小球藻氯化形成卤乙酸的过程与影响因素

摘要

控制消毒副产物是饮用水安全保障技术的重要任务之一,研究微污染水体中藻类在饮用水氯化过程中形成消毒副产物卤乙酸(Haloacetic acids,HAAs)的过程与影响因素具有重要的意义。
　　本文在优化卤乙酸分析方法的基础上,围绕藻类在氯化过程中形成消毒副产物HAAs这一中心,以淡水中常见绿藻—普通小球藻(Chlorella vulgaris)为藻类代表,研究了小球藻氯化形成HAAs的过程及影响因素;在此基础上,重点研究了金属离子对小球藻形成HAAs的影响机理。论文取得了以下有价值的研究结果:
　　(1)在US EPA552.3的基础上简化了HAAs的前处理方法,采用了恒温振荡萃取0.5 h和甲基化2 h的前处理方法,测定方法更为简便可行,实验数据准确可靠。对小球藻进行氯化初步试验发现,其在氯化过程中主要生成DCAA和TCAA两种卤乙酸。随着藻细胞个数的增加,DCAA与TCAA生成量逐渐升高。藻细胞浓度为1.75×105个/mL时(pH=7.0),DCAA和TCAA的生成量分别为8.87和8.38×10-3μmol。
　　(2)小球藻氯化体系中HAAs的生成量随着反应时间的增加而增加。当反应时间为12-24 h时,反应体系达到平衡;pH升高和投氯量增加能促进小球藻氯化生成HAAs。当pH从6.0增加至9.0时,DCAA浓度从25.4μg/mg TOC提高至39.4μg/mg TOC,TCAA浓度从32.5μg/mg TOC提高至45.8μg/mg TOC。投氯量增加到一定程度时HAAs生成量达到稳定,当投氯量浓度为10 mg/L时(体系中的残留氯浓度为3 mg/L),DCAA和TCAA的浓度分别为28.89和35.18μg/mg TOC。
　　(3)金属离子随其加入浓度的增加对小球藻氯化形成HAAs表现出或抑制或促进作用,当金属离子增加到一定的浓度时,HAAs的生成量达到稳定。其中Ca2+和Mg2+对DCAA和TCAA的抑制作用随着pH的升高显著增强,pH=9.0,Ca2+和Mg2+分别为150和100 mg/L时,HAAs总量分别降低了28.4和17.2μg/mg TOC;Fe3+、Mn2+和Al3+能够抑制DCAA和TCAA的生成,且随着pH的升高抑制作用降低,pH=6.0,Fe3+、Mn2+和Al3+分别为0.5、0.3和0.3 mg/L时,HAAs的生成量分别减少了27.7、24.0和23.0μg/mg TOC;Cu2+在促进DCAA的生成的同时能够显著抑制TCAA的生成,随着pH的升高抑制作用增强,pH=9.0,Cu2+为0.5 mg/L时TCAA的生成量降低了33.4μg/mg TOC。
　　(4)通过激光粒度测定分析实验,不同金属离子对小球藻氯化过程中的粒径分布影响表现为:pH=9.0时,加入高浓度的Ca2+和Mg2+能促进1-10μm处单个藻细胞的团聚;pH=6.0时,加入Fe3+、Mn2+和Al3+能促进藻细胞在20-300μm处的团聚;与其他金属离子相比,加入Cu2+对小球藻粒径分布表现出相反的趋势,显著提高了在1-10μm处单个藻细胞的比例,藻团聚现象几乎消失。
　　(5)扫描电镜分析表明Fe3+和Mn2+对小球藻氯化形成HAAs的影响与氯化过程中Fe3+和Mn2+的形态有关。pH=6.0时,加入Fe3+后在藻细胞的表面有Fe(OH)3(am)的生成;加入Mn2+后,Mn2+能够与ClO-发生氧化反应生成具有强吸附性能的新生态水合MnO2(am)。Fe(OH)3(am)和MnO2(am)团聚在藻细胞表面,减少了NaClO与藻细胞的接触,从而降低HAAs的生成量。

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第1章 饮用水中消毒副产物的研究进展

1.1 消毒副产物的种类及其危害

1.2 氯化消毒副产物的前体物质

1.3 卤乙酸的形成及影响因素

1.4 论文研究目标和基本思路

第2章 小球藻氯化形成卤乙酸的过程

2.1 实验部分

2.2 结果与讨论

2.3 小结

第3章 小球藻氯化形成卤乙酸的影响因素

3.1 实验部分

3.2 结果与讨论

3.3 小结

第4章 金属离子对小球藻氯化形成卤乙酸的影响机理

4.1 实验部分

4.2 结果与讨论

4.3 小结

第5章 研究结论、创新点及展望

5.1 研究结论

5.2 创新点

5.3 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间完成的学术论文与参加的研究项目