紫外/过硫酸盐氧化除嗅并控制消毒副产物生成的效能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhengji1
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嗅味物质由于阈值浓度非常低,难以被有效去除而始终是饮用水处理的难题。此外,富营养化水体通常含有大量的有机物,部分有机物难以被常规的饮用水处理工艺去除,并在氯化消毒时生成消毒副产物(DBPs)进而危害饮用水安全。因此,开发可以高效除嗅并减少后续氯化消毒时副产物生成的技术对保障饮用水安全具有重要的意义。本研究开发了紫外/过硫酸盐(UV/PS)高级氧化体系去除水中2-甲基异茨醇(2-MIB)和土臭素(GSM)这两种致嗅污染物并减少后续氯化消毒过程中DBPs生成的技术。UV/PS高级氧化体系可以有效降解2-MIB和GSM,其降解2-MIB和GSM的效能随着PS初始投量的增高而增强;pH值不能直接影响UV/PS体系降解2-MIB和GSM的效能,但是如果体系内含有磷酸根时,2-MIB和GSM的去除率在酸性条件下更高;2-MIB和GSM在UV/PS体系内的降解效能几乎不受反应温度、氯离子(C1-)和硝酸根离子(N03-)的影响;重碳酸根(HCO3-)和天然有机物(NOM)是实际水体中抑制UV/PS体系降解2-MIB和GSM的主要因素。以2-MIB和GSM为目标污染物,通过稳态假设建立了UV/PS高级氧化体系降解水体中微污染物的动力学模型,并验证了该模型在不同PS投量、不同pH值下的可行性;此外,当体系内含有甲醇、叔丁醇、HC03-和NOM时,通过模型计算得出的2-MIB和GSM降解的拟一级速率常数亦与实验结果相吻合。两个水厂滤池出水被用来验证模型在实际水体中的可行性。UV/PS体系不能直接产生HO·,但由于SO4·-与水反应可以生成HO·,因此UV/PS体系降解2-MIB和土臭素时,SO4·-和HO·均发挥着重要作用。当体系内含有其他有机物(甲醇或叔丁醇)、HCO3-或NOM时,804·-和HO·的稳态浓度均随着这类物质浓度的增高迅速降低;由于这类物质竞争HO·的能力更强,且还可以通过竞争SO4·-抑制HO·的生成,因此HO·的贡献在这类物质存在时降低的幅度远远大于SO4·-,并最终导致UV/PS体系降解实际水体中的2-MIB和土臭素时,SO4·-是降解污染物的主要活性自由基。UV/PS高级氧化体系对NOM在氯化过程中生成DBPs的影响较小,其中含氮消毒副产物(N-DBPs)的生成量在UV/PS体系氧化后有所降低。随着氧化时间的延长,三氯乙醛(CH)和卤代酮(HKs)在氯化消毒过程中的生成量呈现出先增高后降低的趋势,而二氯乙腈DCAT和三氯硝基甲烷(TCNM)的生成量则呈现出先降低后增高的趋势。含碳消毒副产物(C-DBPs)的生成量随着PS投量的增加略有增加,而N-DBPs的生成量则在一定投量下略有降低。UV/PS体系氧化的pH值和共存N03-对DBPs的生成量无显著影响。当NOM溶液中含有0.5 mg/L氨时,UV/PS体系氧化预处理可以显著抑制后续氯化过程中DBPs的生成;而当所有自由氯均被转化为氯胺时,多数DBPs的生成量在经过UV/PS体系预处理后有所升高,但三氯乙腈(TCAN)和TCNM的生成量均降低。当溶液中含有溴离子时,氯化过程中氯代DBPs向溴代DBPs的转变几乎不受UV/PS高级氧化体系预处理的影响。高锰酸钾和臭氧降解2-MIB和GSM的效能较差,UV/PS体系和UV/H2O2体系降解2-MIB和GSM的效能优于高锰酸钾和臭氧,且 UV/PS体系在实际水体中去除2-MIB和GSM的效能低于UV/H2O2体系。臭氧预处理可以导致后续氯化过程中部分DBPs的生成量显著增高。UV/H2O2高级氧化体系导致后续氯化时大部分C-DBPs生成量均有所增高,而N-DBPs的生成量在Suwannee河NOM体系内显著增高,但在松花江水内无明显变化。除了CH和TCNM在氯化过程中的生成量经过高锰酸钾预处理后增幅较明显外,其它消毒副产物生成量的增幅均较小。经过UV/PS高级氧化体系预处理后,氯化过程中C-DBPs生成量的总体变化趋势在四种氧化方式中最小,而N-DBPs的生成量均有所降低。综上可知UV/PS高级氧化体系不仅可以有效去除水体中的2-MIB和GSM,还能有效降解消毒副产物前体物进而控制后续氯化过程中DBPs,尤其是N-DBPs的生成。
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