高級(jí)氧化-生物活性炭-膜濾優(yōu)化組合除有機(jī)物中試研究.pdf

1、近年來，隨著水源水體有機(jī)污染加重，傳統(tǒng)的常規(guī)水處理工藝難以滿足日益嚴(yán)格的飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，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(lǐng)域非常重要的研究課題。
　　本論文在對(duì)哈爾濱地區(qū)水源水體和常規(guī)給水處理工藝進(jìn)出水中的有機(jī)物分布及歸趨進(jìn)行調(diào)研的基礎(chǔ)上，探討了實(shí)驗(yàn)室前期開發(fā)和優(yōu)化的幾種新興給水處理技術(shù)的應(yīng)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(duì)高級(jí)氧化工藝應(yīng)用于給水深度處理工藝去除有機(jī)污染效能進(jìn)行了深入的考察，為該工藝進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)支持，同時(shí)對(duì)臭氧化學(xué)氧化、活性炭生物吸附降解和膜物理篩分等不同去除機(jī)制的深度處理集成技術(shù)進(jìn)行了探討，為水廠改造或小區(qū)家用深度處理技術(shù)應(yīng)用提供了思路。
　　具體研究結(jié)果如下，選取了水中常見的42種痕量有機(jī)污染物（TrOCs），對(duì)哈爾濱地區(qū)兩個(gè)重要給水水源地M和S進(jìn)行了時(shí)間和空間維度的調(diào)查研究，結(jié)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(dāng)前使用農(nóng)藥（CUPs）檢出率普遍較高，檢出的TrOCs時(shí)空分布特征有所差別，濃度在 ng~μg/L級(jí)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(guān)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(duì)常規(guī)工藝出水的監(jiān)測(cè)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(jī)污染能力的不足，存在超標(biāo)并威脅人類健康的風(fēng)險(xiǎn)。
　　在前期靜態(tài)實(shí)驗(yàn)研究的基

4、礎(chǔ)上，首先建立了適用于不同催化臭氧氧化體系研究的三級(jí)催化臭氧反應(yīng)裝置，確定了應(yīng)用于給水深度處理的工藝最佳運(yùn)行工況：臭氧柱的比臭氧投量為0.8~1.0、三級(jí)接觸時(shí)間為10~15min，在該條件下，單獨(dú)臭氧氧化體系對(duì)有機(jī)物綜合指標(biāo)有一定的控制作用，其中對(duì)UV254的去除效果最好，可以作為考察工藝除有機(jī)物效能的關(guān)鍵指標(biāo)。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)不同溫度、水質(zhì)條件、氣液流向和分級(jí)的臭氧投加方式都對(duì)臭氧氧化體系除有機(jī)物效能有一定的影響；通過靜態(tài)實(shí)驗(yàn)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(shí)際水體中長期運(yùn)行的除污染效能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該體系的應(yīng)用明顯提高了三級(jí)臭氧反應(yīng)裝置對(duì)有機(jī)物的去除效能，在降低比臭氧投量為0.7~0.8時(shí)，即可達(dá)到該裝置工況條件下的運(yùn)行效果，投加方式對(duì)硅酸鋅催化臭氧體系影響較小，而水溫變化對(duì)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(jī)物的效能明顯高于單獨(dú)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(duì)有機(jī)物的去除作用。研究了非均相催化體系對(duì)實(shí)際水體中可檢測(cè)的不同類別TrOCs的去除效能，發(fā)現(xiàn)催化體系對(duì)一些和羥基自由基反應(yīng)速率常數(shù)較高的物質(zhì)的去除率提高明顯，對(duì)PAEs和CUPs兩類TrOCs物質(zhì)的控制作用優(yōu)于PAHs。
　　對(duì)傳統(tǒng)的O3/H2O2體系開展了靜態(tài)和中試實(shí)驗(yàn)考察，確定了該工藝運(yùn)行工況條件，在 O3和H2O2摩爾比為0.5~0.6時(shí)，該工藝可以提高對(duì)DOC

7、、CODMn和UV254等有機(jī)物指標(biāo)的去除率；首次加入硅酸鋅催化劑耦合 O3/H2O2體系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這種多相催化臭氧氧化體系對(duì)實(shí)際水體中有機(jī)物綜合指標(biāo)和TrOCs有明顯的促進(jìn)降解作用，為后續(xù)課題開展分級(jí)多相催化氧化的機(jī)理研究提供數(shù)據(jù)支持。
　　針對(duì)優(yōu)化的生物活性炭和膜的兩種組合工藝進(jìn)行了考察，比較了工藝在低溫、低營養(yǎng)進(jìn)水條件下的啟動(dòng)和相關(guān)除污染物特性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生物活性炭吸附降解和膜的物理篩分去除機(jī)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(dòng)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(jī)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(shí)間（EBCT）、炭層深度和水溫的影響，當(dāng)延長EBCT≥20min或利用換熱裝置升高進(jìn)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(duì)水中生物可同化有機(jī)碳和熒光性有機(jī)物有較好的控制作用，而BAC-UF工藝在去除 THMFP有相對(duì)的優(yōu)勢(shì)，兩組生物活