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活性炭—超滤复合工艺去除水中典型PPCPs的效能与机理

发布时间:2021-05-17 11:24
  饮用水中药品与个人护理品(PPCPs)正受到世界范围的广泛关注,而国内尚未见报道。本文采用高效液相色谱串联质谱法,调查了珠三角地区典型城市饮用水系统中39种PPCPs的分布、归宿和影响。结合气候和水源水质特征,提出了活性炭-超滤复合工艺,研究了典型PPCPs在复合工艺中的行为与机理。评价了复合工艺对典型PPCPs与其他污染物的去除效能,研究成果应用于规模为4万m3·d-1的示范工程。水源中16种PPCPs的检出浓度为ND27ng·L-1。出厂水中12种PPCPs的检出浓度为ND5ng·L-1,深度处理工艺对大多数PPCPs的去除效果优于常规处理工艺。管网水和龙头水分别有15种和17种PPCPs检出,浓度均为1ng·L-1左右。典型PPCPs混合物对斑马鱼胚胎发育的影响浓度为ng·L-1水平,与水源中PPCPs的检出浓度相当,有潜在的生态和健康风险。活性炭去除PPCPs的机理包括活性炭吸附与有机物竞争吸附。活性炭对... 

【文章来源】:清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】:241 页

【学位级别】:博士

【文章目录】:
摘要
Abstract
主要符号对照表
第1章 绪论
    1.1 问题的提出
    1.2 药品与个人护理品(PPCPs)的来源、分类和影响
        1.2.1 来源
        1.2.2 分类和性质
        1.2.3 对水环境和人类健康的影响
    1.3 水源和饮用水中 PPCPs 的存在情况
        1.3.1 地表水中 PPCPs 的存在情况
        1.3.2 地下水中 PPCPs 的存在情况
        1.3.3 饮用水中 PPCPs 的存在情况
    1.4 饮用水处理过程中 PPCPs 的归宿
        1.4.1 常规处理工艺对 PPCPs 的去除效果
        1.4.2 深度处理工艺对 PPCPs 的去除效果
        1.4.3 水处理过程中 PPCPs 的降解与转化产物
    1.5 活性炭-超滤复合工艺的选择
        1.5.1 活性炭工艺的优点与局限性
        1.5.2 超滤工艺的优点及局限性
        1.5.3 活性炭-超滤复合工艺的特点
    1.6 当前研究存在的问题
    1.7 本论文的研究目的、研究内容和技术路线
        1.7.1 研究目的
        1.7.2 研究内容
        1.7.3 技术路线
第2章 实验装置与分析方法
    2.1 目标 PPCPs 的分析方法
        2.1.1 目标 PPCPs 的选择
        2.1.2 预处理程序
        2.1.3 高效液相色谱质谱(HPLC/MS/MS)分析
        2.1.4 质量保证
    2.2 小试装置
        2.2.1 吸附实验和搅拌装置
        2.2.2 活性炭工艺运行的模拟滤柱
        2.2.3 典型 PPCPs 的降解与功能微生物培养实验
        2.2.4 超滤运行的模拟装置
    2.3 中试装置
        2.3.1 中试工艺流程
        2.3.2 原水水质
    2.4 毒理学风险评价实验方法
        2.4.1 斑马鱼的生物学特性
        2.4.2 斑马鱼的养殖
        2.4.3 斑马鱼的生长阶段及观察终点
        2.4.4 胚胎发育的观察方法
    2.5 微生物群落结构解析方法
    2.6 其他分析方法
        2.6.1 水质指标
        2.6.2 无脊椎动物
        2.6.3 活性炭性能指标和结构特征
        2.6.4 膜表面接触角和粗糙度
        2.6.5 扫描电镜观察方法
        2.6.6 表面 Zeta 电位
第3章 饮用水系统中 PPCPs 的分布、归宿和影响
    3.1 引言
    3.2 研究区域
    3.3 水源中 PPCPs 的分布特征
        3.3.1 水源 A 中 PPCPs 的检出情况
        3.3.2 水源 B 中 PPCPs 的检出情况
        3.3.3 水源 B 上游某支流中 PPCPs 的检出情况
        3.3.4 水源 C 中 PPCPs 的检出情况
        3.3.5 与国外相关研究的比较
    3.4 水厂进出水中 PPCPs 的分布特征
        3.4.1 常规处理水厂进出水中 PPCPs 的检出情况
        3.4.2 深度处理水厂进出水中 PPCPs 的检出情况
        3.4.3 排泥水中 PPCPs 的检出情况
        3.4.4 与国外相关研究的比较
    3.5 输配水系统中 PPCPs 的分布特征
        3.5.1 管网水中 PPCPs 的检出情况
        3.5.2 龙头水中 PPCPs 的检出情况
    3.6 水厂处理工艺中 PPCPs 的归趋分析
        3.6.1 常规处理工艺中 PPCPs 的去除情况
        3.6.2 深度处理工艺中 PPCPs 的去除情况
    3.7 PPCPs 去除率与其物化性质之间的关系
        3.7.1 混凝沉淀对 PPCPs 的去除率与其物化性质之间的关系
        3.7.2 氯化和臭氧化对 PPCPs 的去除率与其物化性质之间的关系
        3.7.3 砂滤对 PPCPs 的去除率与其物化性质之间的关系
    3.8 典型 PPCPs 及其混合物的风险分析
        3.8.1 单一 PPCPs 对斑马鱼胚胎发育的影响
        3.8.2 典型 PPCPs 混合物对斑马鱼胚胎发育的影响
        3.8.3 典型 PPCPs 的生态风险系数
    3.9 本章小结
第4章 活性炭去除典型 PPCPs 的行为与机理
    4.1 引言
    4.2 活性炭吸附性能和结构特征对典型 PPCPs 吸附行为的影响
        4.2.1 不同活性炭类型对典型 PPCPs 吸附动力学
        4.2.2 活性炭吸附性能对典型 PPCPs 吸附系数的影响
        4.2.3 活性炭孔径分布对典型 PPCPs 吸附系数的影响
        4.2.4 活性炭表面 Zeta 电位对典型 PPCPs 吸附行为的影响
    4.3 活性炭对典型 PPCPs 的吸附等温线和吸附动力学
        4.3.1 活性炭的性能和结构特征
        4.3.2 活性炭对典型 PPCPs 的吸附等温线
        4.3.3 活性炭对典型 PPCPs 的吸附动力学
    4.4 溶液 pH 对典型 PPCPs 吸附行为的影响
    4.5 腐殖酸对典型 PPCPs 吸附行为的影响
    4.6 典型 PPCPs 物化性质与其吸附系数的相关分析
        4.6.1 纯水中典型 PPCPs 物化性质与其吸附系数的关系
        4.6.2 不同 pH 时典型 PPCPs 物化性质与其吸附系数的关系
        4.6.3 腐殖酸存在时典型 PPCPs 物化性质与其吸附系数的关系
    4.7 活性炭上微生物对典型 PPCPs 的降解和转化
        4.7.1 典型 PPCPs 的生物降解过程
        4.7.2 典型 PPCPs 胁迫下微生物群落的 DGGE 图谱分析
        4.7.3 典型 PPCPs 降解功能微生物鉴定
    4.8 活性炭对典型 PPCPs 的去除机理
    4.9 本章小结
第5章 超滤去除典型 PPCPs 的行为与机理
    5.1 引言
    5.2 超滤膜的表面形态和性质
    5.3 溶液 pH 对超滤去除典型 PPCPs 效果的影响
        5.3.1 中性条件下超滤对典型 PPCPs 的去除效果
        5.3.2 溶液 pH 对超滤去除典型 PPCPs 效果的影响
        5.3.3 溶液 pH 对超滤膜表面性质的影响
    5.4 腐殖酸对超滤去除典型 PPCPs 效果的影响
        5.4.1 腐殖酸的性质
        5.4.2 腐殖酸对超滤去除典型 PPCPs 效果的影响
        5.4.3 腐殖酸浓度对超滤去除典型 PPCPs 效果的影响
        5.4.4 腐殖酸存在时不同 pH 值对超滤去除典型 PPCPs 的影响
        5.4.5 腐殖酸对超滤膜表面性质的影响
    5.5 颗粒物对超滤去除典型 PPCPs 效果的影响
        5.5.1 颗粒物的表面性质
        5.5.2 颗粒物对超滤去除典型 PPCPs 效果的影响
        5.5.3 颗粒浓度对超滤去除典型 PPCPs 效果的影响
        5.5.4 颗粒物粒径对超滤去除典型 PPCPs 效果的影响
        5.5.5 颗粒物对超滤膜表面性质的影响
    5.6 天然水中超滤对典型 PPCPs 的去除效果
        5.6.1 天然水中颗粒物粒径分布及表面性质
        5.6.2 超滤对天然水中典型 PPCPs 的去除作用
        5.6.3 超滤膜表面性质的变化
    5.7 超滤对 PPCPs 的去除率与其物化性质之间的关系
        5.7.1 纯水溶液中 PPCPs 物化性质与其去除率之间的关系
        5.7.2 腐殖酸存在时 PPCPs 物化性质与其去除率之间的关系
        5.7.3 颗粒物存在时 PPCPs 物化性质与其去除率之间的关系
        5.7.4 天然水中 PPCPs 物化性质与其去除率之间的关系
    5.8 超滤对典型 PPCPs 的去除机理
    5.9 本章小结
第6章 活性炭-超滤复合工艺对典型 PPCPs 的去除效能
    6.1 引言
    6.2 活性炭-超滤复合工艺对典型 PPCPs 的去除效果
    6.3 活性炭吸附和生物降解的比较
    6.4 与其他处理工艺去除效果的比较
    6.5 活性炭工艺去除典型 PPCPs 的影响因素
        6.5.1 进水中 PPCPs 浓度的影响
        6.5.2 滤速的影响
        6.5.3 滤层深度的影响
        6.5.4 进水中有机物浓度的影响
        6.5.5 进水 pH 的影响
        6.5.6 新炭和旧炭去除效果的比较
    6.6 不同超滤膜类型对复合工艺去除典型 PPCPs 的影响
    6.7 臭氧对活性炭-超滤复合工艺去除典型 PPCPs 的影响
        6.7.1 臭氧化接触时间的影响
        6.7.2 臭氧投加量的影响
    6.8 活性炭-超滤复合工艺去除典型 PPCPs 的机理分析
    6.9 本章小结
第7章 活性炭-超滤复合工艺的运行效能与优化
    7.1 引言
    7.2 活性炭-超滤复合工艺的长期运行效能
        7.2.1 浊度
        7.2.2 颗粒数
        7.2.3 有机物
        7.2.4 细菌数
        7.2.5 无脊椎动物
    7.3 活性炭工艺的设计与运行优化
        7.3.1 滤层厚度的优化
        7.3.2 滤速的优化
    7.4 超滤膜的选择和评价
        7.4.1 五种膜性质
        7.4.2 基于有机物去除的超滤膜选择
        7.4.3 基于颗粒数、细菌数和无脊椎动物控制的超滤膜选择
        7.4.4 基于跨膜压差和比通量的超滤膜选择
        7.4.5 基于膜特性的超滤膜选择
    7.5 超滤运行的影响因素与优化
        7.5.1 进水 pH 的影响
        7.5.2 进水水质的影响
        7.5.3 过滤周期的影响
        7.5.4 膜通量的影响
    7.6 超滤膜的污染及控制
        7.6.1 超滤膜污染对跨膜压差和比通量的影响
        7.6.2 物理清洗的作用
        7.6.3 化学清洗的作用
        7.6.4 超滤膜污染成份分析
    7.7 超滤膜性能的变化特征
        7.7.1 过滤周期内超滤膜性能的变化特征
        7.7.2 长期运行中超滤膜性能的变化特征
        7.7.3 化学清洗过程中超滤膜性能的变化特征
    7.8 示范工程及主要设计参数
    7.9 本章小结
第8章 结论与建议
    8.1 结论
    8.2 建议
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果


【参考文献】:
期刊论文
[1]鲍氏不动杆菌临床感染及耐药性分析[J]. 夏景洋,陈建江.  中华医院感染学杂志. 2011(11)
[2]活性炭—超滤组合工艺处理南方微污染原水的研究[J]. 乔铁军,张锡辉,张金松,Doris W.T.An.  给水排水. 2011(04)
[3]两株河口湿地耐盐石油降解菌的生物学特性及降解能力研究[J]. 张竹圆,白洁,周方,蔡忠亚,赵阳国,田伟君.  海洋湖沼通报. 2011(01)
[4]SUVA值与超滤膜污染的关系[J]. 陈卫,袁哲,陶辉,李令春.  华中科技大学学报(自然科学版). 2011(02)
[5]超级细菌的警示与滥用抗生素潜在公共卫生问题[J]. 程锦泉,刘少础.  中国公共卫生. 2010(12)
[6]不动杆菌临床感染现状[J]. 杨淑霞,范晓华,王振红,刘子骥.  中国现代医生. 2010(33)
[7]某市饮用水系统中药品和个人护理用品的调查研究[J]. 喻峥嵘,乔铁军,张锡辉.  给水排水. 2010(09)
[8]NOM的亲疏水性及分子质量分布对超滤膜污染的影响[J]. 李旭辉,于水利,赵晴,衣雪松,孙彦斌,阎春芳.  中国给水排水. 2010(17)
[9]活性炭/超滤复合工艺中膜污染特征的研究[J]. 乔铁军,唐晓会,张锡辉.  中国给水排水. 2010(17)
[10]臭氧/混凝预处理工艺降低膜污染的研究[J]. 宋亚丽,董秉直,高乃云,马晓雁.  环境科学. 2010(07)

博士论文
[1]深圳河及沿岸污水处理厂典型雌激素微生物转化研究[D]. 王凌云.清华大学 2011

硕士论文
[1]几种头孢类抗生素在污水处理过程中的分布特征及其环境行为研究[D]. 王朋华.上海交通大学 2009



本文编号:3191679

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