去除水中致癌有机物的研究背景目的及方法

1、去除水中致癌有机物的研究背景目的去除水中致癌有机物的研究背景目的及方法及方法报告内容 一、研究目的及背景 二、水体有毒有机污染物的主要种类及其来源 三、 水体优先污染物的确定 四、水中有机物处理的常用方法 五、实验设计思路一、研究目的及背景 水是生命之源, 洁净而优良的水质是人类健康的保障.但是,由于水污染而对人体健康造成直接或间接危害的历史却由来己久. 十九世纪以前, 水主要受到病原微生物的污染而引起霍乱、 伤寒、 脊髓灰质炎、 甲型病毒性肝炎等传染病的爆发流行.到了二十世纪中叶,随着工业发展,水体受到重金属废水的污染而引起的水俣病( 1953, 日本水俣) 和痛痛病( 1931 1973,

2、 日本富山) 两大公害病震惊了世界. 而近三十年以来,随着饮用水消毒技术的发展和成熟,病原微生物对水体造成的污染己基本得到根除, 水体重金属污染的防治和治理技术也日趋完善, 但与此同时,水体有毒有机物污染成为了世界各国科学界和政府关注的新热点.有毒有机污染物虽然大多数在水中含量甚微,但对人类的危害却很大. 生态毒理学的研究表明, 这类污染物有些 极难为生物分解,对化学氧化和吸附也有阻抗作用, 在急性及慢性毒性实验中往往并不表现出毒性效应,但却可以在水生生物,农作物和其它生物体中迁移.转化和富集,并具有三致(致癌、 致畸、 致突变) 效应,在长周期、 低剂量条件下, 往往可以对生态环境和人体健康

3、造成严重的、 甚至是不可逆的影响.所以水中有机污染物的去除对人类的身体健康具有深远的意义。二、水体有毒有机污染物的主要种类及其来源 1、多氯联苯被广泛用作电器绝缘材料和塑料增塑剂等, 是一种稳定性极高的合成化学物质,自二十世纪20年代末开始生产和陆续人量使用以来,污染范围已极为广泛. 该类污染物在环境中总不易分解, 一般极难溶于水, 但易溶于有机溶剂和脂肪,其进入生物体内也相当稳定, 故一旦侵入肌体就不易排泄, 而易聚集于脂肪组织、 肝和脑中, 引起皮肤和肝脏损坏.随着水体水分循环, PCBs 污染已成为环境污染最具代表性的物质之一. 2、多环芳烃( PAHs) 多环芳烃是含碳化合物在温度高于

4、 400 时, 经热解环化和聚合作时而成的产物, 多由石油、 煤等燃料以及木材和可燃性气体等在不完全燃烧或高温处理条件下所产生,排入大气中后经沉降和雨洗等途径到达地表,引起地表水和地下水的污染. 生物毒性实验表明, 许多PAH 具有致癌作用,是公认的有毒有机污染物. PAHs 的种类多达数百种,它们的基本结构是芳香烃的多环同系物,具有相似的物理化学性质. 美国环保局公布的129种优先污染物中有16种多环芳烃. 3、有机氯农药是一类对环境具有严重威胁的人工合成有毒有机化合物, 在世界各国公布的优先控制污染物黑名单中都是非常重要的成员. 引起水体污染的有机氯农药主要包括DDT、 DDD、 艾氏剂、

5、 六六六等, 都属于持久性农药.有机氯农药易溶于脂肪和有机溶剂而不易溶于水, 它们的光学性质稳定,在环境中的残留时间长. 4、酚类化合物酚类化合物广泛存在于自然界中,煤气、 焦化、 石油化工、 制药、 油漆等行业大量排放的工业废水中主要含有苯酚.苯酚是产生臭味的物质,溶于水,毒性较大, 能使细胞蛋白质发生变性和沉淀.当水中酚浓度达0.1 0.2 mg/L 时,鱼肉产生酚味,浓度更高时可使鱼类大量死亡.人长期饮用含酚水,可引起头昏、 贫血及各种神经系统症状, 甚至中毒死亡。 5、饮用水中有毒有机污染物的来源既包括天然水体所受到的点源或面源污染, 也包括自来水加氯消毒过程所导致的二次污染. 天然水

6、体的点和面污染源包括以下几个方面: 1、各类工业生产的有毒有机废弃物排放; 2、农药和杀虫剂的施用; 3、各类化石燃料在不充分燃烧条件下排入大气中的悬浮粉尘经沉降和雨洗等途径到达地表. 自来水生产过程中的二次污染主要是指加氯消毒所产生的有毒副产物. 其消毒过程主要是由液氯或漂白粉等消毒剂在水中形成次氯酸,次氯酸分子能够扩散到细菌表面井穿透细胞膜, 破坏细菌的酶组织, 从而起到杀灭细菌的作用. 但是, 水源水中不可避免地含有腐殖质、 氨基酸等天然有机物以及各种含氮化合物. 消毒剂固然能起到杀菌作用, 但与此同时还会与这些有机物发生反应,形成有害物质.三、 水体优先污染物的确定 由于水中有毒污染物

7、品种繁多, 不可能对其每一种都制订控制标准, 而只能有针对性地从中选出一些重点污染物予以控制, 这些优先选择的有毒污染物称为环境优先控制污染物, 简称优先污染物(Priority Pollutants) . 我国为了更好控制有毒污染物排放,于20 世纪80年代末开展了水中优先污染物的筛选工作. 这项工作立足于我国的水污染实际, 从工业污染源调查和环境监测着手, 汇总了约 10 万余个数据, 并在此基础上整理成初始名单, 计 2347 种有毒化学物质.同时, 参考国外有毒化学物质控制名单和毒性数据约1 万余条,进而制订水中优先控制污染物黑名单筛选原则并按此原则进行初筛,于1990年提出初筛名单2

8、49 种, 通过多次专家研讨会,提出了符合我国国情的水中优先控制污染物黑名单68 种,为我国优先污染物控制和监测提供了依据。 我国为了更好控制有毒污染物排放我国为了更好控制有毒污染物排放,也于也于20 世纪世纪80年代末开展了水中年代末开展了水中优先污染物的筛选工作优先污染物的筛选工作. 这项工作立足于我国的水污染实际这项工作立足于我国的水污染实际, 从工业污染源从工业污染源调查和环境监测着手调查和环境监测着手, 汇总了约汇总了约 10 万余个数据万余个数据, 并在此基础上整理成初始并在此基础上整理成初始名单名单, 计计 2347 种有毒化学物质种有毒化学物质.同时同时, 参考国外有毒化学物质

9、控制名单和毒参考国外有毒化学物质控制名单和毒性数据约性数据约1 万余条万余条,进而制订水中优先控制污染物黑名单筛选原则并按此原进而制订水中优先控制污染物黑名单筛选原则并按此原则进行初筛则进行初筛,于于1990年提出初筛名单年提出初筛名单249 种种, 通过多次专家研讨会通过多次专家研讨会,提出了符提出了符合我国国情的水中优先控制污染物黑名单合我国国情的水中优先控制污染物黑名单68 种种,为我国优先污染物控制和为我国优先污染物控制和监测提供了依据监测提供了依据。我国水中优先控制污染物黑名单四、水中有机物处理的常用方法 1、混凝处理：水中的有机物按其存在的形态分为：悬浮态、胶态和溶解态三种。混凝、

10、澄清、过滤是常规给水系统中最前面的处理设备，我们通常称之为水的预处理。在预处理阶段有机物的去除主要靠混凝澄清。在混凝澄清处理过程中COD的去除率约为20%-60%，去除波动范围很大的主要原因是混凝、澄清对悬浮态及胶态有机物的去除率较高（最大可达80%-90%），而对溶解态的有机物去除率很低。不同水源中有机物的形态分布有时候相差很大。 强化混凝是通过增加混凝剂的投药量或调整PH，来提高水中有机物的去除率。影响强化混凝效果有如下方法： 混凝剂种类：强化混凝剂分为有机和无机两类。就强化混凝而言无机混凝剂要比有机混凝剂效果要好。这是由于合成有机物混凝剂在天然水中的混凝过程中，无法提供有机吸电位，只有电

11、中和作用参与腐植酸的沉淀，所以混凝效果不好。而无机混凝剂（Al盐Fe盐）既有电中和作用又形成难溶络合物，其氢氧化物又能提供表面使有机物发生吸附。所以混凝效果要好。 PH值：PH既影响混凝剂的水解产物又影响腐植酸的解离水平。PH低时有机物质子化能提高，混凝剂需量减少，同时混凝剂水解物种带更多正电荷吸附更易发生。 混凝剂投药量：投药量并非越大越好，而是在最佳加药量时混凝效果最好。混凝剂投药量不足时混凝不充分，但当混凝剂过大时又发生胶体再稳现象时混凝效果不好。 混凝澄清和强化混凝是现在水处理工作中最常用的，最有效的方法。对于混凝条件的优化和新型混凝剂的开发还需要进行跟多的研究。2、吸附处理 以活性炭

12、主要是（粒状活性炭）为代表的吸附处理工艺，是目前去除水中有机物的首选技术，因为其原料来源丰富，比表面积大，对农药及其他有机物的去除率较高，所以被广泛应用。活性炭是非极性的、弱极性的吸附材料，因此，它对水中绝大多数极性有机物，特别是危害较大的卤代烃吸附效果较差。活性炭对水中有机物的去除率一般在20%-70%之间。这与水中有机物的种类、形态、分子尺寸有关，非极性、弱极性有机物，相对分子质量不太大，溶解度较小的有机物容易被吸附去除。 活性炭吸附处理在工业上应用最大的问题是活性炭的再生问题，至今仍没有满意的再生方法（较好的再生方法如电再生也只能达到60%到70%的再生率），从而使活性炭的经济性变差。3

13、、氧化处理 在水处理中，常用的氧化剂有，Cl2, O3, ClO2, H2O2, KMnO4等。由于它们的氧化能力不同，所以氧化降解有机物的效率也不同，而且，对于不同种类有机物表现出来的氧化作用有的相差很大，但这些氧化剂有一个共同的特点就是它们不能将水中有机物完全矿化，有时经氧化的水中的COD值反而会上升，这说明了水中有部分有机物仅从大分子氧化成小分子而已。常规的氧化处理很难达到满意的效果，另外氧化过程需要大量能量，费用较高，很难有工业上的应用价值。 光氧化法是近年研究较多的一种去除有机物的新方法，光氧化法主要包括光化学氧化法和光催化氧化法。光化学氧化法是将 O3, H2O2，O2等氧化剂的的

14、氧化作用和光（254-365 nm的紫外光）化学辐射作用相结合，可产生氧化能力很强的自由基。光催化氧化是在水中加入一定量的半导体催化剂（如TiO2）它在紫外线辐射下能产生强氧化能力的自由基。光氧化法的主要机理是;1、在紫外线辐射下，有机物的键发生断裂而直接分解；2、紫外线辐射下，水 中氧化剂（催化剂存在下）生成强氧化能力自由基，提高了氧化剂对有机物的氧化能力；3、在紫外线辐射下，使有机物外层电子处于激发态，提高分子自由能，使其易于被氧化。因此光氧化法有机物较彻底（即使难降解的多氯联苯也能有效分解），所以它是去除有机物潜在的有效方法之一。目前实验较多的研究工艺有：UV-O3,UV-DO, UV-

15、TiO2,但是该方法目前的成本较高制约了其应用推广，目前较适用的场合仅限于小规模的水处理系统中，大规模的水处理系统还有待进一步研究其可行性。4、膜处理 膜技术是当今水处理研究中最活跃，其应用广泛。反渗透（RO），纳滤（NF），超滤（UF），微滤（MF）不同程度上都能有效去除水中消毒副产物先质及其他有机物和微生物。MF，UF由于其孔径较大，所以，相对分子质量较低（300-400以下）的有机物去除率很低，这直接影响了有机物的总去除率，因为天然水体中相当一部分有机物是低相对分子质量、可溶性有机物。 RO，NF因其表面层孔径很小（NF能去除相对分子质量200以上的物质，而RO则能去除相对分子质量低于200的有机物分子），因此理论上它们对水中有机物的去除率非常高，但它们的致命弱点是要求对进水进行严格的各种预处理，否则膜易遭受污染和损伤，影响其正常工作，另外膜的投资和运行费用较高，这些都限制了它们在水处理中更广泛的应用。5、 替代液Cl2消毒剂 由于液Cl2 消毒能够产生大量氯仿等具有“三致”作用的物质, 近年来,人们都在设法寻求替代液Cl2 消毒剂.通过对众多消毒剂的研究, 发现二氧化