預(yù)臭氧化消毒副產(chǎn)物生成特性和控制技術(shù)研究.pdf

1、預(yù)臭氧化工藝具有殺菌能力強(qiáng)，除藻效果好，能夠去除有機(jī)物等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)外受到重視，并逐漸應(yīng)用于實(shí)際飲用水生產(chǎn)過(guò)程中。而我國(guó)的研究起步較晚，多數(shù)仍處在實(shí)驗(yàn)室和中試階段，在實(shí)際應(yīng)用中的數(shù)據(jù)相對(duì)缺乏。在這樣的大背景下，研究預(yù)臭氧化消毒副產(chǎn)物生成特性和控制技術(shù)，確定預(yù)臭氧化過(guò)程中溴酸鹽及含碳消毒副產(chǎn)物(C-DBPs)和含氮消毒副產(chǎn)物(N-DBPs)等水質(zhì)指標(biāo)之間的最佳平衡點(diǎn)，為預(yù)臭氧化工藝的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)優(yōu)化給水廠的處理工藝，提高飲

2、用水水質(zhì)安全有著重要作用和意義。
　　本文以天津市水源水為研究對(duì)象，研究預(yù)臭氧化工藝對(duì)消毒副產(chǎn)物(DBPs)的影響，得出預(yù)臭氧化的最優(yōu)CT值條件，找出其對(duì)傳統(tǒng)氯消毒副產(chǎn)物和新型含氮消毒副產(chǎn)物三氯硝基甲烷(TCNM)的控制方法。得出了以下主要結(jié)論:
　　預(yù)臭氧化的CT值對(duì)凈水效果的影響研究發(fā)現(xiàn):試驗(yàn)原水經(jīng)不同CT值條件下的預(yù)臭氧化處理后，出水的UV254值有了大幅度下降，可溶性有機(jī)碳(DOC)、三鹵甲烷生成勢(shì)(THMFP)和鹵

3、乙酸生成勢(shì)(HAAFP)均有一定程度的下降，溴酸鹽含量也均符合國(guó)家關(guān)于飲用水中溴酸鹽濃度的要求。確定實(shí)驗(yàn)所用原水的預(yù)臭氧化最優(yōu)CT值為初始臭氧濃度1.35-2.0 mg/L，臭氧接觸反應(yīng)時(shí)間為10min，即最優(yōu)CT值為13.5-20.0 mg/L·min。在實(shí)際水廠生產(chǎn)中，低溫低濁及普通水質(zhì)期，可采用較低的初始臭氧投量，即1.35-1.5 mg/L左右，高溫高藻期，水質(zhì)條件變差，初始臭氧投量可以適當(dāng)提高至2.0 mg/L左右。
　

4、　最優(yōu)CT值條件下DBPs的生成特性研究表明:對(duì)于試驗(yàn)原水來(lái)說(shuō)，MW＞30kDa組分是THMs和HAAs的主要前體物質(zhì)，其THMFP和HAAFP分別約占試驗(yàn)原水的25.14％和40.36％。MW在10-30 kDa的有機(jī)物組分與氯反應(yīng)具有最強(qiáng)的THMs和HAAs生成能力。對(duì)于預(yù)臭氧化出水來(lái)說(shuō)，MW＜1 kDa組分對(duì)THMs和HAAs的生成量貢獻(xiàn)最大。MW在1-3 kDa的有機(jī)物組分與氯反應(yīng)具有最強(qiáng)的THMs生成能力，而MW在3-10 k

5、Da的有機(jī)物組分與氯反應(yīng)具有最強(qiáng)的HAAs生成能力。預(yù)臭氧化造成了大分子有機(jī)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?xiàng)l件下溴酸鹽的生成情況，發(fā)現(xiàn)當(dāng)試驗(yàn)原水溴離子濃度為143.521μg/L時(shí)，預(yù)臭氧化反應(yīng)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(biāo)時(shí)試驗(yàn)原水中溴離子的含量約為143μg/L，即當(dāng)原水中溴離子濃度約為285μ

6、g/L時(shí)，在最優(yōu)CT值條件下進(jìn)行預(yù)臭氧化的出水中溴離子含量就有超標(biāo)的危險(xiǎn)。在此臨界溴離子濃度下對(duì)預(yù)臭氧化工藝進(jìn)行優(yōu)化實(shí)驗(yàn)得出，調(diào)節(jié)原水pH至6.0，同時(shí)向原水中加入適量氨氮，預(yù)臭氧化反應(yīng)20分鐘后即可達(dá)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(xiàn):甘氨酸、賴氨酸和色氨酸溶液經(jīng)過(guò)預(yù)臭氧化反應(yīng)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(jīng)過(guò)預(yù)臭氧化反應(yīng)

7、后，其TCNMFP濃度均隨著預(yù)臭氧化反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而升高。各種氨基酸溶液經(jīng)預(yù)臭氧化反應(yīng)后，初始pH對(duì)TCNMFP的影響由于氨基酸種類的不同而不同。當(dāng)有亞硝酸鹽存在時(shí)，四種氨基酸經(jīng)過(guò)預(yù)臭氧化反應(yīng)后的TCNMFP都有所上升。但是當(dāng)初始亞硝酸鹽濃度提高到較高水平時(shí)，整體的增加趨勢(shì)并不十分顯著。
　　研究實(shí)際水體中預(yù)臭氧化工藝對(duì)TCNMFP的影響得出:對(duì)于試驗(yàn)原水來(lái)說(shuō)，MW為1-3 kDa的有機(jī)氮組分是TCNM的主要前體物質(zhì)，MW在3-1

8、0 kDa的有機(jī)氮組分與氯反應(yīng)具有最強(qiáng)的TCNM生成能力。對(duì)于預(yù)臭氧化出水來(lái)說(shuō)，MW＜1kDa組分對(duì)TCNM的生成量貢獻(xiàn)最大，預(yù)臭氧化對(duì)TCNM的增長(zhǎng)作用可能就在于此部分可溶性有機(jī)碳(DON)有了生成TCNM的潛能;MW在3-10 kDa、10-30kDa和＞30 kDa的有機(jī)氮組分與氯反應(yīng)生成TCNM的能力都較強(qiáng)。水廠原水經(jīng)預(yù)臭氧化后，TCNMFP有了顯著增加。隨著臭氧投量的增大，原水經(jīng)預(yù)臭氧化反應(yīng)后的TCNMFP先略微降低后升高。隨

9、著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，TCNMFP先降低后升高，在反應(yīng)時(shí)間為5分鐘時(shí)，TCNMFP有最小值。隨著pH值的升高，預(yù)臭氧化處理后出水的TCNMFP迅速升高。強(qiáng)酸性環(huán)境（pH=4時(shí)）有利于控制預(yù)臭氧化處理中TCNM的生成。當(dāng)試驗(yàn)原水中處于臨界溴離子濃度條件下時(shí)，為了控制TCNM的生成，在確保溴酸鹽含量不超標(biāo)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