基于新型磁性强碱离子交换树脂净化的水源水深度处理技术研究

发布时间：2018-11-27 16:48

【摘要】：饮用水水源中的天然有机质(Nature organic matter,简称NOM)是一类复杂的混合物,主要包含腐殖质类大分子有机物和亲水性小分子组分,在水体中容易导致色、嗅和味等感官问题,增加后续水处理过程中的药剂使用量,更重要的是在氯化消毒过程中产生具有“三致”效应的消毒副产物(Disinfection by-product,简称DBPs),因此,高效去除NOM成为饮用水深度处理诤化研究中的重要课题。常规的饮用水深度处理工艺包括强化混凝、臭氧-活性炭联用以及膜滤等处理方法,但是其都存在以下缺陷：(1)混凝工艺对亲水性小分子有机物去除效果较差；(2)臭氧氧化易产生较多亲水性小分子有机物,并且在处理溴离子含量高的原水时易造成溴酸盐超标；(3)膜处理的成本较高,且NOM易对膜产生不可逆的污染,减少膜使用的寿命。目前由澳大利亚ORICA(?)公司开发的磁性阴离子交换树脂MIEX(?),由于其具有沉降速率快,易固液分离；颗粒小,反应速率快；易脱附,可再生循环等优势,已经应用于饮用水处理中。本文使用本课题组自主研发的新型磁性树脂NDMP,开展系列磁性树脂特性对NOM去除性能的影响研究及NOM理化特性对树脂吸附去除效能的影响分析研究,研发出以树脂吸附为核心的集成集成技术,建立了树脂工艺出水安全性评价方法,并成功将该磁性树脂技术应用于饮用水深度处理工程。主要研究内容和结论如下： (1)开展了系列磁性阴离子交换树脂对水体中污染物的吸附动力学及水质化学对磁性树脂吸附效能的影响研究。结果表明,具有较高含水率和交换量的强碱型离子交换树脂NDMP-1对水体中NOM及无机离子的去除效果最佳,当树脂剂量为10mL/L时,其对总溶解性有机碳(Dissolved organic carbon,简称DOC)和UV254的去除率分别为49%和82%,且对水体中氟离子、硫酸根离子及硝酸根离子的去除率分别达到63%,81%和92%。树脂对含SUVA值较高的源水中NOM去除率较高；温度提高可以增强树脂的反应动力学；增加水体中硫酸根离子浓度可导致树脂对NOM的吸附作用减弱。 (2)对水体中不同理化特性NOM组分与树脂的匹配效应关系研究表明,树脂对于疏水性强、芳香组分较高的中等分子量NOM组分具有较好的去除效果,且可以通过离子交换作用有效去除含有较多羧酸功能基团的过渡亲水性酸组分；而混凝工艺仅可以去除水体中部分大分子量、疏水性有机物,对小分子亲水性组分基本没有去除。树脂混凝集成工艺效能分析结果表明,树脂预处理工艺可减少后续80%混凝剂使用剂量,并提高混凝处理效果；批次处理试验结果表明,混凝预处理工艺可以通过去除水体中疏水性NOM组分,有效减轻树脂孔堵污染,提高树脂批次处理效果和使用寿命。 (3)针对水体中复合污染物包括NOM、氨氮和硬度共存的情况,采用磁性阴离子交换树脂NDMP-Cl和阳离子交换树脂NDMP-Na组合工艺处理,该工艺对DOC、氨氮和硬度的去除率分别为49%、46%和77%。阴、阳磁性树脂混合可用于一体式循环反应器中,通过盐溶液再生的方式循环利用,实现对水体中复合污染物高效去除的效果。 (4)建立了树脂吸附工艺的健康风险评价方法。结果表明,树脂处理对水体中三卤甲烷(Trihalomethanes,简称THMs).卤乙酸(Haloacetic acids,简称HAAs)及卤乙腈(Haloacetonitriles,简称HANs)的生成势潜能(Formation potential,简称FP)均具有明显的抑制作用,从而有效降低消毒后水体的细胞毒性。通过考察水体中溴离子(Br-)、氨氮和硝态氮等对树脂处理后DBPs和细胞毒性影响效果,结果表明,水体中的Br-离子浓度的增加会导致消毒后溴代DBPs的增加,从而增加细胞毒性；氨氮的增加会减少氯消毒后产生的部分DBPs,而硝态氮对DBPs生成基本不产生影响,但是两者均会导致细胞毒性的增加。 (5)在大丰自来水公司建立了日处理量5000吨的磁性树脂深度处理示范工程,通过连续运行监测,结果表明,磁性树脂对水体中NOM具有良好稳定的去除效果,处理后出水中CODMn值小于3mg/L,满足饮用水卫生新标准(GB5749-2006),NDMP树脂固定投资成本仅为100元／吨,处理成本为0.08-0.10元／吨,远低于传统深度处理工艺,可以应用于对饮用水的深度净化处理。
[Abstract]:The natural organic matter (NOM) in the water source of drinking water is a kind of complex mixture, mainly including humic macromolecular organic matter and hydrophilic small molecular component, which can lead to the sensory problems such as color, smell and taste in the water body, To increase the dosage of the agent in the subsequent water treatment, it is more important to produce the disinfection by-product (DBPs) with the 鈥渢hree-purpose鈥，

本文编号：2361472