强化常规给水处理工艺研究述要

1、个人收集整理-ZQ【臭氧预氧化技术】臭氧自年被发现具有很强地氧化性之后，就得到了广泛地研究和应用，尤其是在水处理领域.早在年荷兰就使用臭氧进行消毒，年法国开始使用臭氧对饮用水进行消毒，到世纪年代末臭氧开始用于饮用水原水预氧化，发展到今天臭氧预氧化用于水处理过程已是比较成熟地技术，但在使用过程中仍存在很多问题，且单独氧化处理效果不是十分理想，仍需同其它工艺进行结合，以体现其优势.通常臭氧作用于水中污染物有两种途径，一种是直接氧化，即臭氧分子和水中地污染物直接作用.这个过程臭氧能氧化水中地一些大分子天然有机物，如腐殖酸、富里酸等；同时也能氧化一些挥发性有机污染物和一些无机污染物，如铁、 锰离子.直

2、接氧化通常具有一定选择性，即臭氧分子只能和水中含有不饱和键地有机污染物或金属离子作用.另一种途径是间接氧化，臭氧部分分解产生羟基自由基和水中有机物作用，间接氧化具有非选择性，能够和多种污染物反应.臭氧地强氧化性决定其与水中地污染物作用后可获得不同地处理效果，因此使用臭氧预氧化地目地依水质而异，也与使用情况有关.研究表明，臭氧预氧化对水质地综合作用结果取决于臭氧投量、氧化条件、原水地值和碱度以及水中共存有机物与无机物种类和浓度等一系列影响因素.首先，臭氧预氧化可破坏水中有机物地不饱和键，使有机物地分子量降低，可溶解性有机物地浓度升高，具体表现为和地浓度升高，从而提高有机物地可生化性，但实验表明部

3、分氧化中间产物具有一定地致突变活性，需要提高臭氧投量来降低这些产物地毒性活性，此外臭氧也会将氨氧化成硝酸盐，但中性条件下氧化速度极慢，控制溶液地值可以提高反应速度.其次，对于具有较高硬度和较低地原水，通常在含量为左右、 硬度与比值大于时、 低地臭氧投量（）等条件下可起到助凝作用，提高混凝效果，但由于臭氧预氧化会提高水中有机酸地浓度，而部分有机酸会与混凝剂中地铁、铝离子络合，从而使得滤后水中铁或铝地总浓度升高，故需对其采取一定措施进行处理，以达到国家制定地生活饮用水水质标准；此外， 臭氧氧化能够灭活水中地一些致病微生物，如细菌、 病毒、孢子等，也能够强化去除藻类物质及其代谢产物，进一步提高常规给

4、水处理地除藻效果，并且还可去除水中含有不饱和键地嗅味物质.再者，对于氯化消毒副产物前质，臭氧预氧化可对其进行一定程度地破坏，或使之转化成副产物生成势相对较低地中间产物，但不可避免地也会升高一些其它物质地副产物生成势，同时产生一些臭氧副产物实验表明，当水中溴离子浓度高时，采用臭氧预氧化工艺地水厂出水溴酸盐浓度普遍升高，臭氧氧化可将原水中地溴离子氧化成溴酸盐和次溴酸盐，溴酸盐本身具有致癌作用，而次溴酸盐与氯化消毒副产物前质作用，会生成毒性更强地溴代三氯甲烷，对人类造成更大地威胁.一些欧美发达国家，已经开始对溴酸盐生成量进行限定，年世界卫生组织规定溴酸盐最大允许浓度为，美国环保局则将其最大允许浓度限

5、定为.上述作用结果表明，单纯使用臭氧氧化，出水水质并不十分理想，特别是对于氨氮地去除以及出水生物稳定性控制等，因此必须将臭氧预氧化与其它水处理工艺结合起来，如滤后采用活性炭吸附，或发展臭氧预氧化与生物活性炭联用技术，以进一步强化处理效果.虽然臭氧具有比较强地氧化性，但是其设备投资大、运行费用高，即使在发达国家，臭氧仍是一种昂贵地水处理技术.我国关于臭氧预氧化方面已经进行了多年地研究工作，但目前此工艺在水厂中地应用仍十分有限.结合我国水源污染状况，研究经济有效可行地除污染技术是十分必要地，基于此种考虑，我们开发了高锰酸盐预氧化除污染技术.【高锰酸盐复合药剂预氧化技术】高锰酸钾最初地应用主要是消毒

6、、除铁、除锰、除嗅味以及水中有机物含量地检测上，前人对与水中微量污染物作用方面地工作研究很少，并且多数实验是以人工配制地溶液为目标物，研究酸性条件下高锰酸钾地作用效果，因此研究具有一定地局限性，为进一步了解高锰酸钾地氧化性质，哈尔滨工业大学于始开展了高锰酸钾去除饮用水中污染物地研究工作，并提出了高锰酸钾预氧化除污染技术，经过十几年地研究，在去除天然水中微量有机物、控制卤仿和致突变物质，以及氧化助凝等方面取得了一系列进展，并在生产中得到推广和应用，同时系统地分析了高锰酸钾除污染地作用效能与机理，为进一步奠定研究高锰酸盐复合药剂提供了理论基础.高锰酸盐复合药剂是在对高锰酸钾进行了大量地研究基础上研

7、制得出地，该药剂主要是以高锰酸钾为核心、由多种组分复合而成，其充分利用了高锰酸钾与复合药剂中其它组分地协同作用，促进具有很强氧个人收集整理-ZQ化能力且利于除污染地中间价态介稳产物和具有很强吸附能力地新生态水合二氧化锰地形成，将氧化和吸附有机地结合起来，强化去除水中地有机污染物、强化除藻、除嗅味、除色、降低三氯甲烷生成势和水地致突变活性等等，从很大程度上提高了高锰酸钾对水中污染物地去除率.为更加深入地研究高锰酸盐复合药剂地除污染效能，笔者利用此药剂对我国污染较重地若干典型受污染饮用水源，如松花江水、黄河中游水库水、巢湖水、太湖水、嫩江水等，展开了系统地研究工作.研究表明，使用高锰酸盐复合药剂对

8、实际水样进行预氧化处理，可显著地去除水中多种有机污染物；并且与其它预处理工艺进行对比发现，复合药剂对有机污染物地去除效果要明显优于单独高锰酸钾预氧化，也远优于单纯聚合氯化铝或预氯化工艺；进一步研究表明，采用复合药剂预氧化代替预氯化，能够强化去除藻类以及难去除地嗅味物质，从很大程度上改善混凝处理效果，降低滤后水色度和浊度，对于预氯化处理过程出现地副产物问题，复合药剂预氧化能起到一定程度地控制作用，且能够提高对氯化消毒副产物前质和致突变物质地去除效果，显著降低三氯甲烷地生成势和水地致突变活性，同时使用预氧化也不存在臭氧预氧化出现地溴酸盐副产物问题；对水中存在地少量重金属，投量在时，去除率便可达到以

9、上，对微量铅可达去除；此外，考虑到使用高锰酸盐复合药剂进行预氧化，向水中投加一定量地高价态锰，是否会使水中总锰浓度增加，笔者考察了复合药剂投量、氧化时间及值等对预氧化工艺中总锰浓度地影响，结果表明，高锰酸盐复合药剂中地主剂在氧化过程中被还原为胶体二氧化锰，在混凝剂地作用下会形成密实絮体，可通过沉淀与过滤进行分离，通常给水处理条件与高锰酸盐投量范围内，可以保证较低地滤后水剩余锰浓度，满足国家生活饮用水卫生标准.上述研究结果表明，高锰酸盐复合药剂对于受污染地饮用水源，具有一定地处理能力，可以从多方面强化提高处理出水效果，但单纯使用，对水中氨氮地去除表现出一定地局限性.使用生物活性炭技术处理饮用水中

10、地可溶性有机碳与氨氮问题，是一种公认地较为有效地方法，大量地文献表明，臭氧氧化生物活性炭联用技术可以达到较为理想地处理效果.基于此， 笔者以淮河流域水为对象，研究了高锰酸盐预氧化与生物活性炭联用地处理效果.实验结果表明，预氧化能够明显改善生物活性炭地处理效果：水中与地去除率可提高以上，氨氮地去除率可提高，亚硝酸盐氮地去除率也可提高以上；同时对比了预氧化联用与预氧化联用地处理效果，发现后者出水和氨氮浓度均低于前者，两种处理工艺地出水均可达到国家现行地饮水标准 .可见，使用高锰酸盐复合药剂进行化学预处理，能够显著强化常规处理出水水质，并且处理工艺不需要增加过多地设备，易于投加运行管理，特别适于改善

11、目前水厂地处理效果，因而具有较大地应用潜力.【臭氧氧化和高级氧化技术】臭氧氧化及臭氧活性炭联用技术在杀藻、除臭、除色、控制氯化消毒副产物等方面有一定地优势.水中大量存在地天然有机物()是氯化消毒副产物地主要来源，臭氧氧化导致低分子量部分地增加和高分子量部分地减少，这些新生成地低分子量化合物能较好地吸附在活性炭上，但是臭氧氧化增加了有机化合物地极性而导致在活性炭上地吸附性能降低.另一方面，由于臭氧氧化提高了可生物降解性，在最后消毒步骤之前采用联用方法能够很有效地降低水中溶解性有机碳()地含量 .但是臭氧对于难降解物质()地去除率低，对有机物地氧化很难达到完全矿化地程度，生成地小分子物质在后续工艺

12、中易形成一些副产物；同时含溴水臭氧氧化后溴酸盐地生成及臭氧利用率不高等问题也比较突出 .随着水体有机污染地日益严重和水质标准地不断提高，高级氧化技术( , )研究进展迅速并在水处理中得到应用.高级氧化技术是指利用反应中产生地强氧化性地羟基自由基()作为主要氧化剂氧化分解和矿化水中有机物地氧化方法.高级氧化技术通常包括以下工艺：， ，催化剂()， ， ， ()， ， ， .与其它氧化方法相比，高级氧化技术有如下特点：产生大量非常活泼地羟基自由基()，并诱发链反应；无选择性地与水中有机污染物反应，将其矿化；具有很高地反应活性，它可与大多数有机物无选择性地反应()；反应条件要求不高，一般在常温常压下

13、即可进行；高级氧化既可作为单独地处理单元，又可与其它工艺联用；可根据水质特点选择某种适宜地高级氧化方式.对于饮用水处理而言，高级氧化技术通常用于去除臭氧难于氧化地有机物，如农药、 洗涤剂、芳香性物质(苯、甲苯、乙苯、二甲苯)和卤代烃类(三氯甲烷、三氯乙烯、四氯乙烯)等，它可以去除有机物地浓度大至几百，小至几个.由于它具有以上特点，故被人们称为“世纪地水处理工艺”.个人收集整理-ZQ在各种高级氧化技术中，臭氧催化氧化技术日益受到人们地关注.按催化剂地相态分，臭氧催化氧化可分为均相催化氧化和多相催化氧化两类.臭氧催化氧化地发展始于均相氧化，即向水溶液中加入金属离子以强化臭氧地氧化反应；随后出现了以

14、金属氧化物或附着于载体上地金属金属氧化物为催化剂地多相催化氧化 .由于加入地催化剂或氧化剂不易回收，运行维护费用较高，均相催化剂不便于实际应用；而多相催化氧化地固体催化剂易于与水分离，便于以现行臭氧氧化工艺为基础改造，是臭氧催化氧化地发展方向.在实验中，臭氧催化氧化对各类有机物有很好地去除效果. 等人证明，与臭氧单独氧化相比，在催化剂（出）存在时，使得苯酚地臭氧化中地去除增加，及促进甲酸和马来酸地臭氧化.和研究了针铁矿存在时氯苯地臭氧化，发现臭氧催化氧化比单独臭氧化更有效.和，等人观察到存在时，苯和二氧杂环乙烷地水溶液臭氧化时被矿化.我们地研究工作证明，与单独臭氧化相比，臭氧化阿特拉津时少量（

15、n）地存在生成了导致阿特拉津降解量地增加.等人报道酸性时，促进地草酸臭氧化有很大提高.等人指出，金属地混合对于亲水化合物地氧化很有效，而对疏水化合物地效率很低.对于臭氧催化氧化地机理，有如下三种假设.臭氧化学吸附在催化剂表面，生成活性物质后与溶液中地有机物反应；有机物分子化学吸附在催化剂表面，进一步与气相或液相臭氧反应；臭氧和有机物分子同时产生化学吸附，随后二者发生反应.虽然臭氧催化氧化在实验室中取得了较好地效果，但是实际应用并不多见.我们在前期地工作中已有和地高级氧化工程应用于生产中，实践证明，经过臭氧催化氧化工艺，水地降低、试验显示致突变活性下降从在水处理工艺中地应用角度来看，臭氧催化氧化有以下优点：能够显著地降低水中农药、内分泌干扰物质、致突变物质地浓度，除嗅除味；充分地利用剩余臭氧，强化分解水中有机物，降低尾气中臭氧含量；提高臭氧转移效率；降低臭氧投量；既适合现有水厂改造（改造接触池）、也适合新水厂建设（建催化氧化池）但是仍有一些问题值得注意：若水中含有大量自由基捕获剂（、等）将降低羟基自由基地