南方天然水体DOM的化学分级、变化特征及三卤甲烷生成势(THMFP)特性研究

采用XAD树脂吸附法,在春季内(3～5月)连续对南方深圳水库中的水体溶解性有机物(DOM)进行化学分级表征.结果表明,天然水体DOM的总量和单个化学分级组分含量在一个季节会发生一定的波动,但总的分布特征在季节内未发生根本变化,即憎水酸(HoA)和亲水部分(HiM)浓度始终较高,而憎水碱(HoB)、憎水中性物(HoN)、弱憎水酸(WHoA)浓度则相对较低.同时,选取代表性时间点对DOM各化学分级组分进行了消毒副产物三卤甲烷生成势(THMFP)的研究,发现三卤甲烷(THMs)的主要前驱物为憎水和弱憎水有机部分,对THMFP的贡献共占约80%.进一步研究发现,憎水中性物、憎水酸、弱憎水酸的THMs生成能力较强,总体上与紫外吸收能力基本一致;但弱憎水酸表现略有不同,其SUVA(100×UV254/DOC)值并不十分突出,但三卤甲烷生成能力却明显较高,说明DOM的紫外吸收特性不能完全作为THMFP特性的替代指标.亲水物质(HiM)的SUVA值也不高,但其THMs生成能力接近憎水酸部分,值得水处理工艺研究重点关注.     

Removal natural organic matter in typical south-China source water during enhanced coagulation of a with IPF-PACl

Systematic investigation on enhancing removal of natural organic matter （NOM） using inorganic polymer flocculant （IPF）, polyaluminum chloride（PACI） and polyacrylamide（PAM） was performed in a typical south-China source water. Enhanced coagulation and applying polymer flocculant-aid were compared through jar tests and pilot tests. Raw water and settled water were characterized and fractionated by resin adsorption. The results show that DOC composes major part of TOC. The DOC distribution keeps relatively stable all around the year with typical high amounts of the hydrophilic matter around 50%. The distribution between HoB, HoA and HoN varies and undergoes fluctuation with the year round. During the summer season, the HoN becomes gradually the major part in hydrophobic parts. PACI with the species being tailor-made shows little pH effect during coagulation. The enhanced coagulation dosage for PACI could be 4.5 mg/L for the typical source water. The highest TOC removal achieved 31%. To be economically, 3 mg/L dose is the optimum dosage. Although hydrophilic fractions of NOM of both treatment strategies are removed about 30%, NOM causing UV254 absorbance were well removed（about 90%）. Hydrophobic bases and acids fractions are much more removed under enhanced conditions. The hydrophilic fraction could be better removed using PAM, the polymer coagulant aid.     

pH modeling for maximum dissolved organic matter removal by enhanced coagulation

Correlations between raw water characteristics and pH after enhanced coagulation to maximize dissolved organic matter (DOM) removal using four typical coagulants (FeCl₃, Al₂(SO₄)₃, polyaluminum chloride (PACl) and high performance polyaluminum chloride (HPAC)) without pH control were investigated. These correlations were analyzed on the basis of the raw water quality and the chemical and physical fractionations of DOM of thirteen Chinese source waters over three seasons. It was found that the final pH after enhanced coagulation for each of the four coagulants was influenced by the content of removable DOM (i.e. hydrophobic and higher apparent molecular weight (AMW) DOM), the alkalinity and the initial pH of raw water. A set of feed-forward semi-empirical models relating the final pH after enhanced coagulation for each of the four coagulants with the raw water characteristics were developed and optimized based on correlation analysis. The established models were preliminarily validated for prediction purposes, and it was found that the deviation between the predicted data and actual data was low. This result demonstrated the potential for the application of these models in practical operation of drinking water treatment plants.     

炼油厂达标废水中溶解性有机物的表征

采用超滤和凝胶色谱法调查了炼油厂达标废水中溶解性有机物 (DOM)的分子量分布 ,并用树脂吸附和离子交换技术研究了该废水DOM中疏水性酸 (HoA)、碱 (HoB)及中性物 (HoN)和亲水性酸 (HiA)、碱 (HiB)及中性物 (HiN)的比例 ,用气相色谱 质谱法 (GC MS)定性分析了疏水性有机物的组成 .结果表明 ,某炼油厂达标废水的TOC为 12 0 6～ 16 80mg·L-1,其中溶解性有机碳 (DOC)为 10 15～ 14 4 4mg·L-1;分子量 <1k的DOM约为 80 % (以TOC计 ) ;DOM中HiN、HoN、HoA、HiB、HoB及HiA的含量分别为 2 9 7% ,2 6 5 % ,2 1 1% ,13 4 % ,5 1%及 4 2 % .鉴定出的HoN包括脂肪烃、苯系物、含硫化合物及邻苯二甲酸酯类化合物等 ,其中C10和C11脂肪烃、甲基亚硫酰苯及邻苯二甲酸二丁脂化合物的含量相对较高 .根据表征结果提出了回用处理建议.     

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.     

Changes in different organic matter fractions during conventional treatment and advanced treatment

XAD-8 resin isolation of organic matter in water was used to divide organic matter into the hydrophobic and hydrophilic fractions. A pilot plant was used to investigate the change in both fractions during conventional and advanced treatment processes. The treatment of hydrophobic organics (HPO), rather than hydrophilic organicas (HPI), should carry greater emphasis due to HPO’s higher trihalomethane formation potential (THMFP) and haloacetic acid formation potential (HAAFP). The removal of hydrophobic matter and its transmission into hydrophilic matter reduced ultimate DBP yield during the disinfection process. The results showed that sand filtration, ozonation, and biological activated carbon (BAC) filtration had distinct influences on the removal of both organic fractions. Additionally, the combination of processes changed the organic fraction proportions present during treatment. The use of ozonation and BAC maximized organic matter removal e ciency, especially for the hydrophobic fraction. In sum, the combination of pre-ozonation, conventional treatment, and O3-BAC removed 48% of dissolved organic carbon (DOC), 60% of HPO, 30% of HPI, 63% of THMFP, and 85% of HAAFP. The use of conventional treatment and O3-BAC without pre-ozonation had a comparable performance, removing 51% of DOC, 56% of HPO, 45% of HPI, 61% of THMFP, and 72% of HAAFP. The e ectiveness of this analysis method indicated that resin isolation and fractionation should be standardized as an applicable test to help assess water treatment process e ciency.     

Reduction of DOM fractions and their trihalomethane formation potential in surface river water by in-line coagulation with ceramic membrane filtration

This research was aimed at investigating the reduction of DOM fractions and their trihalomethane formation potential （THMFP） by in-line coagulation with 0.1 μm ceramic membrane filtration. The combination of ceramic membrane filtration with a coagulation process is an alternative technology which can be applied to enhance conventional coagulation processes in the field of water treatment and drinking water production. The Ping River water （high turbidity water） was selected as the raw surface water because it is currently the main raw water source for water supply production in the urban and rural areas of Chiang Mai Province. From the investigation, the results showed that the highest percent reductions of DOC, UV-254, and THMFP （47.6%, 71.0%, and 67.4%, respectively） were achieved from in-line coagulation with ceramic membrane filtration at polyaluminum chloride dosage 40 mg/L. Resin adsorption techniques were employed to characterize the DOM in raw surface water and filtered water. The results showed that the use of a ceramic membrane with in-line coagulation was able to most efficiently reduce the hydrophobic fraction （HPOA） （68.5%）, which was then followed by the hydrophilic fraction （HPIA） （49.3%）. The greater mass DOC reduction of these two fractions provided the highest THMFP reductions （55.1% and 37.2%, respectively）. Furthermore, the in-line coagulation with ceramic membrane filtration was able to reduce the hydrophobic （HPOB） fraction which is characterized by high reactivity toward THM formation. The percent reduction of mass DOC and THMFP of HPOB by in-line coagulation with ceramic membrane filtration was 45.9% and 48.0%, respectively.     

水体冻结过程中卤乙酸前体物在水-冰体系中的分配研究

通过室内模拟试验,研究了水体冻结过程中,水体中溶解性有机物(DOM)和卤乙酸前体物在水-冰体系中的分配规律.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:在水体冻结过程中,5种DOM组分在水相中的DOC浓度均随冷冻时间的增长而增加,呈现冷冻浓缩效应.与溶解性有机碳(DOC)所表征的整体有机物相比,5种DOM组分中的卤乙酸(HAAs)前体物更倾向于停留在水相中浓缩.在5种DOM组分中,HPI是主要的HAAs前体物.5种DOM组分在未冻结水中的UV-254与HAAFP均表现出一定相关性,其中HPO-A, TPI-A和HPI的UV-254与HAAFP达到极显著水平.然而在融冰水中,这5种DOM组分的UV-254与HAAFP的相关性均不显著.     

天然水体溶解性有机物(DOM)分级组分对典型城市源污染的荧光响应

运用化学(树脂)分级方法和三维荧光光谱技术,从总体溶解性有机物(DOM)到DOM各分级组分,逐步深入考察其总体分级特征及各组分三维荧光特征对典型城市生活源污染的响应特征和机理. 总体DOM分级特征对污染的产生和变化响应较弱,而DOM的分级组分对生活源污染具有较好的响应特性. DOM的总体分级特征表明,无污染的源头水DOM中以憎水酸(HoA)为主(相对含量最高),其次为亲水性物质(HiM),而受污染水体DOM中的憎水性碱和中性物质(HoBN)及弱憎水酸(WHoA)的绝对含量和相对含量均明显增高,表明用HoBN和WHoA组分相对含量的增加指示污染的增加具有一定的可行性. 研究各分级组分的三维荧光光谱结构特征表明,HoA,HoBN及HiM均对城市源污染具有良好的响应特性,受污染水体的HoA和HoBN组分荧光特征信息更为突出和丰富,且主要为具有紫外吸收的生物代谢类蛋白物质;最为特异的是WHoA组分,其在源头水中主要为含共轭结构的富里酸类物质,而在受污染水体中该类物质几乎消失且荧光响应也急剧降低. 分析式分级法获得的水体DOM主要分级组分对城市源污染具有较好的响应特性.      

水源水消毒副产物生成势与UV254/DOC的相关性研究

使用XAD-4和XAD-8树脂对宜兴3个水源原水中DOM进行亲疏水性分类,采用优化方法测定分类水样的DBPFP,并进行DBPFP与DOM量化指标之间的相关性分析,以确定实际生产过程DBPs生成量的主要影响因素.由三维荧光光谱图得到3个水源原水DOM组成差异较大,水质区别明显.由亲疏水性分类分析发现原水中疏水性和亲水性DOM含量较高,疏水性DOM水样的DBPFP大于原水,得到水样的DBPFP主要取决于DOM与消毒剂反应产生DBPs的效率,而不是DOM的量.引入UV_(254)/DOC这个指标,发现不同分类水样UV_(254)/DOC的差异情况与其DBPFP相吻合,对两者进行回归分析,发现水样THMFP和DHAAFP与UV_(254)/DOC之间存在明显的线性关系,线性可决系数R2分别为0.89和0.85.因此研究减小原水UV_(254)/DOC的技术工艺对于控制给水中DBPs浓度具有重要意义.     

不同水体溶解性有机物的混凝去除特性

采用硫酸铝、工业氯化铁、无机高分子絮凝剂(PAC)3种无机混凝剂,对广州珠江、北京密云、天津滦河不同原水进行了混凝实验,分析了不同混凝剂去除水体有机物的特性以及不同水体溶解性有机物(DOM)的内在分级特征与其混凝去除率的关系.实验结果表明,①珠江水体由于碱度低,pH较易下降,高投药浓度下此水体DOM更易被氯化铁去除;中低投药下,在南方水体中,PAC与盐类絮凝剂对去除DOM的混凝性能差别不如在北方水体中明显,表明南北方水体DOM的内在特性存在一定差异,即北方水体DOM中可混凝去除部分的有机物易发生电中和作用,带有较多负电基团,南方珠江水体DOM含带电基团的有机物相对较少,而中性有机物含量相对较高,这与进一步分级结果一致.②所有水体从混凝收敛点看,总溶解性有机碳(DOC)去除率都是工业PAC最高,显示电中和(憎水化)-沉淀(吸附)可能为这些水体DOM的主要去除机理.③从不同水体的DOC平均去除率看,珠江水体高于密云水体,它们又明显高于滦河水体.对水体DOM进一步的化学分级研究结果表明,DOC去除率越高的水体,其中的憎水中性物质(HoN)含量也越高.这表明,除了碱度、总有机碳(TOC)外,原水DOM的内在化学分级特征也是影响水体DOC混凝去除率的重要因素.     

南水北调丹江口水库原水有机物分子组成规律及其强化混凝处理的效能对比

以取自南水北调中线工程的丹江口水库原水作为研究对象,考察了丹江口水库原水中有机物的分子量大小和亲疏水性分子组成规律,并确定了其所适用的强化混凝工艺条件.分离试验表明,丹江口原水中有机物主要以小分子量形式存在.其中,1 000组分的溶解性有机碳(DOC)和UV254所占比例最大,分别为39.98%和39.10%,且此区间还具有最高的三卤甲烷生成潜能(THMFP)和含氮消毒副产物生成潜能(N-DBPFP).亲疏水性方面,原水中弱疏水性组分含量最高,疏水性有机物的比例用DOC表征时超过80%.强疏水性组分含量最低但是强疏水性组分的THMFP最大,占总量的57.31%,而各组分的NDBPFP则相差不大.混凝试验表明,当采用聚合硫酸铁(PFS,4 mg·L-1)和聚丙烯酰胺(PAM,0.4 mg·L-1)处理丹江口原水时,强化混凝效果最好,可实现较为有效的去除浊度(76.33%)、DOC(25.57%)、UV254(37.78%)及THMFP(23.16%).本研究成果可为南水北调河南受水区既有水厂升级改造与工艺的优化运行提供有效的理论和技术支持.     

融雪期城市河流中溶解性有机物的时空分布特征

以沈阳市新开河为研究对象,考察了河水中溶解性有机物(DOM)含量的月份变化,以及融雪期河水中DOM含量和特性的时空变化规律.利用XAD树脂将DOM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,融雪期河水中的溶解性有机碳(DOC)浓度较高,HPO-N和TPI-N是融雪期河水中的主要DOM组分,并且DOM中的荧光物质主要为类芳香族蛋白质荧光物质和类腐植酸荧光物质.融雪期水体中的DOC、波长254nm处的紫外吸光度(UV-254)和三卤甲烷生成势(THMFP)呈先降低然后波动最后升高的变化趋势.特征紫外吸光度(SUVA)和三卤甲烷生成活性(STHMFP)与以上三者的变化规律相反.融雪期河水中的DOC受污水排放影响大,有排污口处的DOC含量明显大于其他区域.污水排放也使受纳水体中UV-254对THMFP的指示作用减弱.     

城市景观水体混凝除藻过程对氮元素协同去除特性初探

以城市景观水体净化为目标,考察混凝除藻同时去除氮元素的特性和影响因素. 结果发现,水体内较高的DOC(溶解性有机质)含量会阻碍藻浊度的去除. 聚合氯化铝(PACl)以及PACl与硫酸铝(Alum)的复合剂(PACl+Alum)对藻浊度的去除效果均相对单独使用PACl或Alum较好,其中PACl+Alum对其他物质(如氮、DOC等)的去除效果也相对单独使用PACl或Alum更佳;在同样的最佳投药量时,低pH条件能获得更好的藻浊度去除率;对氮元素去除的进一步研究发现,DON(溶解性有机氮)的去除特征和过程与TN(总氮)非常一致,表明该水体TN的去除主体上是通过DON的去除实现的;低pH条件同样有利于氮和DOC的去除;但DOC与DON去除的不同步性,说明DOC中的DON成分和性质是非均一性的,是未来可进一步深入研究的重要方向.      

有机肥施用下稻田田面水中消毒副产物前体物的赋存规律

稻田有机肥输入会使田面水含有含量的溶解性有机碳(DOC).溶解性有机物(DOM)是具有三致效应的消毒副产物(DBPs)的前体物,而DOC是用于表征DOM浓度的一个指标.本研究旨在评估水稻田田面水的三卤甲烷(THMs)前体物的生成反应性,解析猪粪有机肥对于THMs前体物从水稻田输出的潜在影响.于水稻种植季选取4个猪粪施用梯度(以C计,下同)(0[对照],714.1[低],1428.2[中]与2142.3[高]kg·hm-2),检测了稻田田面水中的DOC,UVA254与三卤甲烷生成潜能(THMFP).结果表明,3个指标两两之间呈线性相关性.田面水中以上3个指标都与有机肥施用量呈正相关性.在施肥后的7d内,DOC的输出潜能降低了32.9%至47.5%.有机肥施用与预期的降雨或灌溉之间的时间间隔相隔一周以上,将能在满足作物营养需求的条件下降低消毒副产物前体物输出的风险,使稻田土壤成为DOC的汇而非DOC输出至周边水体的源.     

城市地表径流胶体与溶解性有机物结合特性

为探究城市地表径流胶体与溶解性有机物（DOM）结合特性,考察了不同pH值条件下径流胶体与DOM的吸附行为,并揭示其主要作用机制.结果表明,Langmuir模型可以较好地描述不同pH值时径流胶体对DOM的等温吸附过程,且随pH值增加其最大吸附量逐渐减小,pH值为3.0的最大平衡吸附量是pH值为6.0时的4.0倍;与DOM结合后,径流胶体Zeta电位绝对值升高,胶体更稳定且更易迁移;径流DOM中大分子组分更易与径流胶体结合;径流DOM中疏水酸性组分（HoA）和疏水中性组分（HoN）含量较高,分别占总DOC浓度的35.0%和24.3%,且这两种组分最易与胶体结合;径流胶体和DOM的结合作用主要通过羟基取代、表面络合和静电吸引实现.     

黄河干流宁蒙段溶解性有机物组分特征及其与金属离子的相关性

溶解性有机物(dissolved organic matter,DOM)是天然水体的重要组成部分,由于化学极性及所含的官能团不同,其在水体中的化学行为也不同.本研究以黄河干流宁蒙段为研究对象,于2015年4月采集了下河沿至头道拐沿程7个断面的水样,采用XAD系列树脂将DOM分为疏水性酸(hydrophobic acid,HOA)、疏水性碱(hydrophobic base,HOB)、弱疏水性酸(weak hydrophobic acid,WHOA)和亲水性物质(hydrophilic matter,HYI)这4个组分,探讨了DOM组分含量、荧光峰值及其与Pb、Zn、Cu、Cr、As这5种金属离子之间的相关性.结果表明,黄河宁蒙段DOM总量由下河沿至头道拐沿程逐渐增加.各断面DOM腐殖化程度较低,以亲水性的蛋白质类小分子物质(HYI)为主,疏水性酸(HOA)次之,这与黄河沿岸排污导致内源作用增强有关.三维荧光光谱中类腐殖质和类蛋白质荧光峰型显著,且类腐殖质峰沿程逐渐增强,进一步证实了内源污水输入的影响.SPSS相关性分析结果表明,DOM与5种金属离子呈现出不同程度的相关性,其中与Cu离子显著相关;4种组分中HYI与Cu离子的相关性最强,说明二者在迁移转化过程中存在显著相互作用.进一步研究发现,芳香蛋白类物质荧光峰强度随Cu离子浓度的升高而降低,这可能是Cu与亲水性组分中的芳香类蛋白质发生络合产生荧光淬灭效应,从而导致荧光强度降低.     

Al13形态在混凝中的作用机制

从铝的水解形态转化角度考察了铝盐在高碱度和高有机物浓度水体中的混凝行为.结果表明,铝盐的混凝效能是与混凝过程中的Al₁₃含量成正比.高投药量时氯化铝(AlCl₃)既可以有效调节水体pH值又能在混凝过程中原位水解产生较多的Al₁₃形态,因而混凝效能要高于聚合氯化铝(PACl).在铝盐混凝中,调节pH值到6～7之间可以控制铝形态分布从而达到提高混凝效能和减少残留铝的目的.在调节pH值强化混凝的方法中使用传统铝盐的效果要好于无机高分子絮凝剂.     

腐蚀电池-Fenton处理渗滤液溶解性有机物光谱特征

为了研究垃圾渗滤液中溶解性有机物（DOM）在腐蚀电池-Fenton（CCF）深度处理过程中的去除特性,采用XAD-8和XAD-4树脂将DOM分成5种组分（亲水性有机物HPI、疏水性有机酸HPO-A、过渡亲水性有机酸TPI-A、疏水性中性有机物HPO-N、过渡亲水性中性有机物TPI-N）,并用紫外和荧光光谱对各组分的降解...     

臭氧对有机物混凝的影响

采用PDA(Photometric Disperse Analysis)和有机物表观分子量分级、有机物化学极性分级技术从絮体形成过程、絮体表现、有机物分子水平变化等方面研究了臭氧预氧化对混凝过程的影响;并对比了不同混凝剂在预臭氧条件下的混凝过程和效率.结果表明:臭氧预氧化对混凝过程有复杂的影响,其剂量和水体有机物特征决定了其对混凝的整体影响效果.有机物分级显示,臭氧化对有机物结构有重要影响,导致有机物极性、亲水性组分含量大幅提高(36.7%),小分子量组分(<10×10³)大幅增高(100%左右);但总的DOC去除率不高(3.28%).对PACl而言,在中、低剂量(O₃/TOC<0.7)下,臭氧对絮体形成过程影响较小,但对絮体沉降性和浊度去除已经有阻碍作用.在中、高剂量下(O₃/TOC>0.7),对絮体形成有显著滞后,浊度、有机物去除效率下降.AlCl₃对臭氧化作用反应敏感,臭氧化在试验剂量条件下,对絮体形成和浊度、有机物去除都有明显的阻碍作用.