一级降解动力学;酸性条件有利于Fe²⁺活化过硫酸盐降解苯胺,但在不投加Fe²⁺时碱性条件可以活化过硫酸盐;${\rm{HCO}}_3^ - $和硝基苯的存在会抑制苯胺的去除,而${\rm{NO}}_3^ - $对苯胺的去除基本没有影响;酚的加入会促进苯胺的去除;Cl⁻的存在可以促进Fe²⁺活化过硫酸盐对苯胺的去除,但其中间产物可能会造成潜在的生态风险,后续需进一步研究。同时,在不投加Fe²⁺时,Cl⁻也可以活化过硫酸盐去除苯胺。通过对自由基的识别,发现${\rm{SO}}_4^ - \cdot $在降解过程中起主要作用。此外,提出了1种计算Fe²⁺/过硫酸盐体系中${\rm{SO}}_4^ - \cdot $和·OH稳态浓度的简单方法。该计算方法可用于估算降解过程中产生的${\rm{SO}}_4^ - \cdot $和·OH的量,并评价不同活化体系下${\rm{SO}}_4^ - \cdot $和·OH的产率,为氧化机理的研究提供参考。     

天然有机物对零价铁去除水体中砷的影响研究

在研究零价铁对水体中砷去除动力学的基础上,着重探讨了天然有机物腐殖酸对零价铁除砷的影响.并对零价铁的腐蚀产物进行了分析.结果表明,水体中的砷可以通过在零价铁腐蚀产物上的吸附得到快速去除.腐殖酸显著降低了砷的去除率,这归因于腐殖酸与零价铁腐蚀产生的铁离子形成络合物,阻止了Fe(OH)3(或Fe(OH)2)沉淀的产生.腐殖酸浓度越高.砷的去除率越低.1.00 mg腐殖酸最多可以络合约0.75 mg铁离子.当铁离子与腐殖酸的络合达到饱和后,零价铁进一步腐蚀产生的铁离子可形成Fe(OH)3(或Fe(OH)2)沉淀,这些沉淀物可吸附水体中的腐殖酸和砷,从而加速砷的去除.冷冻干燥后的零价铁腐蚀产物的结构以无定型为主,含有少量的结晶化合物,包括γ-Fe2O3、γ-FeO(OH)和Fe3O4等.腐殖酸的存在可进一步增加腐蚀产物中的无定型成分.光电能谱(XPS)分析结果显示,吸附在腐蚀产物上的砷为5价,没有发现5价砷被还原成3价砷.在应用零价铁修复砷污染水体时,应考虑腐殖酸的影响.     

四川地区天然源挥发性有机物排放清单研究

基于光温控模型,利用四川地区植被分布数据、WRF模拟-美国国家环境预报中心(NCEP)再分析气象数据、统计年鉴和文献等资料计算了2012年四川盆地区域9km×9km网格的天然源挥发性有机物(BVOCs)排放清单。结果显示,研究区域BVOCs的排放总量为7.56×10~5 t,其中异戊二烯、单萜烯和其他BVOCs排放量依次为4.08×10~5、1.85×10~5、1.63×10~5 t。绵阳和广元的BVOCs排放量明显高于其他地区(主要体现在异戊二烯的排放上),雅安、达州、巴中以及乐山排放量在2×10~4 t以上,成都、泸州、宜宾、南充以及德阳排放量在1×10~4 t以上,其余城市为1×10~4 t以下。BVOCs排放呈现出明显的空间分布特征,四川盆地四周植被茂盛的区域排放强度较高,部分网格排放强度大于10t/km~2。     

不同超滤膜过滤天然有机物的膜污染特性研究

超滤膜的截留分子量、天然有机物的分子量分布以及两者之间的相对关系对于膜污染以及过滤阻力的组成有很大的影响。MWCO140kDa、70kDa、30kDa、10kDa、4kDa和1kDa的超滤膜过滤10mg/L腐殖酸溶液和未名湖湖水的试验结果表明,在过滤初始时刻就发生了膜污染,膜的截留分子量越大,膜污染越显著。在长期过滤的过程中,截留分子量>10kDa的超滤膜的过滤阻力受到膜污染的控制,膜孔堵塞和膜面形成凝胶层是造成膜污染的主要原因;当膜的截留分子量≤10kDa时,过滤阻力主要由膜本身固有的阻力决定,膜污染影响较小。不同浓度、类型的腐殖酸溶液和不同种类的超滤膜过滤试验数据分析表明,当膜对腐殖酸分子的截留率超过40%时,膜污染的程度会逐渐减小,过滤阻力将由膜本身固有的阻力控制。     

介质加载混凝过程中磷和溶解性有机物的去除特征及混凝机理

为考察介质加载混凝过程中污染物去除特征与探讨混凝机理,考察了不同形态的磷和溶解性有机物(DOM)的变化,并结合混凝絮体粒径与形貌,分析了介质加载的混凝机理。结果表明：溶解性污染物主要去除机制为聚合氯化铝(PAC)水解产物的吸附和螯合作用,高芳香性、腐殖化和分子质量为4 000~50 000 Da的DOM去除率较高;石英砂可强化去除悬浮态磷及腐殖酸类DOM;磁种可强化有机磷、${\rm{PO}}_4^{3 - }$-P和DOM的去除效果;回收磁种的微絮体结构使其对磷与大分子DOM具有更好的去除效果。介质加载混凝过程的关键作用在于形成密实性絮体,从而增强了絮体的强度和沉降性能,实现了污泥减量。研究结果可为介质加载混凝在水处理中的推广应用提供参考。     

SBR-混凝处理渗滤液过程中有机物的变化特征

考察了SBR-混凝组合工艺对垃圾渗滤液中溶解性有机物(DOM)不同分子量区间物质及组分腐殖酸(HA)、富里酸(FA)和亲水性有机物(HyI)的去除效果,同时利用傅里叶红外光谱及三维荧光光谱对处理过程中DOM各组分变化特性进行了分析。结果表明,组合工艺对表观分子量为2 000~4 000及<2 000的DOM去除率分别为89.3%和72.1%;对渗滤液DOM组分HA、FA和HyI的去除率分别为-52.0%、73.1%和77.1%。红外光谱显示,DOM各组分都含有醇、羧酸、脂等多种有机物,SBR对糖、醇、羧酸等去除效果较好,而混凝对脂肪族及芳香族化合物去除效果较好;三维荧光光谱分析表明,经组合工艺处理,DOM各组分荧光峰强度及复杂化程度明显降低,且SBR工艺对色氨酸等类蛋白物质去除效果较好,混凝工艺对类腐殖酸、类富里酸等大分子物质的去除效果较好。     

有机物性质对混凝-微滤-纳滤去除水中重金属的影响

为了探明有机物性质对混凝-微滤-纳滤去除水中重金属的影响,将腐殖酸和乙酸分别作为背景有机物,系统考察了组合工艺对镉(Cd)、铜(Cu)、镍(Ni)和锌(Zn)的去除效能及其膜通量变化过程,并通过物料衡算对4种重金属的去除行为进行了比较分析。结果表明,当原水中不含有机物时,Cu的截留率最高,达到97%以上,纳滤膜是去除其他3种重金属的主要步骤。随着原水中腐殖酸含量的增大,混凝-微滤阶段对重金属的截留能力显著增强,膜通量衰减速度加快。相反地,乙酸的存在对于组合工艺处理效能具有明显的负面效应。此时,重金属既不能被铝盐絮体有效吸附,也不能通过静电作用截留在NF膜表面。4种重金属在滤液和浓水中的回收率Rrec都超过了80%,膜通量的变化与处理无机重金属溶液时相近。     

不同有机物对含藻水体混凝效果和絮体特性的影响

为了解不同有机物对含藻水体混凝过程的影响,以含铜绿微囊藻水体作为实验对象,考察牛血清蛋白(BSA)和腐殖酸(HA)2种有机物及其质量浓度对含藻水体浊度、藻类有机物的去除效果以及絮体形成、破碎、再絮凝的影响。结果表明,少量的BSA对混凝反应起促进作用,当BSA的投加量超过1 mg·L⁻¹转为抑制作用,因为投加量升高时,BSA抢占混凝剂活性位点,抑制混凝反应。HA不利于混凝反应的进行,因为HA中的官能团优先与混凝剂结合,从而导致混凝效果变差。提高混凝药剂投加量可缓解有机物质量浓度增加对混凝效果的影响。当BSA投加量为5 mg·L⁻¹,PACl投加量为0.06 mmol·L⁻¹时,能达到出水浊度小于1 NTU,藻细胞去除率大于90 %的混凝效果,HA添加量为5 mg·L⁻¹,PACl投加量为0.12 mmol·L⁻¹时,也能达到相同的混凝效果。混凝更容易去除分子质量较大的BSA和HA,而对小分子亲水性有机物的去处效果较差,如藻类有机物或HA中小分子有机物。少量的BSA和HA增加了混凝絮体的生成速率和初始粒径。本研究结果可为天然水体混凝除藻工艺优化运行提供参考。     

预氯化输水对表面停留性有机物及混凝除藻的影响

针对预氯化这一常用的预氧化方法,考察了表面停留性有机物(S-AOM)在这一过程中对铜绿微囊藻起到的关键作用。同时,探讨了表面停留性有机物及藻的氧化应激对混凝除藻效果的影响。结果表明,预氯化过程可实现适度预氯化的最佳氯投加量,适度预氯化可以在实现脱附S-AOM的同时不损伤藻细胞,强化后续混凝除藻的效果。此外,经过适度预氯化后的藻细胞在远程输水过程中可能会发生程序性死亡,胞内有机物不断泄漏,这仍会对水厂混凝除藻效果产生不利影响。因此,预氧化后藻细胞发生程序性死亡是预氯化强化混凝工艺需要考虑的关键因素。     

测定地表水及饮用水中硫酸盐的两种方法探讨

通过比较两种监测分析方法,分析了测定硫酸盐分光光度法的影响因素、存在问题,以及火焰原子吸收法的优点,提出对不同浓度范围的硫酸盐,宜采用合适的分析方法,以减小测定的误差,提高测定结果的准确性和科学性。     

滦河水体溶解性有机物的综合分级表征及其混凝去除过程

天然水体溶解性有机物(DOM)是微污染物的潜在载体,是消毒副产物的主要前驱物,自身又可能成为微污染物,因此研究其内在特性和去除机理有着重要的基础性科学意义.本研究综合利用化学、物理分级方法(即树脂和超滤分级法),对中国北方典型饮用水源--滦河水体的DOM进行全面分级表征.此水体DOM基本化学分级特征是憎水酸(HoA)、亲水性物质(HiM)含量较高,且具有季节稳定性;其物理分级特征是分子量＜1 kDa及3 kDa～10 kDa的组分含量较高,也表现出一定的时间稳定性.选用工业聚合铝(PAC)研究此DOM的基本混凝特征和内在混凝机理,结果表明,强憎水部分HoA及3 kDa～10 kDa间的有机物较易被去除,而较大分子量范围10 kDa～30 kDa间的有机物去除率较低,说明混凝过程中此DOM的物理性质不起主要作用,而化学性质更为重要.特别对DOM各组分作进一步(结合)分级研究,发现HoA主要在＞10 kDa范围.＜1 kDa的有机物中主要为HiM,但其中还含有HoA和弱憎水酸(WHoA),这使特定条件下部分＜1 kDa有机物被混凝去除成为可能.另外,HoA中按分子量大小仍可分为易去除和难去除部分,但分布不连续,易去除部分在3 kDa～10 kDa和＞30 kDa区间,而其10 kDa～30 kDa部分较难去除,说明可能存在其他结构性影响因素,值得深入研究.     

活性炭对天然有机物氯化过程消毒副产物生成的影响及作用机制

活性炭(AC)与氯均为水处理过程中广泛使用的药剂,在实际使用过程中二者的接触不可避免,因此,深入研究AC对于氯化过程中消毒副产物(DBPs)生成的影响对于饮用水安全有重要意义。本研究对比了AC对于溶解性天然有机物(DOM)氯化过程中已知DBPs(包括三卤甲烷(THMs)和卤乙酸(HAAs))生成释放的影响,并采用傅立叶变换离子回旋共振质谱(FTICR-MS)技术检测分析其滤后水的未知氯化副产物及有机物变化规律。结果表明,在DOM氯化过程中,AC存在时释放的THMs和HAAs浓度较低,但氯的衰减速率更快,这是由于AC本身的强还原性及其他氯代副产物生成导致的。进一步通过FTICR-MS分析未知氯代产物及DOM的变化发现,在2种条件下有163种相同的氯化产物,与不存在AC时对比,AC存在时生成了不同的氯化产物中有57种。此外,AC存在时CHOCl、CHONCl和CHONSCl分子式的数量减少,而CHOSCl分子式的数量增加,并且具有芳香结构的DOM更容易被转化。通过电子自旋共振谱仪(ESR)分析发现AC表面的持久性自由基激发次氯酸钠反应生成的氯自由基(Cl·)是导致氯化产物变化的主要原因。本...