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化学预氧化对藻类特性及氯化消毒副产物生成规律的影响

作　者: 谢鹏超
导　师: 马军
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 市政工程
关键词: 铜绿微囊藻预氧化高锰酸钾臭氧含碳消毒副产物(C-DBPs) 含氮消毒副产物(N-DBPs)
分类号: TU991.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

工农业的高速发展及污水排放管理的不完善导致水体富营养化,并问题引起的藻类爆发随着工农业的高速发展以及污水排放管理的不完善而日益加剧,已经严重地影响了生态环境、经济发展和人类的身体生活健康。藻类具有负电性、亲水性、空间位阻效应、比重小等特点,因此在水中十分稳定,难以去除;同时藻类在代谢过程中还可以产生嗅味物质、藻毒素,生成提供消毒副产物的前驱物,从而影响饮用水水质安全。化学预氧化可以有效地改变藻类的表面形态、Zeta电位、细胞比重等特性,从而有效地强化混凝过程除藻,因此得到了广泛的应用。但是不同于天然有机物,人们对预氧化后藻类的氯化消毒副产物生成规律的研究却非常少,且不系统,甚至存在相互矛盾的地方。本文针对预氧化除藻这一传统工艺,采用TOC测定、浊度测定等检测手段分析了预氧化强化混凝的效果;并通过GC-EDC详细分析了三氯甲烷（TCM）、一氯乙酸（MCAA）、二氯乙酸（DCAA）、三氯乙酸（TCAA）、1,1-二氯-2-丙酮（1,1-DCP）、1,1,1-三氯-2-丙酮（1,1,1-TCP）、二氯乙醛（DCA）、水合三氯乙醛（CH）共八种含碳的消毒副产物（C-DBPs）,以及二氯乙腈（DCAN）、三氯乙腈（TCAN）、三氯硝基甲烷（TCNM）共三种含氮的消毒副产物（N-DBPs）,揭示了预氧化对藻类性质及氯化消毒副产物的影响;还通过对比高锰酸钾和臭氧对预氧化后藻类氯化消毒副产物的影响规律后,探讨了预氧化除藻的安全性以及如何合理选择氧化剂。通过研究单纯高锰酸钾预氧化时不同氧化剂投量、预氧化pH值、Ca²⁺对藻类性质及氯化消毒副产物的影响,以及高锰酸钾强化混凝时藻类氯化消毒副产物的生成的变化规律得出了,高锰酸钾预氧化可在一定程度上提高藻细胞氯化消毒副产物的生成;高锰酸钾预氧化pH值对藻细胞氯化消毒副产物生成影响较大,大部分消毒副产物（DBPs）在酸性条件下生成量有所降低,而在中性和碱性条件下生成量有所升高;Ca²⁺的存在可在一定程度上抑制一些消毒副产物（如TCM、TCAA、N-DBPs）的生成,并且这种抑制作用经过高锰酸钾预氧化后可得到强化。适量的高锰酸钾预氧化既可强化混凝/沉淀除藻,又不会导致DBPs增高。通过研究单纯臭氧预氧化时不在不同氧化剂投量、预氧化pH值、HCO₃^-碱度对藻类性质及氯化消毒副产物生成的影响,以及臭氧预氧化强化混凝时,藻类氯化消毒副产物随臭氧投量增高的变化得出了如下结论:臭氧预氧化可明显提高藻细胞氯化消毒副产物的生成,随着臭氧投量的增高,藻细胞氯化消毒副产物逐渐增高,其中TCM、HAs和N-DBPs升高程度尤为明显;臭氧预氧化时,无论是以臭氧直接氧化为主还是以HO﹒氧化为主,都可促进藻细胞氯化消毒副产物的生成,但对于不同的消毒副产物,不同氧化方式所产生的作用效果差异较大;通过影响消毒和臭氧预氧化过程,碱度对藻细胞氯化消毒副产物的影响也十分明显,总DBPs随着HCO₃^-浓度的增高而降低,并随着HCO₃^-浓度的增高,臭氧预氧化后总DBPs增高的幅度逐渐降低。臭氧预氧化可在一定程度上强化对藻细胞、浊度的去除,但同时可引起DOC明显增高;低浓度的臭氧预氧化即可明显地提高混凝沉淀后的藻细胞的氯化消毒副产物。高锰酸钾和臭氧预氧化均可在一定程度上强化混凝除藻。高锰酸钾在预氧化时,对藻细胞破坏能力较小,从而对后续氯化影响较小,生成的消毒副产物较少。臭氧预氧化可明显破坏藻细胞,导致细胞壁、细胞膜消融,释放大量难去除的溶解性有机物;同时还可氧化降解有机物,生成大量易于和氯反应的产物,从而显著可以提高氯化消毒副产物生成量。在实际中,采用预氧化处理高藻水时,为了在除藻的同时也能控制氯化消毒副产物的生成,不宜选用臭氧为预氧化剂,而采用高锰酸钾作为氧化剂更为合适。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-14
第1章绪论  14-31
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  14-16
  1.2 消毒及其副产物的研究、发展状况  16-21
    1.2.1 氯消毒原理及方法  16-18
    1.2.2 氯化消毒副产物  18-21
  1.3 藻细胞和藻类有机物（AOM）对水质的影响  21-23
    1.3.1 降低水体的透明度  21
    1.3.2 产生大量臭味  21-22
    1.3.3 消耗水中的溶解氧  22
    1.3.4 向水体中释放藻毒素  22
    1.3.5 引起水体pH 值变化  22-23
    1.3.6 产生大量消毒副产物  23
    1.3.7 影响饮用水水质并提高供水成本  23
    1.3.8 破坏生态环境，影响生态循环  23
  1.4 化学预氧化除藻的研究、发展现状  23-28
    1.4.1 常用的除藻技术  24-25
    1.4.2 化学预氧化及其常用的氧化剂  25-27
    1.4.3 化学预氧化强化除藻  27-28
  1.5 本文的主要研究内容及实验设计  28-31
    1.5.1 主要研究内容  28-29
    1.5.2 高锰酸钾、臭氧预氧化对藻类特性及其氯化DBPs 生成量的影响  29
    1.5.3 高锰酸钾、臭氧预氧化强化混凝对藻类特性及其氯化DBPs 生成量的影响  29-30
    1.5.4 高锰酸钾、臭氧预氧化对藻类特性和氯化DBPs 影响的对比  30-31
第2章实验材料与方法  31-40
  2.1 实验目的与技术路线  31-32
  2.2 实验试剂及材料  32-34
    2.2.1 蓝藻培养基的配制  32
    2.2.2 蓝藻的培养  32-33
    2.2.3 实验用藻溶液的配制  33
    2.2.4 实验试剂  33-34
  2.3 各指标的测定  34-40
    2.3.1 TOC 及DOC 的测定  34-35
    2.3.2 浊度的测定  35
    2.3.3 藻细胞浓度的测定  35-37
    2.3.4 挥发性消毒副产物的测定  37
    2.3.5 卤乙酸（HAAs）的测定  37-38
    2.3.6 消毒副产物生成势（DBPsFP）的测定  38
    2.3.7 钾离子的测定  38
    2.3.8 UV_(254) 的测定  38-40
第3章高锰酸钾预氧化对藻类特性及其氯化消毒副产物的影响  40-51
  3.1 引言  40
  3.2 高锰酸钾预氧化对藻类特性及其氯化DBPS 生成的影响  40-47
    3.2.1 不同高锰酸钾投量对藻类特性及氯化DBPs 生成的影响  40-43
    3.2.2 预氧化pH 值对藻类特性及其氯化DBPs 生成的影响  43-46
    3.2.3 Ca~(2+)对高锰酸钾预氧化前后藻类特性及其氯化DBPs 生成的影响  46-47
  3.3 高锰酸钾预氧化对混凝后藻类特性及其氯化DBPS 生成的影响  47-50
    3.3.1 高锰酸钾预氧化对混凝后藻类特性的影响  48
    3.3.2 高锰酸钾预氧化对混凝后藻类氯化DBPs 生成的影响  48-50
  3.4 本章小结  50-51
第4章臭氧预氧化对藻类特性及其氯化消毒副产物的影响  51-64
  4.1 引言  51
  4.2 臭氧预氧化对藻类特性及其氯化DBPS 生成的影响  51-60
    4.2.1 不同臭氧投量对藻类特性及其氯化DBPs 生成的影响  51-54
    4.2.2 臭氧氧化pH 值对藻类特性及其氯化DBPs 生成的影响  54-57
    4.2.3 碱度对臭氧预氧化前后藻类特性及其氯化DBPs 生成的影响  57-60
  4.3 臭氧预氧化对混凝后藻类特性及其氯化DBPS 的影响  60-62
    4.3.1 臭氧预氧化对混凝后藻类特性的影响  60-61
    4.3.2 臭氧预氧化对混凝后藻类氯化DBPs 生成的影响  61-62
  4.4 本章小结  62-64
第5章高锰酸钾、臭氧预氧化对藻类氯化DBPS 影响的对比研究  64-70
  5.1 引言  64
  5.2 高锰酸钾、臭氧预氧化对藻类C-DBPS 影响的对比研究  64-66
  5.3 高锰酸钾、臭氧预氧化对藻类N-DBPS 影响的对比研究  66-67
  5.4 结果讨论  67-68
  5.5 本章小结  68-70
结论  70-72
参考文献  72-80
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  80-82
致谢  82-83
个人简历  83

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