水中天然有機(jī)物的吸附特性及臭氧預(yù)氧化的影響規(guī)律研究.pdf

1、天然有機(jī)物（Natural Organic Matters，NOM）普遍存在于水體環(huán)境中，是水環(huán)境中有機(jī)碳的主要來源，通常具有溶解態(tài)、膠態(tài)、吸附態(tài)三種存在形式。水中NOM在礦物表面的吸附，將影響礦物顆粒的自然沉降和遷移，此外，NOM能夠與水中微量有機(jī)污染物發(fā)生相互作用，影響有機(jī)污染物的毒性及其在水體中的轉(zhuǎn)化停留時(shí)間。臭氧預(yù)氧化難以將NOM徹底礦化，卻可以使NOM的性質(zhì)實(shí)現(xiàn)較大的變化，從而改變NOM的吸附性能以及NOM與微量有機(jī)污染物之間

2、的相互作用。進(jìn)行臭氧預(yù)氧化對(duì)NOM吸附特性的影響研究，對(duì)于明確臭氧的預(yù)氧化助凝機(jī)理，探討臭氧預(yù)氧化過程中微量有機(jī)污染物的轉(zhuǎn)化，都具有重要的理論意義和研究?jī)r(jià)值。
　　本文從NOM的特性研究著手，聯(lián)合采用反滲透和XAD大孔樹脂吸附技術(shù)，進(jìn)行實(shí)際地表水中NOM的提取分離，綜合比較了NOM及其分離組分以及商用腐殖酸（CHA）的物理化學(xué)特性，進(jìn)行了NOM吸附形貌的微觀觀測(cè)，并在研究NOM吸附、解吸行為的基礎(chǔ)上，考察了臭氧預(yù)氧化對(duì)NOM吸附特

3、性的影響規(guī)律研究，主要工作和研究成果如下：
　　進(jìn)行了松花江水中NOM的提取分離，得到NOM的四個(gè)分離組分：憎水部分、親水部分、腐殖酸和富里酸。通過光譜分析（紫外光譜、紅外光譜）、色譜分析（極性、分子量）、核磁共振（1H NMR核磁、13C CPMAS固相核磁）、酸性官能團(tuán)滴定等分析手段，對(duì)NOM及其分離組分以及CHA的物化性質(zhì)進(jìn)行了比較表征。
　　原子力顯微觀測(cè)結(jié)果表明，NOM的微觀吸附形貌為散落的顆粒狀吸附結(jié)構(gòu)，吸附高度

4、約為3-12nm，有明顯的聚集，吸附形貌因NOM性質(zhì)不同而存在差異；酸性條件下，NOM的分子半徑相對(duì)于中性和堿性條件較小，聚集體結(jié)構(gòu)更為緊密，隨著溶液pH值的升高，NOM在云母表面的吸附明顯降低；少量Ca2+離子的加入就會(huì)引發(fā)明顯的聚集現(xiàn)象。
　　通過研究不同性質(zhì)NOM的吸附性能，探討了NOM的吸附機(jī)理。結(jié)果表明，不同來源、性質(zhì)的NOM具有不同的吸附性能，取決于有機(jī)物自身的芳香程度和疏水性；酸性條件下，電性相異電荷間的靜電吸附作用

5、，配位體交換作用和憎水作用的共同發(fā)揮是造成吸附量增加的主要原因；增加離子強(qiáng)度和引入Ca2+離子，分別能夠起到減弱官能團(tuán)之間排斥和實(shí)現(xiàn)分子間架橋的作用，強(qiáng)化NOM的吸附，然而有時(shí)也會(huì)占據(jù)有限的絡(luò)合位，對(duì)NOM的吸附行為產(chǎn)生不利的影響。
　　從臭氧預(yù)氧化助凝機(jī)理入手，進(jìn)行了臭氧預(yù)氧化對(duì)NOM吸附、解吸行為的影響研究，并考察了氧化后NOM性質(zhì)的變化情況。結(jié)果顯示，臭氧預(yù)氧化對(duì)NOM吸附行為的影響是綜合NOM自身的性質(zhì)、濃度以及臭氧投量等

6、多種因素共同作用的結(jié)果，液相中存在Ca2+離子時(shí)，臭氧氧化后NOM的脫附行為更為明顯。臭氧氧化主要破壞NOM的芳香結(jié)構(gòu)，使羧基官能團(tuán)含量增多，而NOM分子量和極性的變化與NOM來源有關(guān)。以臭氧氧化后特性變化最為顯著的CHA為例，氧化后的微觀吸附形貌類似一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，分子之間的交聯(lián)作用十分明顯，吸附高度明顯低于氧化處理前，云母的表面覆蓋率較氧化前有所提高。
　　考察了臭氧預(yù)氧化對(duì)懸浮顆粒穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，吸附態(tài)NOM是造成懸浮

7、顆粒負(fù)電性和穩(wěn)定性增加的主要原因，吸附、絡(luò)合態(tài)Ca2+離子的配位置換作用與自由態(tài)Ca2+離子的靜電作用力，共同控制著水中礦物顆粒的穩(wěn)定性。臭氧氧化過程中酸性官能團(tuán)含量的增多，將導(dǎo)致礦物表面負(fù)電性的增加，表面吸附NOM的礦物顆粒在臭氧氧化作用下的脫附，將降低顆粒穩(wěn)定性，Ca2+離子存在時(shí)，臭氧氧化對(duì)礦物顆粒的脫穩(wěn)作用更加明顯。
　　疏水性有機(jī)污染物－芘在不同性質(zhì)NOM中分配系數(shù)Koc的大小，與NOM中芳香結(jié)構(gòu)和疏水基團(tuán)的含量有關(guān)，水

8、溶液性質(zhì)變化能夠改變NOM的結(jié)構(gòu)特性，從而影響NOM與芘之間的相互作用。液相、吸附相NOM的物化性質(zhì)存在明顯的差異，芘在液相、吸附相NOM中的分配行為同時(shí)也受到NOM自身特性、吸附性能，以及吸附劑表面有機(jī)碳覆蓋率foc大小的影響。
　　臭氧預(yù)氧化能夠破壞NOM中的芳香結(jié)構(gòu)和疏水結(jié)構(gòu)，使NOM轉(zhuǎn)化為芳香性較低、疏水性較弱的有機(jī)物質(zhì)，削弱NOM與芘之間的相互作用，降低芘的分配系數(shù)Koc；臭氧氧化對(duì)吸附相NOM疏水結(jié)構(gòu)的破壞，是造成芘在