长江沿线城市水源氯(胺)化消毒副产物生成潜能研究

以长江上游重庆、中游武汉、下游上海等大城市的长江饮用水源为研究对象,在对溶解性有机物分子量和亲疏水性分离的基础上,分别采用氯和氯胺两种方式消毒,对比分析了相同时期沿江这些城市原水中氯(胺)化常规和新兴含氮消毒副产物生成潜能的分子组成规律.研究表明,重庆、武汉、上海三地的溶解性有机物均以小分子前体物为主,主要分布在<1kDa的区间内,且以强疏水性成分和亲水性成分为主,原水经氯(胺)化可产生三卤甲烷、卤乙酸、卤乙腈、三氯硝基甲烷等类型的消毒副产物;三地的氯(胺)化主要的含碳消毒副产物(C-DBPs)和含氮消毒副产物(N-DBPs)生成潜能均在<1kDa的区间内最大,从上游到下游,在<1kDa的区间内的生成潜能占各自总潜能比例逐渐增加.三地的氯(胺)化的C-DBPs和N-DBPs生成潜能均以强疏水性组分或亲水性组分为主,且氯胺化可导致亲水性组分C-DBPs和N-DBPs生成潜能所占总量比例增加.     

阿哈水库DOM的分离及其对消毒副产物的贡献

为研究高原喀斯特湖库DOM（dissolved organic matter,溶解性有机质）的组成及其化学特征对DBPs（disinfection by-products,消毒副产物）生成路径的影响,以西南喀斯特地区贵阳市阿哈水库的DOM为研究对象,结合XAD大孔树脂分离技术,通过化学表征〔包括UV-Vis（紫外-可见光光谱）、FTIR（红外光谱）和3D-EEM（三维荧光光谱）〕手段来研究各组分对C-DBPs（含碳消毒副产物）和N-DBPs（含氮消毒副产物）的生成贡献.不同组分芳香性的大小依次为HON（憎水中性物）> HIB（亲水碱）> HOA（憎水酸）> HIN（亲水中性物）≈HIA（亲水酸）> HOB（憎水碱）.憎水与亲水DOM的DBPs生成潜能相近.其中,HON最高,其次为HIB和HOA.HIB和HOA的主要卤代反应位分别来源于藻类有机物的蛋白质和富里酸,而HON的DBPs生成潜能的贡献主要为分子中的芳香和共轭不饱和结构.HIA和HIN的构成主要为脂肪烃,贡献较低的DBPs的生成潜能.对于C-DBPs,THMs和HAAs的生成潜能总体相近,不同组分的差异明显.对于N-DBPs,卤乙腈的生成潜能占80%以上,憎水DOM的贡献较高.DBPs的生成路径从UV-Vis、FTIR和3D-EEM的官能团和特征峰解析结果中均得到了较好的响应.      

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.     

城市污水二级出水有机物分子量分布和亲疏水特性对纳滤膜污染的影响

分别采用分子量分级膜和XAD-8树脂,研究了污水厂二级出水中有机物分子量分布特征及不同分子量分布区间亲疏水有机物的相对含量,考察了分子量分布及亲疏水特性对纳滤膜透水性能的影响.结果表明,二级出水有机物中,小分子亲水性有机物含量最高,小于2k的有机物占总有机物含量的45.61%,其中亲水性物质占28.07%,疏水性物质占17.54%;不同特征的原水分别经纳滤膜过滤,分子量分布对膜污染影响较大,分子量小于30k时,分子量区间越小,比通量衰减越快,分子量大于30k时,分子量区间越大,比通量衰减越快,且分子量较小的有机物通量衰减程度大于分子量较大有机物;在分子量分布相同区间内,亲水性有机物的比通量衰减较慢,说明相同分子量时,膜对亲水性物质的截留率较低,而疏水性物质是引起膜通量衰减的主要原因.     

有机污染物对发光菌和鱼的毒性相关性研究

研究有机污染物对不同水生生物毒性的种间关系有助于探讨有机污染物对水生生物的毒性作用模式。本文应用1 470种有机化合物对发光菌的毒性数据和949种有机化合物对鱼的毒性数据,研究有机化合物对发光菌和鱼的种间毒性作用模式。结果表明,有机化合物对发光菌和鱼的毒性呈正相关,但种间相关性较差。通过计算毒性比率TR值表明多数类别有机化合物具有相似的种间毒性作用模式。基线和弱惰性化合物对发光菌和鱼的毒性均与辛醇水分配系数log Kow具有良好的线性关系,这说明基线和弱惰性化合物在发光菌和鱼体内的残余量CBR值均为一个常数。这些化合物对发光菌和鱼具有相似的毒性作用模式和生物吸收过程。另外,一些亲水性化合物的log TR值具有较大的种间差异,即对发光菌和鱼的毒性效应具有较大的种间差异,表明亲水性化合物对发光菌为反应型化合物,而对鱼为麻醉型化合物。有机化合物对发光菌和鱼的毒性种间相关性通过引入疏水性参数得到了一定的改善,这表明这些亲水性化合物毒性效应的种间差异有一部分归因于有机化合物在发光菌和鱼体内的生物富集不同,而不是由于与生物分子的反应性不同。这些亲水性化合物相对于鱼的腮和皮肤更容易通过发光菌的细胞膜,与生物分子发生化学反应,从而具有较高的毒性效应。Log Kow大于7的化合物对发光菌和鱼均具有较低的毒性,说明有机化合物在生物体内的富集能力对有机化合物剩余毒性的判别起着重要作用。     

城市污水处理过程中溶解性有机物转化特性

运用反渗透技术对城市处理厂进出水中的溶解性有机物(DOM)进行浓缩富集,利用DAX-8大孔树脂将DOM分为亲水物质(Hy I)、类富里酸(FA)和类腐殖酸(HA)3种组分。研究表明,原污水中有机物各组分经生物处理后的总量去除近90%,各组分所占总TOC的百分含量在生化反应过程中也发生了变化:出水中HA组分有降低的趋势,平均下降9.77%,而FA和Hy I两大组分所占总和呈现上升趋势,其中类FA物质升高7.94%,而Hy I组分百分比略有下降。与进水相比,出水中Hy I、FA和HA组分在Ⅲ(色氨酸)、Ⅳ(酪氨酸)区的荧光峰全部消失,而在Ⅰ(类腐殖酸)、Ⅱ(类富里酸)荧光峰变化不大。SUVA和电位滴定结果表明出水有机物的结构发生变化,各组分的芳香性比进水有机物有所增加。研究结果表明,进水中的有机物在污水处理过程中,小分子物质可以被生物利用并形成新的代谢产物释放到水中,大分子物质却较难被生物利用,但在处理过程中其分子构造在一定程度上被微生物改变,系统的生化驯养可以达到构造改变的效果,从而影响出水各组分分子量变化。     

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.     

应用于Anammox-MBR的尼龙织布亲水改性研究

采用聚乙烯醇（PVA）对尼龙织布表面涂覆改性,对改性前后织布进行表征并进行纯水通量测试,随后以牛血清蛋白（BSA）模拟污染物测试尼龙织布改性前后的抗污染性能,并对改性后的织布进行溶解性有机碳（DOC）浸出实验.改性过程中,优选3%涂覆浓度和250μm涂层厚度,改性后织布的纯水通量值约提高85.0%,对BSA的截留率由6.0%±0.5%上升至7.2%±0.7%,通量恢复率由90.0%提高到96.1%,可逆污染比重上升,不可逆污染比重下降,污染形式主要表现为可逆污染.为避免改性尼龙织布应用于厌氧氨氧化-膜生物反应器（Anammox-MBR）时对厌氧氨氧化反应产生不可逆危害,提出应对制备完成的改性尼龙织布进行为期3d及以上的静态清水浸泡或动态浸出处理.     

臭氧氧化饮用水过程中可同化有机碳生成的影响因素

研究臭氧化过程中,臭氧投加量、p H值和离子强度对可同化有机碳(assimilable organic carbon,AOC)生成量的影响.结果表明,臭氧投加量在1~5 mg·L~(-1)范围,AOC的生成量随着投加量的增加而增加,但过高的臭氧投加量(9 mg·L~(-1))反而导致AOC生成量下降.p H越高(6~9),AOC的生成量也越高.AOC的生成量随着离子强度的升高而下降.臭氧氧化强疏组分AOC的生成量最高,其次为弱疏,而极亲和中亲最低.研究发现,AOC的生成量与小分子有机物的SUVA有密切的关系,较低的SUVA产生较多的AOC.     

应用于Anammox-MBR的尼龙织布亲水改性研究

采用聚乙烯醇（PVA）对尼龙织布表面涂覆改性，对改性前后织布进行表征并进行纯水通量测试，随后以牛血清蛋白（BSA）模拟污染物测试尼龙织布改性前后的抗污染性能，并对改性后的织布进行溶解性有机碳（DOC）浸出实验.改性过程中，优选3%涂覆浓度和250μm涂层厚度，改性后织布的纯水通量值约提高85.0%，对BSA的截留率由6.0%±0.5%上升至7.2%±0.7%，通量恢复率由90.0%提高到96.1%，可逆污染比重上升，不可逆污染比重下降，污染形式主要表现为可逆污染.为避免改性尼龙织布应用于厌氧氨氧化-膜生物反应器（Anammox-MBR）时对厌氧氨氧化反应产生不可逆危害，提出应对制备完成的改性尼龙织布进行为期3d及以上的静态清水浸泡或动态浸出处理.