典型自来水处理工艺中消毒副产物生成规律及去除技术研究

摘要

氯消毒是我国自来水厂净水工艺的主要消毒方法。使用氯消毒剂时，氯与水中的天然有机物之间的一系列反应会产生对人体健康有害的消毒副产物，对饮用水水质安全造成隐患。 本研究依托十三五水体污染控制与治理科技重大专项“苏州市饮用水安全保障技术集成与综合应用示范”课题，通过现场监测掌握2018～2019年太湖流域典型水厂的消毒副产物生成规律，分析典型水处理工艺单元对有机物及消毒副产物前体物的去除效果，并通过实验对消毒副产物去除技术进行探索。论文开展研究工作及主要结论包括： （1）典型水厂消毒副产物生成规律研究。分析水厂一年中氯消毒出厂水THMs、HAAs和HANs、溴酸盐四种消毒副产物的生成总量和随季节变化规律。结果表明：在2018～2019年，A水厂氯消毒出厂水中THMs、HAAs、HANs和溴酸盐四种消毒副产物的平均污染水平没有超过国家限值，均达到饮用水卫生排放标准。 （2）典型水处理工艺单元对有机物及消毒副产物前体物的去除效率研究。以预臭氧—混凝沉淀—砂滤—臭氧活性炭—加氯消毒工艺为研究对象，分析各处理单元对有机物（UV254、CODMn、DOC）及消毒副产物前体物（以生成势表示，THMFP、HAAFP、HANFP）的去除效果。结果表明：混凝沉淀和臭氧活性炭阶段对UV254、CODMn、DOC浓度的去除效果较明显，在混凝沉淀阶段平均去除率分别达到23.3%、22.1%、17.6%；在臭氧活性炭阶段平均去除率分别为36.6%、19.4%、13.3%。THMs、HAAs、HANs三种消毒副产物前体物均在臭氧-活性炭阶段中去除效果最显著。THMFP在臭氧-活性炭阶段的平均去除率为33.8%；HAAFP去除效果相比于THMFP在很大程度上增高，平均去除率达到39.8%；HANFP平均去除率达到29.3%。 常规处理阶段不能有效的去除亲水性和小分子有机物，对消毒副产物前体物的去除效果不佳，但对水中有机物的去除有优势；深度处理阶段（臭氧-活性炭）对去除有机物和消毒副产物前体物均有较好的效果，能有效降低在进入管网前的出水消毒副产物，有利于出水生物稳定性和水质安全性保障。 （3）紫外/过硫酸盐（UV/PS）高级氧化体系降解氯代乙腈（CANs）的效能研究。以普遍存在于饮用水且毒性较强的两种氯代乙腈（二氯乙腈和三氯乙腈）为研究对象，通过单因素控制实验，探究PMS浓度、Cl-浓度、初始pH、水基质等对UV/PS体系降解CANs的影响和反应机制。研究结果表明：UV/PS高级氧化体系可以有效降解CANs，其降解过程符合伪一级动力学模型（R2≥0.91），SO4?-和?OH是参与UV/PS氧化CANs的活性自由基，其中SO4?-占主导作用；降解效率随着PS初始浓度的增加而增加，拟一级反应速率常数k随着PS投加量的增加而增加；相比于中性条件（pH=7）和强酸条件（pH=4）下，偏酸性（pH=6）下更有利于CANs的降解；氯离子（Cl-）对体系降解效率的影响可忽略不计；温度对体系中CANs降解影响不大，但TCAN的增加幅度大于DCAN；重碳酸根（HCO3-）和天然有机物（HA）是体系在实际水体中抑制降解效率的决定因素。 （4）紫外/过硫酸盐（UV/PS）高级氧化体系控制去除氯代乙腈（CANs）的技术可行性分析。选取实际水体和超纯水为背景，研究UV/PS高级氧化体系控制去除CANs的效果。结果表明：在超纯水中去除CANs的降解速率显著大于实际水体。因此，在实际应用中，水体需经过适当的预处理或深度处理后，同时适当增加氧化剂PS的用量，以提高CANs降解速率。

目录

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第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2消毒副产物研究进展

1.3控制消毒副产物的技术研究

1.4课题研究的目的、意义及内容

第二章 典型水厂处理工艺中消毒副产物生成特性研究

2.1水厂概况

2.2监测点布置

2.3水质分析项目与方法

2.4水厂出厂水消毒副产物的种类与生成量

2.5本章小结

第三章 典型水处理工艺对有机物及消毒副产物前体物的去除效果研究

3.1水厂各处理单元对有机物的去除效果

3.2水厂各处理单元对消毒副产物前体物的去除效果

3.3本章小结

第四章 紫外光协同过硫酸盐降解氯代乙腈的效能研究

4.1引言

4.2实验试剂与装置

4.3不同体系降解CANs

4.4自由基物种的鉴定

4.5不同影响因素对降解CANs的影响

4.6实际水样对CANs的影响

4.7本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2创新与展望

参考文献

图 表 目 录

致谢

作者简历