臭氧預(yù)氧化對絮體形態(tài)的影響及對三鹵甲烷生成勢的控制.pdf

1、我國飲用水水源污染較重，且以有機(jī)物污染為主，天然有機(jī)物是水體中有機(jī)物的主要組成成分。水體中有機(jī)物的存在不僅對絮凝、沉淀、過濾過程有負(fù)面影響，而且在氯化消毒過程中會(huì)與氯反應(yīng)生成多種對人體有害的氯化消毒副產(chǎn)物，增加飲用水處理難度。傳統(tǒng)給水處理工藝對有機(jī)物及氯化消毒副產(chǎn)物前驅(qū)物質(zhì)去除效率低，基于我國國情，有必要在現(xiàn)有的給水處理工藝上進(jìn)行一定的改進(jìn)以強(qiáng)化對有機(jī)污染物的去除。 臭氧由于其強(qiáng)氧化作用，很早即在水處理領(lǐng)域內(nèi)得到應(yīng)用，20世紀(jì)6

2、0年代末臭氧預(yù)氧化技術(shù)開始被用于飲用水處理，經(jīng)過幾十年的發(fā)展與完善，該技術(shù)日趨成熟，但臭氧預(yù)氧化對有機(jī)物存在的絮凝過程、絮體結(jié)構(gòu)等的影響仍不清楚，其對絮凝效果的影響亦不確定。本文分別以腐殖酸配制水樣及天然地表水為研究對象，探討了原水中有機(jī)物對絮凝過程的影響，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了原水水質(zhì)對臭氧預(yù)氧化效果的影響、臭氧預(yù)氧化過程對絮凝過程及絮體形態(tài)的影響以及臭氧預(yù)氧化過程中的氧化途徑。 研究中采用TOC測定儀，濁度儀，膠體表面電位

3、測定儀等儀器對不同原水及不同處理工藝前后的水樣水質(zhì)特性進(jìn)行了測定，采用順磁共振波譜儀(ESR)測定了臭氧預(yù)氧化過程中不同臭氧投量下水中自由基濃度的變化。 此外，研究中采用了一套全新的數(shù)字圖象采集/分析系統(tǒng)，對不同情況下水樣絮凝過程中絮體尺寸、形態(tài)變化規(guī)律進(jìn)行了分析，更好地描述了絮凝過程，為分析絮凝機(jī)理及不同處理方法對絮凝的影響評價(jià)提供了重要依據(jù)。本文闡述了該采集/分析系統(tǒng)的組成與適用范圍，并對其在測定過程中產(chǎn)生的誤差進(jìn)行了分析。

4、 研究結(jié)果表明，有機(jī)物對膠體有保護(hù)作用，有機(jī)物的存在提高了發(fā)生絮凝所需的絮凝劑的量，盡管在高絮凝劑投量情況下，表面粘附有機(jī)物的膠體顆?？梢匝杆傩跄珡膶π躞w形態(tài)的分析結(jié)果可以看出，此時(shí)產(chǎn)生的絮體分形維數(shù)下降，形態(tài)系數(shù)亦下降，表明有機(jī)物在膠體顆粒表面的吸附使形成的絮體結(jié)構(gòu)變得更加不規(guī)則且不密實(shí)，絮體表面粗糙，易破碎。其原因?yàn)椋趹覞嵋褐屑尤胄跄齽┩瓿呻娭泻妥饔煤?，膠體顆粒表面的有機(jī)物產(chǎn)生的空間位阻效應(yīng)對絮體的形成、成長有重要影響

5、，有機(jī)物的存在，降低了膠體顆粒之間以及膠體顆粒與微小絮體間的粘附幾率，從而使形成的絮體分形維數(shù)下降，形態(tài)系數(shù)指數(shù)降低，形成的絮體形狀更加不規(guī)則，結(jié)構(gòu)更加松散，而不利于其在后續(xù)沉淀過程中的去除。 臭氧預(yù)氧化只能去除小部分有機(jī)物，同時(shí)使水中大分子量有機(jī)物濃度降低，小分子量有機(jī)物濃度升高，水樣酸度升高。臭氧預(yù)氧化后，膠體表面電位沒有明顯變化，但中和膠體表面負(fù)電荷所需的絮凝劑量增加，這是由于臭氧氧化形成了大量的羧酸類產(chǎn)物，他們分散于水中

6、，具有較高的陽離子交換能力，因此在混凝過程中消耗一定量的絮凝劑。無論水中是否含有Ca2+，臭氧預(yù)氧化均使絮體的分形維數(shù)與形態(tài)系數(shù)有一定程度的升高，即產(chǎn)生的絮體形狀更加規(guī)則，且更密實(shí)，其原因?yàn)槌粞躅A(yù)氧化破壞了一部分吸附在膠體顆粒表面的有機(jī)物，從而降低了其空間位阻效應(yīng)。水中有Ca2+存在時(shí)，臭氧預(yù)氧化過程會(huì)產(chǎn)生顯著的助凝效果，且形成的絮體分形維數(shù)高于不含Ca2+離子的懸濁液，推斷這是由于Ca2+在絮凝過程中起架橋作用，通過絡(luò)合使羧酸之間，或

7、羧酸與膠體顆粒之間發(fā)生聯(lián)結(jié)，使膠體顆粒間及膠體顆粒與微小絮體間的吸附幾率增加，從而產(chǎn)生助凝作用并提高了對有機(jī)物的去除率。 水中有機(jī)物濃度(TOC，UV254)與三鹵甲烷生成勢呈正相關(guān)關(guān)系。溴離子具有更強(qiáng)的鹵代能力，當(dāng)水中有溴離子存在時(shí)，三鹵甲烷生成勢隨水中溴離子濃度升高而升高，鹵代因子亦隨之升高，同時(shí)，由三鹵甲烷引起的致癌風(fēng)險(xiǎn)亦有所升高，最大致癌風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)在水中溴離子與TOC比值介于0.03～0.05之間。臭氧預(yù)氧化對有機(jī)物的去除