强化混凝-过滤优化集成消除微污染水中有机氯的研究

摘要

有机氯农药（Organochlorine pesticides，OCPs）是一类典型的持久性有机污染物，具有长期残留性、生物蓄积性、高生态毒性等，其污染遍及全球的大气、土壤、水体及生物体，我国几大水系遭受其污染严重，居民生活饮用水潜在着危害，当前我国已经进入了环境污染突发事件的高发期，有效防止OCPs污染突发事故的形势十分严重。为此，展开生活饮用水中OCPs的污染控制及治理是十分有必要的，同时，应对OCPs突发事件提供预案，这对保障广大人民群众的饮水安全具有十分重要的意义。目前，物理吸附、化学氧化与还原、生物降解与辐射等方法被认为是处理OCPs的主要手段，但这些处理技术只适合小范围和少量有机污染物的处理，而OCPs多为疏水性化合物，易转移至沉积物中或吸附于有机及无机固相物质的表面，因而可以考虑用混凝和过滤的方法将其从水中分离除去。本文在课题组前期研究成果的基础上，以聚二甲基二烯丙基氯化铵（HCA）、阴离子型聚丙烯酰胺（HPAM）为絮凝剂，以改性凹凸棒土及粉末活性炭为助凝剂，采用强化混凝的方法，探讨了不同条件下OCPs的去除效果和机理，并针对滤料种类、床深和滤速对过滤去除OCPs的影响进行了分析，初步研究了强化混凝-过滤优化集成工艺去除 OCPs的增强及互补作用，实现最大限度地去除原水中OCPs。本文主要工作和研究成果归纳如下：
　　（1）以投药量、原水浊度、pH、慢搅拌时间为变量设计了HCA强化混凝试验，考察它们对浊度和OCPs去除的影响机理。结果表明：其他条件一定时，HCA最佳投药量为0.1mg/L；HCA混凝对滴滴涕（DDTs）的去除作用强于六六六（HCHs），且较高的原水浊度有利于OCPs的混凝去除，吸附共沉淀应是其去除的主要机理；pH值为7.5的弱碱性水环境下，更有利于 OCPs的去除；慢速搅拌时间过长或过短都不利于 HCA混凝对OCPs和余浊的去除，最佳慢搅时间为20min；HCA“吸附架桥”去除OCPs的最佳絮凝条件是在絮凝阶段胶体颗粒的最大碰撞机率处，并不是凝聚阶段电中和的等电点处。
　　（2）通过HPAM的强化混凝试验，考察了投药量、原水浊度、pH、慢速搅拌时间对浊度和OCPs去除的影响，结果表明：其他条件一定时，HPAM最佳投药量范围为0.05～0.1mg/L；浊度去除率与OCPs去除率之间显著性相关（p<0.05），其中DDTs的相关系数大于HCHs，且浊度越大越有利于OCPs的混凝去除；水体显弱酸与弱碱性有利于OCPs的去除，其中pH为5~6时去除效果略好；混凝的最佳慢速搅拌时间为20min；吸附共沉淀是HPAM去除OCPs的主要作用机理。
　　（3）以粉末活性炭和改性凹凸棒土为助凝剂复配 HCA、HPAM，并结合课题组前期研究成果，针对絮凝剂种类对OCPs的混凝效果做简要分析。结果表明：以粉末活性炭复配去除OCPs效果不明显，以改性凹凸棒土复配可有效提高OCPs的去除率并且节约水处理成本，凹凸棒土比活性炭更适合作为助凝剂在强化混凝中去除 OCPs；最佳投药量下，HCA混凝去除OCPs效果与聚硅硫酸铝（PASS）相当，HPAM与聚合硫酸铁（PFS）效果其次，聚合氯化铝（PAC）效果最差。
　　（4）从滤料种类、床深及滤速对过滤去除 OCPs的影响入手，对均质滤料（石英砂、锰砂、沸石、无烟煤、陶粒）过滤去除微污染水中OCPs的机理进行了初步研究。结果表明：床深对五种滤料过滤去除OCPs和浊度的影响机理表现各不相同，选择最佳床深为80cm；滤速增大不利于OCPs和浊度的去除；五种滤料对OCPs去除效果表现为：无烟煤>陶粒>（沸石）>锰砂>石英砂，与其表面润湿油性顺序相一致，与其表面自由能极性成分大小变化相反；滤料对OCPs的去除受过滤机理以及滤料本身的吸附性能共同作用，∑DDT的去除效果优于∑HCH。
　　（5）在强化混凝和过滤分别优化的基础上，将最佳操作条件下的两个处理单元组合成优化集成工艺，考察其对 OCPs的去除作用。结果表明：强化混凝与过滤联用对OCPs各异构同系物具有很好的去除效果，∑HCH和∑DDT去除率分别为：76.76～98.02％、94.96～98.02%，浊度去除率为90.25～99.72%，其中无烟煤、陶粒对DDT同系物p,p’-DDE去除效果好；强化混凝与过滤优化集成联用消除OCPs效果与单独强化混凝、过滤相比，OCPs整体去除率分别提高：3～25%、10～15%左右；强化混凝—过滤优化集成工艺，能发挥其去除OCPs的增强及互补作用，最大限度地去除微污染水中OCPs，其串联工艺可以节约自来水厂基建投资成本，避免复杂且昂贵的工艺设备改造。

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1 绪 论

1.1 研究背景

1.2 有机氯农药

1.3 有机氯农药的处理研究进展

1.4 课题来源、研究目的及意义

1.5 研究内容和技术路线

2 微污染水中OCPs检测分析方法

2.1 引言

2.2 试验材料

2.3 OCPs的检测分析

2.4 OCPs回收率试验

3 HCA强化混凝消除微污染水中OCPs试验

3.1 引言

3.2试验材料和方法

3.3 试验结果与讨论

3.4 本章小结

4 HPAM强化混凝消除微污染水中OCPs试验

4.1 引言

4.2 试验材料和方法

4.3 试验结果与讨论

4.4 本章小结

5 过滤消除微污染水中OCPs试验

5.1 引言

5.2 试验材料和方法

5.3 试验结果与讨论

5.4 本章小结

6 强化混凝-过滤优化集成消除微污染水中OCPs试验

6.1 引言

6.2试验材料和方法

6.3 试验结果与讨论

6.4 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果