臭氧活性炭深度处理清源水库水的效果及氯消毒副产物的控制研究

摘要

本文以山东省商河县清源水库原水为研究对象，探究臭氧和粉末活性炭(PAC)与混凝沉淀组合联用，对溶解性有机物(DOM)的深度处理效能以及出水消毒副产物的生成控制情况。以出水UV254和溶解性有机碳(DOC)去除率为参考，优选出最佳混凝剂聚合氯化铝(PACl)投加量、臭氧氧化时间、PAC投加量以及最佳组合方式。用三维荧光检测分析出水有机物官能团组成及含量的变化。在氯消毒研究中，首先系统分析了氯消毒条件（消毒时间和消毒剂量）对含C-类消毒副产物(C-DBPs)和含N-类消毒副产物(N-DBPs)生成的影响。然后对混凝(CT)、混凝-粉末活性炭吸附(CT-C)、臭氧-混凝-粉末活性炭吸附(O3-CT-C)、混凝-臭氧-粉末活性炭吸附（CT-O3-C）四种不同工艺组合出水进行氯消毒实验。研究不同组合工艺出水中有机物C-DBPs和N-DBPs的生成浓度、种类分布、三卤甲烷(THMs)的生成势、生成动力学以及溴结合因子(BIF)的变化情况。
　　本研究主要内容包括：⑴混凝对清源水库原水DOM有一定的去除作用，但去除能力有限，在PACl投加量从0mg/L增加到12 mg/L的过程中，DOC去除率缓慢增加，但最高DOC去除率低于50％。PAC对有机物有较好吸附去除效果，在PAC投加量为1.0 g/L时，吸附达到平衡。CT-C可以将DOC的去除率提高到80％以上。臭氧可以有效氧化有机物分子中的双键和芳香结构，降低出水有机物的UV254值，且臭氧化时间和UV254的去除呈正相关性。在CT-C过程中加入臭氧可以进一步提高10％的有机物去除率。在四种组合工艺中，CT-O3-C对有机物的去除效果最好。⑵氯消毒实验结果表明延长消毒时间会增加大部分C-DBPs和N-DBPs生成。三氯甲烷(TCM)和二氯乙腈(DCAN)分别是含量最丰富的C-DBP和N-DBP。随着消毒时间的增加，溴代三卤甲烷(Br-THMs)生成浓度增加，而TCAN是不稳定的N-DBP，随消毒时间延长会水解，浓度降低。因此TCM占总C-DBPs的比例随消毒时间延长而逐渐降低。氯投加剂量的增加会提高C-DBPs中氯代消毒副产物(Cl-DBPs)浓度，降低溴代消毒副产物(Br-DBPs)浓度。N-DBPs含量随氯投加量的改变没有明显的变化。⑶单独混凝可以去除10.5％的THMs前驱物和45％的卤代乙腈(HANs)前驱物。CT-C对二者前驱物的去除率分别为70％和93％。说明PAC对THMs前驱物和HANs前驱物有较好的吸附性能。在CT-C前加入预臭氧可以降低THMs的总生成浓度，加快HANs的水解速率，但同时提高了有机物的三卤甲烷生成势(THMFP)，增加出水有机物Br-THMs的生成浓度。在混凝和臭氧、PAC吸附联用后，出水有机物溴结合因子(BIF)变大，说明臭氧的氧化增强了有机物与溴的结合能力。⑷THMs生成动力学研究表明，清源水库原水中25.6％的THMs前驱物是可以在短时间内与氯反应生成消毒副产物，属于快速反应组分DOM。传统混凝和PAC吸附都可以有效去除这些快反应组分。CT-C出水有最小的THMs收益率，说明CT-C对那些优先与氯结合的有机物有较好的去除效果。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 前言

1．1 本文的研究背景、目的与意义

1．1．1 本研究的主要背景

1．1．2 本研究的目的与意义

1．2 饮用水深度处理的必要性研究

1．2．1 饮用水水源现状

1．2．2 重点湖泊(水库)水质状况

1．2．3 常规处理工艺存在的问题

1．3 国内外常见的饮用水深度处理技术

1．3．1 强化混凝处理技术

1．3．2 活性炭吸附技术

1．3．3 臭氧技术

1．4 国内外臭氧活性炭工艺在饮用水处理中的应用实例

1．5 国内外饮用水处理消毒副产物的研究现状

1．5．1 常用的消毒方法

1．5．2 控制清毒副产物及其控制的途径

1．6 本文主要研究内容及创新点

1．7 本文的课题来源

第二章 实验材料与方法

2．1 实验药剂和仪器

2．2 实验水样

2．3 实验方法

2．3．1 药剂的制备

2．3．2 烧杯实验

2．3．3 吸附实验

2．3．4 臭氧化实验

2．3．5 出水氯消毒实验

2．4 指标测试

2．4．1 水质指标测试

2．4．2 三维荧光检测分析

2．4．3 消毒副产物分析力弦

第三章 臭氧、活性炭吸附强化混凝效能的对比研究

3．1 混凝，臭氧及吸附工艺条件的优化研究

3．1．1 混凝剂投加量的优选

3．1．2 吸附剂投加量的优选

3．1．3 臭氧对有机物的氧化去除效果

3．2 臭氧、活性炭强化混凝对DOM的去除效果研究

3．2．1 臭氧与混凝联用的效果研究

3．2．2 吸附与混凝联用的效果研究

3．2．3 臭氧活性炭与混凝联用对有机物的去除效果研究

3．3 臭氧活性炭与混凝不同组合工艺出水性质

3．3．1 不同组合工艺出水有机物浓度

3．3．2 不同组合工艺出水化学组成和来源

3．4 本章小结

第四章 消毒条件对氯消毒副产物的生成影响

4．1 氯消毒时间对消毒副产物生成的影响

4．1．2 消毒时间对原水含N-类消毒生成的影响

4．2 氯消毒剂量对消毒副产物生成的影响

4．2．2 氯消毒剂量对原水含N-类消毒生成的影响

4．3 氯消毒条件对溴结合因子的影响

4．4 本章小结

第五章 不同工艺出水氯消毒副产物生成特性

5．1 臭氧活性炭工艺对氯消毒副产物的生成控制

5．1．2 含N-类氯消毒副产物的生成控制

5．2 不同工艺出水DOM的TTHM生成动力学

5．3 臭氧活性炭工艺对溴结合因子(BIF)的影响

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文