高級氧化-生物活性炭-膜濾優(yōu)化組合除有機物中試研究.pdf

1、近年來，隨著水源水體有機污染加重，傳統(tǒng)的常規(guī)水處理工藝難以滿足日益嚴格的飲用水衛(wèi)生標準，探尋新的飲用水處理工藝單元及單元組合工藝成為給水領域非常重要的研究課題。
　　本論文在對哈爾濱地區(qū)水源水體和常規(guī)給水處理工藝進出水中的有機物分布及歸趨進行調(diào)研的基礎上，探討了實驗室前期開發(fā)和優(yōu)化的幾種新興給水處理技術的應用效果，包括以硅酸鋅為催化劑的非均相催化臭氧氧化工藝、以硅酸鋅和過氧化氫為催化劑的多相催化臭氧氧化工藝，以及生物活性炭和膜的組

2、合工藝。本文對高級氧化工藝應用于給水深度處理工藝去除有機污染效能進行了深入的考察，為該工藝進一步推廣應用提供了數(shù)據(jù)支持，同時對臭氧化學氧化、活性炭生物吸附降解和膜物理篩分等不同去除機制的深度處理集成技術進行了探討，為水廠改造或小區(qū)家用深度處理技術應用提供了思路。
　　具體研究結果如下，選取了水中常見的42種痕量有機污染物（TrOCs），對哈爾濱地區(qū)兩個重要給水水源地M和S進行了時間和空間維度的調(diào)查研究，結果發(fā)現(xiàn)，6種鄰苯二甲酸酯（

3、PAEs），10種多環(huán)芳烴（PAHs）和6種當前使用農(nóng)藥（CUPs）檢出率普遍較高，檢出的TrOCs時空分布特征有所差別，濃度在 ng~μg/L級水平，這些物質(zhì)也成為常規(guī)給水處理工藝（混凝、沉淀和過濾）出水中相關污染物的重要來源。雖然不同水質(zhì)條件有一定的影響，但通過對常規(guī)工藝出水的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，本文所研究的幾類TrOCs的檢出率仍然較高，暴露出常規(guī)工藝除痕量有機污染能力的不足，存在超標并威脅人類健康的風險。
　　在前期靜態(tài)實驗研究的基

4、礎上，首先建立了適用于不同催化臭氧氧化體系研究的三級催化臭氧反應裝置，確定了應用于給水深度處理的工藝最佳運行工況：臭氧柱的比臭氧投量為0.8~1.0、三級接觸時間為10~15min，在該條件下，單獨臭氧氧化體系對有機物綜合指標有一定的控制作用，其中對UV254的去除效果最好，可以作為考察工藝除有機物效能的關鍵指標。同時研究發(fā)現(xiàn)不同溫度、水質(zhì)條件、氣液流向和分級的臭氧投加方式都對臭氧氧化體系除有機物效能有一定的影響；通過靜態(tài)實驗優(yōu)選出催化

5、性能更好的硅酸鋅催化劑，考察了硅酸鋅非均相催化臭氧氧化體系在實際水體中長期運行的除污染效能，結果發(fā)現(xiàn)，該體系的應用明顯提高了三級臭氧反應裝置對有機物的去除效能，在降低比臭氧投量為0.7~0.8時，即可達到該裝置工況條件下的運行效果，投加方式對硅酸鋅催化臭氧體系影響較小，而水溫變化對該體系影響較大，通過工藝比較發(fā)現(xiàn) O3/硅酸鋅體系去除消毒副產(chǎn)物前驅(qū)物（THMFP）和熒光性有機物的效能明顯高于單獨臭氧工藝，與傳統(tǒng)的生物活性炭工藝聯(lián)用后，協(xié)

6、同作用提升明顯，較好的保障了生物活性炭在貧營養(yǎng)或冬季低溫水質(zhì)期對有機物的去除作用。研究了非均相催化體系對實際水體中可檢測的不同類別TrOCs的去除效能，發(fā)現(xiàn)催化體系對一些和羥基自由基反應速率常數(shù)較高的物質(zhì)的去除率提高明顯，對PAEs和CUPs兩類TrOCs物質(zhì)的控制作用優(yōu)于PAHs。
　　對傳統(tǒng)的O3/H2O2體系開展了靜態(tài)和中試實驗考察，確定了該工藝運行工況條件，在 O3和H2O2摩爾比為0.5~0.6時，該工藝可以提高對DOC

7、、CODMn和UV254等有機物指標的去除率；首次加入硅酸鋅催化劑耦合 O3/H2O2體系，結果發(fā)現(xiàn)這種多相催化臭氧氧化體系對實際水體中有機物綜合指標和TrOCs有明顯的促進降解作用，為后續(xù)課題開展分級多相催化氧化的機理研究提供數(shù)據(jù)支持。
　　針對優(yōu)化的生物活性炭和膜的兩種組合工藝進行了考察，比較了工藝在低溫、低營養(yǎng)進水條件下的啟動和相關除污染物特性，結果發(fā)現(xiàn)，生物活性炭吸附降解和膜的物理篩分去除機制協(xié)同作用明顯，生物活性炭和膜的

8、組合工藝的生物啟動期較長，穩(wěn)定期后粉末活性炭-浸沒式超濾（PAC-SUF）的組合方式除有機污染物效能要略高于生物活性炭-超濾（BAC-UF）工藝，而BAC工藝易受到空床接觸時間（EBCT）、炭層深度和水溫的影響，當延長EBCT≥20min或利用換熱裝置升高進水溫度可以改善冬季生物活性炭除污染效能下降的不利狀況；PAC-SUF對水中生物可同化有機碳和熒光性有機物有較好的控制作用，而BAC-UF工藝在去除 THMFP有相對的優(yōu)勢，兩組生物活