饮用水中藻毒素和内分泌干扰物深度处理技术

摘要

随着工农业的不断发展、气候的变化,地表水体日益受到各种有机物的污染,对水环境和人类健康构成了严重的威胁,其中饮用水水源水中出现了微囊藻毒素和内分泌干扰物这两类新兴物质,直接影响水质安全,而且常规的水处理工艺很难将这些物质去除或者存在去除效果差的问题。臭氧氧化技术等深度处理技术能够有效地去除水体中的这些有机污染物。
　　 本论文研究了臭氧氧化技术、粉末活性炭吸附技术,臭氧/活性炭组合工艺对饮用水中典型藻毒素MC-RR、MC-LR和内分泌干扰物己烯雌酚(DES)、17β-雌二醇E2的去除作用。主要包括各技术的去除效果,动力学拟合,部分物质降解机理,以及此过程中的条件优化。主要研究结论如下:
　　 (1)臭氧氧化技术能有效地降解2种典型的微囊藻毒素(MC-RR,MC-LR),整体反应符合一级动力学模型,在液相臭氧浓度为8.20 mg·L-1、pH7.0条件下反应30 min,MC-RR去除率达90.0％,降解速率常数k=7.80×10-2min-1;MC-LR去除率达96.3％,降解速率常数k=1.06×10-1min-1。在O3气体气相浓度为6.67mg·L-1,连续投加,pH7.0,反应30 min的条件下,臭氧氧化能完全去除DES、17β-E2。臭氧降解4种物质均受反应时间、pH、自由基存在、本底DOC浓度,不同阴离子的存在等因素的影响。利用UPLC/MS对臭氧氧化降解DES、17p-E2降解产物和途径进行了初步的探讨,结果分别发现了2种物质各有5种和4种主要降解产物,降解过程主要是通过·OH攻击,发生加成、氧化一系列反应,目标物断键,转化为若干不同的中间产物,直至环破裂,氧化为小分子酸,最终矿化为CO2和水等无机物质。
　　 (2)粉末活性炭(PAC)在吸附温度25℃,pH7.0,吸附时间60 min的条件下对MC-RR,-LR,MC-RR去除率达到42.9％,MC-LR去除率为32.1％;对DES和17β-E2的去除率分别为84.3％和80.8％。PAC对目标物的吸附分为快速吸附和吸附平衡两个过程。吸附效果均受pH、PAC投加量、吸附时间等的影响,温度对吸附作用影响不明显,PAC对目标物的吸附符合Freundlich等温吸附曲线。粉末活性炭对两种内分泌干扰物的吸附能力大于对藻毒素的吸附能力,但吸附强度弱于藻毒素。
　　 (3)臭氧/活性炭组合工艺对不同原水条件下的MC-RR,-LR和DES,17β-E2的去除效果较好,在纯水条件下,工艺对MC-RR,-LR和DES,17β-E2都能完全去除,而在水源水条件下,工艺对4种目标物的去除效率略有降低,但出水仍能达到水质标准。同时,在水源水条件下各种常规水质指标能有都到良好的去除。这一结论更好的说明臭氧/活性炭组合工艺不仅可以去除常规水处理工艺难以去除的物质,对饮用水中的常规指标也有较好的去除效果,为饮用水深度处理技术的应用提供了理论基础。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 水资源和水污染现状

1.1.1 水资源与水污染概述

1.1.2 常规水处理饮用水出水存在的问题

1.1.3 微囊藻毒素和内分泌干扰物及危害

1.1.4 水质标准发展

1.2 饮用水深度处理技术

1.2.1 活性炭吸附法

1.2.2 高级氧化技术

1.2.3 生物处理法

1.2.4 膜分离技术

1.3 课题立题背景和课题来源

1.4 研究目标及主要研究内容

1.4.1 研究目标

1.4.2 研究内容

第二章 藻毒素和内分泌干扰物臭氧氧化效能研究

2.1 前言

2.2 材料与方法

2.2.1 实验材料与试剂

2.2.2 主要实验仪器

2.2.3 实验方法

2.3 结果与讨论

2.3.1 微囊藻毒素-LR、-RR臭氧氧化效能及影响因素研究

2.3.2 内分泌干扰物:DES、17β-E2臭氧氧化效能、影响因素及降解途径研究

2.4 本章小结

第三章 活性炭对藻毒素和内分泌干扰物的吸附特性

3.1 前言

3.2 材料与方法

3.2.1 实验材料与试剂

3.2.2 主要实验仪器

3.2.3 实验方法

3.3 结果与讨论

3.3.1 PAC对微囊藻毒素-LR、-RR吸附效能、影响因素及等温线拟合研究

3.3.1 PAC对内分泌干扰物DES、17β-E2吸附效能、影响因素及等温线拟合研究

3.3 本章小结

第四章 臭氧/活性炭吸附组合工艺深度处理研究

4.1 前言

4.1 材料与方法

4.2.1 实验材料

4.2.2 主要实验仪器

4.2.3 实验方法

4.3 结果与讨论

4.3.1 不同原水条件下臭氧/活性炭工艺对目标物的去除效果比较

4.3.2 水源水条件下臭氧/活性炭工艺对饮用水中常规指标的去除效果

4.4 本章小结

第五章 结果与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文