高有机物原水消毒副产物三氯乙醛的生成特性与控制技术

发布时间：2020-10-27 07:25

　　 三氯乙醛(CH)作为我国《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)中新增的消毒副产物(DBPs)指标,其限值10μg/L,远远低于对其他消毒副产物指标的规定,在采用传统氯消毒工艺的净水厂中易出现超标风险。我国东北地区湖库型水源腐殖质类有机物含量较高,且净水厂多采用常规工艺和加氯消毒的方式进行水处理,因此普遍具有较高的CH超标风险问题,存在一定供水安全隐患。本论文针对A净水厂水库原水存在的潜在CH超标风险的问题,以东北地区高有机物湖库型水源为研究对象,主要通过三氯乙醛生成势方法(CHFP)研究了原水的CH生成特性,通过实验室模拟常规水处理小试实验和三氯乙醛标准生成势方法(CHUFC)研究了多种改进水处理工艺技术对CH的生成控制作用,同时参考水厂实际生产运行条件,提出了四种针对水厂不同时期水质特征的生产应用优化方案,并考察了不同优化方案对以CH为主的DBPs的生成控制效果,以期为解决A净水厂潜在的CH超标风险问题提供一定的解决思路和理论指导。首先,以水库12月至次年3月冬季冰封时期的原水为研究对象,探究了原水CH的生成特性和控制技术。利用大孔吸附树脂将原水有机物极性分离,证明了A净水厂水库原水以疏水性有机物为主,且大部分有机物疏水性较强。通过不同极性组分CHFP消毒实验,证明了强疏水性有机物为原水CH的主要前体物组分,对CH生成的贡献最大;亲水性有机物单位含量生成CH的能力最强,对CH生成的影响最大。通过改变CHFP消毒实验的工艺参数,确定了消毒过程中加氯量、反应时间和反应温度等因素与CH的生成呈正相关,p H与CH的生成呈负相关。通过实验室模拟常规水处理和深度处理工艺的方法,确定了控制CH生成的最佳改进常规处理方法有:壳聚糖(CTS)助凝、次氯酸钠(NaClO)预氧化、硅藻土吸附和炭砂滤池深度处理,最佳处理条件分别为投量0.2mg/L、2mg/L、10mg/L、炭砂厚度比10:1,CH的生成量分别降低了19.56%、33.44%、20.44%和21.44%。通过调整氯消毒的加氯方式和替换氯消毒剂实验,证明了改进消毒工艺方法中,预加氯方式和二氧化氯-氯胺联合消毒对CH的生成控制效果最优,最佳控制投量分别为2.0mg/L和1mg/L-4.0mg/L,CH的生成量分别降低了32.2%和100%。最后,通过对以上有效控制技术和水厂实际生产运行条件综合分析,提出了针对水库原水不同时期水质特征的生产应用方案:冬季水质稳定时期,原水具有低温低浊、高色高有机物、水质稳定等特点,建议选择增加预氧化剂和助凝剂投药的“改进常规工艺”方案,可控制CH的生成量降低约28.15%;春秋季节水质波动时期,原水具有水质指标显著升高、有机污染物增加、水质波动等特点,建议在“改进常规工艺”的基础上,增加活性炭炭砂滤池深度处理或采用二氧化氯-氯胺联合消毒方案,可分别控制CH的生成量降低约70.44%和67.52%;夏季水体富营养化时期,原水具有水体富营养化、极端水质污染频发等特点,建议选择“改进常规工艺+增加深度处理+联合消毒”多重作用方案,可控制CH的生成量降低约94.39%。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU991.2
【部分图文】：

图 1-1 理论折点氯化曲线[9]原水中存在溴离子（-Br ）和碘离子（-I ）时，加氯消毒时 HOCl 和-Br /-I 氧化成次溴酸（HOBr/-BrO ）或次碘酸（HOI/-IO ），更易与生溴代或碘代消毒副反应，产生毒性更强的溴代或碘代消毒副产物消毒副产物种类和限值 消毒副产物分类和限值毒副产物的分类方法很多，根据其是否有含氮元素可分为含氮消毒BPs）和含碳消毒副产物（C-DBPs），根据其是否含有碳元素可分为物（THMs、HAAs、CH 等）和无机盐类消毒副产物（BrO3-、ClO含有的卤素种类可分为氯代消毒副产物（Cl-DBPs）、溴代消毒BPs）和碘代消毒副产物（I-DBPs）。前，国内外对于消毒副产物的研究主要集中在三卤甲烷（THMs）、s）、溴酸盐（BrO3-）和亚氯酸盐（ClO2-）[7]上。THMs、HAAs 和水中含量最多的三类消毒副产物。THMs 共有四种组分，其中检出率

图 1-2 典型氨基酸/天冬氨酸与 HOCl 的反应途径[24]1.3.1.2 前体物分类方法通过对原水中溶解性有机物不同组分进行分离以探究 CH 主要前体物的种类和特性，是目前常用的针对实际水体 CH 前体物的分类方法。常用的分离手段包括树脂极性分级分离方法、超滤膜分子量分级分离方法、分子排阻色谱法（SEC）等。（1）极性分级方法极性分级分离主要利用不同树脂的吸附特性对水中溶解性有机物进行化学分级表征。常用于极性分离的树脂有大孔吸附树脂、阳离子树脂和阴离子树脂。通过对不同种类树脂的组合，可将有机物分离为不同分类方式的极性组分。如不同亲疏水性组分[33]，不同亲疏水酸碱性组分[34]及不同亲疏水带电组分[35]。天然有机物中各组分有机物的主要组成成分[36]见下表 1-2。（2）分子量分级方法分子量分级分离一般利用超滤膜的截留作用，将溶解性有机物按不同分子量分离为若干组分，对水中的溶解性有机物进行物理分级表征。其中超滤膜普遍应用的规格为 0.5 KDa、1 KDa、3 KDa、10 KDa、30 KDa、50 KDa、100 KDa 等[37]。（3）分子排阻色谱法 SEC 法的应用不如树脂极性分级和超滤膜分子量分

氯方式的研究中，保持整体工艺总加氯不变为前提，研究在过滤前加氯的预加方式、滤前滤后同时加氯的后加氯方式，以及管网中途补氯的二次加氯方式等同加氯方式对 CH 的生成控制作用，以确定最优的加氯方式及其最佳控制条件；替换消毒剂的研究中，通过考察氯、二氧化氯、氯胺单一消毒，以及氯-氨顺序毒和二氧化氯-氯、二氧化氯-氯胺联合消毒等工艺替换氯消毒，研究不同消毒方对 CH 生成的控制情况，以确定最优的替代消毒剂及其最佳控制条件。（4）确定水厂实际生产应用中 CH 控制技术的优化方案时，结合前期研究得出的有效控制技术方法，同时分析水厂实际的生产运行条件和原水不同时期质特征及变化规律，提出具有不同水质针对性的、对 CH 控制效果较好、可行性高的优化控制方案，并考察不同方案对 THMs、HAAs 等其他消毒副产物的控制况，为水厂实际生产过程中存在的潜在 CH 超标风险等问题提供一定解决思路和论指导。1.4.2 技术路线本论文的整体研究框架和技术路线见图 1-3。
【参考文献】

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3 蔡广强;河库型水源三氯乙醛前体物分析与水质风险评估[D];哈尔滨工业大学;2014年

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本文编号：2858244