优化混凝工艺及操作规范的研究与进展

水质的急剧恶化、科学技术的迅速发展与日趋严格的水质标准,对传统混凝工艺提出了严峻的挑战,同时也赋予其新的发展机遇.基于水源微污染现状和消毒副产物控制及安全供水的目标,针对性地提出优化混凝工艺及其操作规范成为目前推动水工业发展的重点所在.本文从评估体系、混凝剂优化、混凝过程优化、絮体结构形成优化以及系统优化控制等角度对优化混凝技术加以综合介绍,并进一步对若干主要研究进展与发展方向加以评述,以推动优化混凝工艺及操作规范的建立与发展.     

沉积物提取液对萘在河流沉积物中吸附-解吸行为的影响

疏水性有机污染物在沉积物上的吸附-解吸行为直接决定其在水环境中迁移、转化、生物效应与归宿.以往采用背景电解质溶液作为解吸体系的方法,忽略了其与天然水体水化学条件的差异可能对污染物的解吸行为产生的影响,从而造成疏水性有机污染物在天然水体沉积物上的吸附-解吸性能评价方法存在较大偏差.本文通过选用沉积物浸出液代替背景电解质溶液的方式来保证吸附-解吸水化学条件的一致性,采用批量平衡的方法对分别采集于凉水河水系(标记为L)以及东江流域(标记为D)的两种河流沉积物样品,进行连续吸附-解吸实验,以考察多环芳烃萘在沉积物上的吸附-解吸规律,从而阐明水化学条件的一致性对吸附-解吸过程的影响与重要性.实验结果表明,萘在沉积物上的吸附-解吸过程呈现出明显的滞后现象.传统的以背景电解质溶液作为介质,研究疏水性有机污染物解吸行为的方法会导致解吸体系的TOC值比模拟天然水体体系减少74.68%～85.01%,这种吸附-解吸水化学条件的差异会增强污染物在沉积物上的滞后性,具体表现为萘在沉积物L和D浸出液中的平均解吸量相比其在背景电解质溶液中分别增加了3.14mg·kg-1和2.40mg·kg-1,平均解吸滞后系数由在背景电解质溶液中的0.04和0.135降低至沉积物浸出液中的0.012和0.072.此现象表明,与纯电解质溶液比较,采用从沉积物中提取的溶解有机碳作为解吸介质,会显著增加萘在沉积物中的平均解吸量,所获得的实验结果更加符合天然水体的实际条件.     

微絮凝强化过滤工艺处理低温低浊水的实验研究

以北京市某水厂冬季沉后水为研究对象,分别采用常规过滤工艺和强化过滤工艺对其进行处理.通过改变聚合氯化铝(PACl)投加量、滤料粒径d和微絮凝时间,并结合水头损失、颗粒数、总有机碳(TOC)、化学需氧量(COD)等实验数据,对低温低浊水体强化过滤工艺条件进行了研究.结果表明,强化过滤工艺与常规过滤工艺相比具有较强的除浊、去除有机物和颗粒物的能力,当微絮凝时间为2min时可以得到较好的过滤效果;PACl投药量为1.5mg·L-1时,浊度可降到0.04NTU,而常规过滤工艺最多只能将浊度降到0.2NTU.在滤料选用方面,当滤料粒径d=0.6～1.2mm时滤后水中颗粒数(2～5μm)、浊度、COD等指标均达到最优值.同时,电感耦合等离子体光谱(ICP-OES)检测结果表明,滤后水中Al3+含量小于0.2mg·L-1,并未因二次投加PACl而升高,因此,不会对水的饮用产生任何健康和安全风险.     

改性硅藻土对三种有机染料的吸附作用研究

以天然硅藻土分别负载十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)、四甲基溴化铵(TMAB)和壳聚糖,制得一系列改性硅藻土,研究了改性硅藻土吸附水中的阴离子染料(活性红120)、阳离子染料(亚甲基蓝)、酸性染料(玫瑰红B)的适宜条件及吸附机理.结果表明,天然硅藻土对亚甲基蓝、四甲基溴化铵改性硅藻土对玫瑰红B和壳聚糖改性硅藻土对活性红120的饱和吸附量分别为51.15、49.56、56.64mg.L-1,效果良好,可被直接利用.延长吸附时间、增大吸附剂用量、控制溶液的pH值(<6)都能提高改性硅藻土吸附剂的吸附效果;3种染料在各自吸附剂上的平衡吸附量Qe与平衡浓度Ce之间的关系均符合Freundlich等温吸附方程,表明改性硅藻土吸附染料以分配作用、弱的溶质吸收为主.改性剂的引入可以改变硅藻土的表面电性,从而对不同类型染料的吸附能力产生不同影响.     

不同混凝剂对污泥脱水性能的影响研究

采用无机和有机混凝剂对污泥进行调理,通过测定污泥比阻、Zeta电位以及污泥上清液中蛋白质、多糖和DNA含量,同时结合污泥上清液的三维荧光光谱分析,研究了不同混凝剂及其投加量对污泥脱水性能的影响.结果表明:当聚合氯化铝(PAC)、高效聚合氯化铝(HPAC)和氯化铁(FeCl3)的投加量在干污泥量的10%附近时,污泥比阻值最小,同时三维荧光强度值也最小,Zeta电位以及上清液中蛋白质、多糖和DNA的含量基本趋于稳定.无机混凝剂与有机混凝剂联合作用调理污泥后其脱水效果明显优于单一混凝剂调理.有机混凝剂与无机混凝剂投加顺序对污泥脱水性能影响显著,先投加无机混凝剂再投加有机混凝剂的脱水效果最佳,研究筛选出两种混凝剂联合作用调理污泥后,其脱水效果顺序为10%PAC+0.5%PAM>10%FeCl3+0.5%PAM>10%HPAC+0.5%PAM.     

白洋淀多种生境沉积物有机质来源解析及其演变

沉积物有机质来源及其演变的解析对富营养化湖泊的防治及生态修复具有重要的意义.白洋淀是华北地区最大的淡水湖泊,由于受人类活动的影响,其生境逐渐破碎化且不同生境的有机质来源及演变过程尚不清楚.通过对白洋淀河道、湖面、鱼塘、荷塘4种不同生境沉积物岩芯正构烷烃含量与组成特征的分析,结合主成分分析-多元线性回归(PCA-MLR)模型,以解析其有机质的来源及演变.结果表明：由于受不同人类活动的影响,不同生境沉积物的有机质来源不同.鱼塘和荷塘沉积物有机质来源以藻类等水生低等生物为主,分别达到78.3%、72.7%;河道沉积物有机质来源则以陆生高等植物为主,占比为63.8%;开阔湖面沉积物中不同有机质来源所占比例分别为水生低等生物33.0%,水生高等植物26.2%,陆生高等植物40.8%.该结果与白洋淀地区人类活动变化与经济社会发展历程相对应.值得注意的是,尽管随着雄安新区一系列环境治理措施和环保工程的实施,白洋淀水质恶化趋势得到遏制,藻类等水生低等生物在河道和湖面的沉积物有机质来源占比开始缓慢降低,但是由于水体富营养化程度较深且藻类死亡后仍大量沉积于沉积物中,鱼塘和荷塘沉积物有机质来源中水生低等生物...     

水中硫酸根及溶解氧质量浓度变化对管垢金属元素释放的影响

针对出厂水水质化学组分变化可能引起管垢成分释放进而导致管网"黄水"的问题,利用管段反应器,研究了硫酸根(SO24-)质量浓度变化对长期通地下水的铸铁管段总铁释放的影响,同时分析了硫酸根质量浓度变化可能造成的金属元素锰(Mn)、砷(As)、铬(Cr)、铜(Cu)、锌(Zn)和镍(Ni)的释放行为.研究表明,实验管段进水中SO24-质量浓度的升高能导致管垢总铁、Mn释放量显著增加,且当SO24->400 mg.L-1时,出水呈现明显的"黄水"现象.对实验管段进出水中微量金属元素的检测发现,尽管随着进水SO24-质量浓度的升高,出水中As、Cr、Cu、Zn和Ni质量浓度也随之增加,但其多数情况下低于进水质量浓度,说明管垢对这些微量元素具有吸附作用.增加水中溶解氧(DO)质量浓度对铁的释放具有明显控制作用,但当超过一定值时,其抑制作用反而降低.     

农药西维因及敌草隆在草木灰上的吸附行为研究

测定分析了草木灰的孔隙结构、表面性质及化学组成,选择理化参数接近,空间构型不同的2种农药西维因和敌草隆作为吸附质,研究其在草木灰上吸附行为,结果表明两者在草木灰上吸附模式理截然不同,线性吸附方程及准一级动力学方程能够拟合平面型分子西维因的吸附等温线及动力学曲线,Freundlich吸附等温式及二级动力学方程吸附对非平面型分子敌草隆的等温线及动力学曲线拟合程度最高,说明平面型分子的吸附可能以简单的线性分配为主,而非平面型分子可能以多过程非线性吸附为主;等温线及动力学拟合参数显示,草木灰对平面型分子西维因的吸附量远大于非平面型分子敌草隆,说明吸附质分子的空间位阻效应是影响吸附的重要因素.     

水源水膜处理与常规处理技术的遗传毒性指标对比

随着水源水微污染问题的日益突出和水质标准的不断提高,传统的水处理技术面临严峻挑战。膜处理是目前饮用水深度处理的有效手段。选择UMU方法对常规工艺的出水及膜处理工艺出水进行遗传毒性评价比较。结果表明:采用正己烷+二氯甲烷+甲醇对水样中的遗传毒性物质进行洗脱效果更为明显;对于常规处理工艺来说,混凝可以部分去除水源水中大分子有机物和非溶解性色度以及部分遗传毒性前体物质;针对不同工艺段的出水,氯化可明显增加水样的遗传毒性;不论消毒与否,仅从遗传毒性指标来看,膜工艺均优于常规工艺出水,但考虑到水样的区域特性,膜法处理是否在遗传毒性指标方面比常规处理更有优势,仍需进一步的资料或数据支持。     

离子强度和离子类型对土霉素在草甸土中被吸附的影响

土霉素是四环素类抗生素中使用较为广泛的一种,探索土霉素在土壤中的吸附解吸规律对抗生素环境风险评价与污染控制具有重要的理论与现实意义。通过改变土壤水溶液中离子强度及类型研究其对土霉素在草甸土中吸附的影响,以期为评价该种抗生素对草甸土土壤环境风险提供科学依据。土霉素测定方法选择高效液相色谱法。以V（乙腈）∶V[NaH2PO4（0.01mol·L-1）]=25∶75为流动相,在流速为1 mL·min-1,检测波长为355 nm条件下进行测定。试验以OECD Guideline 106为基础,采用批平衡法研究不同离子强度（0.01、0.03、0.05、0.08、0.10 mol·L-1CaCl2溶液）和不同阳离子（0.01 mol·L-1的NaCl、KCl、MgCl2溶液）对土霉素在草甸土中的吸附影响。结果表明：随着CaCl2浓度的增加,土霉素在草甸土中的吸附量呈降低趋势,且不同浓度的土霉素在草甸土中吸附量受离子强度的影响是不同的。土霉素浓度较低时,其在草甸土中吸附能力受离子强度影响较土霉素浓度高时小。以土壤吸附系数Kd衡量土壤吸附抗生素能力,当土壤样品中离子强度增大时,其对应Kd值呈非线性趋势减小。这说明,在某一Ca2＋浓度范围内,其对吸附的影响较其他浓度范围要大。对相邻CaCl2浓度处理得出的Kd值进行t检验,在CaCl2溶液浓度在0.01与0.03 mol·L-1间得出的Kd值存在显著性差异（p≤0.05）,在0.03、0.05、0.08、0.10 mol·L-1浓度间得出的Kd值均没有显著性差异（p〉0.05）。这一结果说明当CaCl2溶液浓度在0.01~0.03 mol·L-1时,其对土霉素在草甸土中的吸附影响较其他浓度范围大。以Freundlich方程对NaCl、KCl、MgCl2溶液条件下土霉素在草甸土中的吸附进行拟合,土样lg Kf值为lg Kf（Mg2＋）0.05）。这说明,不同阳离子对土霉素在草甸土上的吸附量（lg Kf）影响的差异并不显著。