【摘要】：預臭氧化工藝具有殺菌能力強,除藻效果好,能夠去除有機物等優(yōu)點,在國外受到重視,并逐漸應用于實際飲用水生產過程中。而我國的研究起步較晚,多數仍處在實驗室和中試階段,在實際應用中的數據相對缺乏。在這樣的大背景下,研究預臭氧化消毒副產物生成特性和控制技術,確定預臭氧化過程中溴酸鹽及含碳消毒副產物(C-DBPs)和含氮消毒副產物(N-DBPs)等水質指標之間的最佳平衡點,為預臭氧化工藝的應用提供理論基礎和實踐經驗,對優(yōu)化給水廠的處理工藝,提高飲用水水質安全有著重要作用和意義。 本文以天津市水源水為研究對象,研究預臭氧化工藝對消毒副產物(DBPs)的影響,得出預臭氧化的最優(yōu)CT值條件,找出其對傳統氯消毒副產物和新型含氮消毒副產物三氯硝基甲烷(TCNM)的控制方法。得出了以下主要結論： 預臭氧化的CT值對凈水效果的影響研究發(fā)現：試驗原水經不同CT值條件下的預臭氧化處理后,出水的UV254值有了大幅度下降,可溶性有機碳(DOC)、三鹵甲烷生成勢(THMFP)和鹵乙酸生成勢(HAAFP)均有一定程度的下降,溴酸鹽含量也均符合國家關于飲用水中溴酸鹽濃度的要求。確定實驗所用原水的預臭氧化最優(yōu)CT值為初始臭氧濃度1.35-2.0mg/L,臭氧接觸反應時間為10min,即最優(yōu)CT值為13.5-20.0mg/L·min。在實際水廠生產中,低溫低濁及普通水質期,可采用較低的初始臭氧投量,即1.35-1.5mg/L左右,高溫高藻期,水質條件變差,初始臭氧投量可以適當提高至2.0mg/L左右。 最優(yōu)CT值條件下DBPs的生成特性研究表明：對于試驗原水來說,MW30kDa組分是THMs和HAAs的主要前體物質,其THMFP和HAAFP分別約占試驗原水的25.14%和40.36%。MW在10-30kDa的有機物組分與氯反應具有最強的THMs和HAAs生成能力。對于預臭氧化出水來說,MW1kDa組分對THMs和HAAs的生成量貢獻最大。MW在1-3kDa的有機物組分與氯反應具有最強的THMs生成能力,而MW在3-10kDa的有機物組分與氯反應具有最強的HAAs生成能力。預臭氧化造成了大分子有機物的分解,使得NOM的MW分布向小分子遷移。 向原水中加入一定量的溴化鉀溶液,研究不同溴離子濃度下的原水在最優(yōu)CT值處理條件下溴酸鹽的生成情況,發(fā)現當試驗原水溴離子濃度為143.521μg/L時,預臭氧化反應出水中溴酸鹽的含量為10.402μg/L。因此,確定溴酸鹽生成量超標時試驗原水中溴離子的含量約為143μg/L,即當原水中溴離子濃度約為285μg/L時,在最優(yōu)CT值條件下進行預臭氧化的出水中溴離子含量就有超標的危險。在此臨界溴離子濃度下對預臭氧化工藝進行優(yōu)化實驗得出,調節(jié)原水pH至6.0,同時向原水中加入適量氨氮,預臭氧化反應20分鐘后即可達到去除THMFP和HAAFP和控制溴酸鹽生成的雙重目的。 氨基酸配水體系中TCNMFP的影響因素研究發(fā)現：甘氨酸、賴氨酸和色氨酸溶液經過預臭氧化反應后,TCNMFP的濃度均隨著初始臭氧投量的提高而增加。四種氨基酸經過預臭氧化反應后,其TCNMFP濃度均隨著預臭氧化反應時間的延長而升高。各種氨基酸溶液經預臭氧化反應后,初始pH對TCNMFP的影響由于氨基酸種類的不同而不同。當有亞硝酸鹽存在時,四種氨基酸經過預臭氧化反應后的TCNMFP都有所上升。但是當初始亞硝酸鹽濃度提高到較高水平時,整體的增加趨勢并不十分顯著。 研究實際水體中預臭氧化工藝對TCNMFP的影響得出：對于試驗原水來說,MW為1-3kDa的有機氮組分是TCNM的主要前體物質,MW在3-10kDa的有機氮組分與氯反應具有最強的TCNM生成能力。對于預臭氧化出水來說,MW1kDa組分對TCNM的生成量貢獻最大,預臭氧化對TCNM的增長作用可能就在于此部分可溶性有機碳(DON)有了生成TCNM的潛能；MW在3-10kDa、10-30kDa和30kDa的有機氮組分與氯反應生成TCNM的能力都較強。水廠原水經預臭氧化后,TCNMFP有了顯著增加。隨著臭氧投量的增大,原水經預臭氧化反應后的TCNMFP先略微降低后升高。隨著反應時間的延長,TCNMFP先降低后升高,在反應時間為5分鐘時,TCNMFP有最小值。隨著pH值的升高,預臭氧化處理后出水的TCNMFP迅速升高。強酸性環(huán)境(pH=4時)有利于控制預臭氧化處理中TCNM的生成。當試驗原水中處于臨界溴離子濃度條件下時,為了控制TCNM的生成,在確保溴酸鹽含量不超標的前提下,可向原水中少投加或者不投加氨氮。這樣,在原水處于臨界溴離子濃度的情況下,既可有效控制溴酸鹽的生成,也可盡量減少TCNM的生成,提高飲用水的安全性。
【圖文】：

第二章實驗材料與方法 PSi■灔灥圖2.2預臭氧化實驗裝置圖2.2.2最優(yōu)CT值條件下消毒副產物的生成特性實驗2.2.2.1實驗簡介基于分子量分析天然有機物預臭氧化過程中消毒副產物的生成特性。將實驗原水在最優(yōu)CT值條件下進行預臭氧化處理，用超濾膜法將原水和處理后水分為不同的MW組分，檢測各組分的DOC、UV254、THMFP、HAAFP、TCNMFP、溴離子、溴酸鹽、氨氮、確氮、亞硝氮、pH等指標，對其變化進行分析，研究不同原水和處理后水MW的分布及不同MW有機物對DBPs生成量的貢獻以及臭氧與不同MW有機物的反應能力，推測預臭氧化對傳統氯消毒副產物的去除機理和預臭氧化消毒副產物的生成機理。2.2.2.2超濾膜分子量分級方法實驗使用的超濾膜由上海迪清過濾技術有限公司提供，截留分子量分別為30，10，3和1 kDa,其材質是聚醚砜。新的超濾膜在使用前先用去離子水過濾清洗

后在254 nm的波長下測定其紫外吸光度。不同CT值條件下預臭氧化后出水的UV2M值見圖3.1。由圖3.1可以看出，試驗原水的UV254值為0.022 cm"',試驗原水經不同CT值條件下的預臭氧化處理后，出水的UV254值都有大幅度下降，去除率在9.09%-63.64%之間，在實際水廠處理工藝中，能夠大大減輕后續(xù)常規(guī)處理的負擔。隨著初始臭氧濃度的增加和反應時間的延長，出水的UV254值逐漸降低，但是降低程度逐漸放緩，當初始臭氧濃度增加到2.696 mg/L時
【學位授予單位】：南開大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TU991.2

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 張永吉,武道吉,周玲玲,何文杰,韓宏大,李圭白;腐殖酸特性及其對三鹵甲烷形成的影響[J];中國給水排水;2005年01期

2 馬軍,劉曉飛,王剛,李繼,張金松,賀彬;臭氧/高錳酸鹽控制臭氧氧化副產物[J];中國給水排水;2005年06期

3 王超;胡洪營;王麗莎;田杰;藤江幸一;;典型含氮有機物的氯消毒副產物生成潛能研究[J];中國給水排水;2006年15期

4 王秀麗;董民強;陳瓊潔;;杭州市水源水中有機物的分子質量分布[J];中國給水排水;2010年09期

5 尹宇鵬;陸少鳴;禹娜;;給水工藝對不同分子質量有機物的去除規(guī)律研究[J];工業(yè)水處理;2008年10期

6 陳誠;章詩芳;董玉蓮;梁偉杰;黃建君;;臭氧工藝對水中有機物分布影響情況研究[J];廣州化工;2006年06期

7 張金松;黃紅杉;;美國臭氧化技術在給水處理中的應用[J];城鎮(zhèn)供水;2001年03期

8 田利;王啟山;;預氧化與氣浮工藝聯用處理高藻水效果比較[J];河北工業(yè)大學學報;2006年02期

9 梁遠;魏群山;王東升;楊海紅;周巖梅;張利田;;灤河水體溶解性有機物的綜合分級表征及其混凝去除過程[J];環(huán)境工程學報;2007年11期

10 ;Degradation and detoxification of microcystin-LR in drinking water by sequential use of UV and ozone[J];Journal of Environmental Sciences;2010年12期

，

本文編號：2552473