饮用水源中天然有机物特性表征及有机物强化去除工艺研究

摘要

天然有机物(NOM)在地表水体中广泛存在,不同水源中NOM形态结构特征存在显著差异。此外,NOM作为典型的消毒副产物(DBPs)前驱物,在饮用水氯化消毒过程中会生成三卤甲烷(THMs)、卤乙酸(HAAs)等具有致癌效应的卤代有机物,增大饮用水质健康风险。因此,系统表征NOM的结构特性,揭示NOM化学特征与消毒副产物生成之间内在关系,并在此基础上建立强化去除NOM、控制消毒副产物生成量的工艺方法,这对于保障饮用水质安全具有重要意义。
　　 本文选择若干以NOM污染为主的典型饮用水源,利用树脂吸附方法和超滤法将水中的NOM分离为不同组分,利用总有机碳、有机物在254nm的紫外吸收值、三维荧光光谱对分离获得的各有机组分进行结构表征和分析。进一步地,分别对各组分进行加氯消毒,考察天然有机物特性与消毒副产物生成势之间的关系,从而确定引起氯化消毒副产物产生的主要前驱物类型和结构。结果表明,NOM的化学组分中,疏水酸性有机物所占的比例最大(47％),对三卤甲烷生成势(THMsFP)和卤乙酸生成势(HAAsFP)贡献也最大(71％和51％)。NOM的物理组分中,＜3 kDa的有机物对THMsFP和HAAsFP的贡献略有优势。
　　 在上述研究基础上,对比考察了不同种类絮凝剂(硫酸铝、氯化铝、PACl1、PACl2、PAC3)强化去除消毒副产物前驱物能力,研究了混凝过程中引入原位生成的铁锰复合氧化物(In situ FMBO)强化去除NOM与促进颗粒凝聚效能,揭示了Insitu FMBO对混凝过程中絮体粒径动态变化规律的影响。结果表明,对于不同絮凝剂,DOC去除率随着投药量增加而逐渐增加；在同样投药量下,PACl1对DOC去除率最高；就控制THMs生成而言,PACl1投量为8 mg Al·L-1时效果最佳；就控制HAAs生成而言,氯化铝投量为12 mg Al·L-1时效果最优；絮凝过程中引入适合配比的Insitu FMBO可有效提高矾花粒径,并增大DOC去除率。
　　 江苏某市LW水厂现行工艺对总有机碳去除率较低(13.8％),对浊度去除运行状况良好。LW水厂生产性试验表明,在水源地一级泵站及水厂混凝单元中引入Insitu FMBO可有效提高CODMn去除率(20.3％)。进一步通过生产性试验优化了LW水厂工艺运行:采取周期性间歇加氯的方式以实现灭活微生物与控制消毒副产物之间的统一；搅拌机采取周期性间歇开启的方式运行,每天开启运行2h。