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

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本论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(PAC1)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(03-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。本文得到的主要研究结果如下:(1)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PAC1投加量从0mg/L增加到12mg/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1.0g/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-03-C对有机物的去除效果最好。(2)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。(3)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。(4)THMs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。
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