典型新兴有机污染物的去除机制与技术研究

发布时间：2020-05-14 14:17

【摘要】：新兴有机污染物的高效去除是水处理工艺面临的技术难题,常规处理工艺对新兴有机污染物去除效果不佳,需与必要的预处理和深度处理技术结合。研究和构建高效去除新兴有机污染物的处理技术与组合工艺,是今后水处理技术和工艺的重要发展方向。高级氧化技术和膜滤技术是常规水处理工艺升级改造的主要深度处理技术,近年来得到深入研究和广泛应用。本文分别研究了混凝、二氧化钛光催化氧化、膜滤及其组合技术对典型新兴有机污染物藻胞内有机物(IOM)和双酚A(BPA)的去除效能和降解机制,解析了单独IOM、BPA以及IOM/BPA复合污染的去除特性及其对膜污染控制的影响。取得了以下主要研究成果:硫酸铝和聚合氯化铝对IOM均有较好的去除效果,聚合氯化铝对芳香性类IOM的去除效果更好;硫酸铝和聚合氯化铝的混凝过程对大分子量IOM的去除效能更高,但聚合氯化铝混凝对小分子量IOM的去除效果优于硫酸铝混凝。二氧化钛光催化氧化可完全降解IOM中芳香类物质,且对IOM的吸附和降解主要集中在1-3kDa和小于1kDa分子量范围。不同孔径膜滤的IOM中,类蛋白质类有机物的含量均高于类腐殖酸和类富里酸,类腐殖酸物质主要集中在3-30kDa的IOM,类富里酸有机物主要集中在10-100kDa的IOM。硫酸铝混凝/膜滤、聚合氯化铝混凝/膜滤和二氧化钛光催化氧化/膜滤这3种组合技术对IOM的去除效能均优于单独采用的硫酸铝混凝、聚合氯化铝混凝或二氧化钛光催化氧化技术。硫酸铝混凝对BPA有较好的去除效果,去除率最高达25.4%,主要混凝机制为电中和作用;聚合氯化铝混凝去除BPA的效果主要取决于Al_b含量,最优混凝剂投量时的BPA去除率达37.7%,优于硫酸铝混凝;pH值和腐殖酸浓度均对硫酸铝和聚合氯化铝混凝去除BPA效果有较大影响,最佳pH值均在6.5~7.5之间;天然水体中低浓度BPA(0.01mg/L)的硫酸铝混凝去除效果较差,最高去除率仅为16.8%。二氧化钛光催化氧化降解BPA效果较好,二氧化钛投量为1g/L、BPA初始浓度为1mg/L时,BPA降解率最高达82.5%,对于天然水体中低浓度BPA(0.01mg/L)的去除率可达到53.5%。低pH值条件下二氧化钛光催化氧化降解BPA反应更易进行,高pH值条件下BPA的降解率有所下降。在二氧化钛光催化氧化过程中,羟基自由基的强氧化作用为主要作用机制。不同孔径的膜滤对BPA去除率的影响较大,大于100kDa膜的BPA去除率最低,小于1kDa膜的BPA去除率最高,且小于1kDa膜的BPA造成的膜污染阻力占总污染阻力的比例也最大,是造成膜污染的主要成分。硫酸铝混凝/膜滤、聚合氯化铝混凝/膜滤和二氧化钛光催化氧化/膜滤这3种组合技术对BPA的去除效能也均优于单独采用的硫酸铝混凝、聚合氯化铝混凝和二氧化钛光催化氧化技术。硫酸铝和聚合氯化铝对IOM/BPA复合污染的混凝去除效果明显,IOM/BPA总污染物浓度增加时,UV_(254)、DOC和BPA去除率均呈下降趋势,但UV_(254)的去除率均明显高于DOC和BPA;在IOM/BPA浓度配比为10/5mg/L时,BPA的去除效果最好,最高去除率达31.6%。二氧化钛光催化降解IOM/BPA复合污染的效果显著,不同分子量的IOM对BPA的去除效能影响较大,较小分子量的IOM会对BPA的光催化氧化降解起促进作用,小于1kDa的IOM可使BPA的二氧化钛光催化降解率最高达95.6%;IOM/BPA复合污染物总浓度增加时,UV_(254)和DOC去除率均呈下降趋势;在BPA/IOM复合污染中,BPA浓度比较低时BPA去除效果受IOM浓度的影响较小,BPA浓度比较高时BPA去除效果受IOM浓度的影响较大,二氧化钛光催化氧化对IOM/BPA复合污染的UV_(254)和BPA去除率最高达49.1%和99.5%。不同孔径的膜滤后,IOM/BPA复合污染的去除效能较显著,其中小于1kDa孔径的膜滤后BPA和IOM去除率均明显高于其他孔径范围的膜滤去除率,IOM浓度对不同孔径膜滤的BPA去除率影响较小。二氧化钛光催化氧化/膜滤组合技术对IOM/BPA复合污染中IOM和BPA的去除率最高达98.0%和98.3%,明显优于硫酸铝混凝/膜滤和聚合氯化铝混凝/膜滤组合技术的IOM和BPA去除效能,并且可以有效缓解膜污染程度。本研究成果可为常规处理工艺升级改造和典型新兴有机污染物的复合污染去除机制和组合处理工艺提供技术支撑。
【图文】：

技术路线图,膜滤,超滤,复合污染

、TiO2投加量、pH 值对二氧化钛光催化氧化氧化降解有机物过程选用叔丁醇和甲醇作为羟基自由基和空穴的捕获剂，研究光催化氧兴有机污染物的机理；）膜滤技术去除 IOM 和 BPA 及其复合污染机制研究静态膜滤装置，分别选用不同膜孔径的滤膜，研究 IOM、BPA 及滤效能，及不同 pH 值条件下，膜滤技术对污染物的去除效能。通膜污染阻力了解典型新兴有机污染物对膜污染情况。）混凝与超滤组合技术、二氧化钛光催化氧化与超滤组合技术去除及其复合污染的特性研究述研究内容的基础上，在恒流量膜滤的条件下，分别采用混凝与超二氧化钛光催化氧化与超滤组合技术对 IOM、BPA 及其复合污染究，以及一些影响因素对超滤组合技术的膜污染影响，影响因素主与 BPA 初始浓度、药剂投加量等，通过扫描电镜观察膜表面的污染情术路线

光催化氧化反应,电解液,铁板

第 2 章试验材料与方法长 100mm、宽 120mm、厚 2.5mm 金属铝板，阴极为长 2.5mm 的铁板。铝板与铁板以一定的间隔固定在电解槽连接电路。用分析纯 AlCl3·6H2O 溶液为电解液在一定的电解过程中用泵对电解液进行循环搅拌，以增加溶液的时监测电解液的 pH 值和温度。电解结束后，测定聚合氯置氧化反应装置
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703

【参考文献】