污水深度处理次氯酸钠消毒副产物生成潜能研究

【摘要】：随着水资源的日益短缺，水资源的循环利用成为解决水资源短缺的重要途径之一。城市污水处理厂二级出水作为再生水源，可以有效地缓解水资源短缺的现象，但其同时含有大量的病原微生物、微量的有毒有害污染物，对再生水安全利用存在一定风险，因此回用水的水质生物安全成为人们广泛关注的重点。 污水消毒在杀灭病原微生物，防止流行疾病的传播，保证回用水生物安全起着关键作用。同饮用水相比城市污水中含有更多的病原微生物和消毒副产物前体物，需要投加更高剂量的消毒剂以达到排放和回用标准，这将导致消毒产生的消毒副产物的生成量及种类均高于饮用水，对再生水的安全利用造成潜在的危险。因此从污水排放和综合利用的角度出发，以三卤甲烷（THMs）及二氯乙腈（DCAN）为研究对象，通过对污水次氯酸钠消毒过程中消毒副产物生成的前驱物质及生成量的研究，确定不同反应因素、不同含氮有机物对消毒副产物生成量的影响。同时为有效控制再生水次氯酸钠消毒过程中消毒副产物（DBPs）的生成，保障出水水质安全提供一定的理论依据。 本论文研究的主要内容包括：(一)消毒反应影响因素对消毒副产物生成的影响研究；(二)污水中含氮无机离子对消毒副产物生成的影响研究；(三)典型含氮有机物对消毒副产物生成潜力的影响研究。试验结果表明： （1）次氯酸钠投加量对消毒副产物生成量的影响最大。随着次氯酸钠投加量的增加，三卤甲烷和二氯乙腈的生成量均随之增加。在次氯酸钠投加量为15mg/L时，消毒副产物三卤甲烷（THMs）的生成量最大，并且对三种消毒副产物的影响程度为三氯甲烷一溴二氯甲烷二溴一氯甲烷；二氯乙腈（DCAN）生成量在次氯酸钠投加量为8mg/L和25mg/L时均有明显程度的增高。 （2）随着消毒反应时间的增加，消毒副产物（DBPs）的生成量呈先增加后趋于稳定的趋势。其中THMs生成速率在反应时间1h时最大，并随着时间的延长，生成速率趋于零，生成量趋于稳定；DCAN在消毒反应时间为3.5h时生成量达到最大值，并随着反应时间的增加，DCAN因其自身水解反应导致生成量呈逐渐减小的趋势。 （3）升高反应温度可以加快消毒副产物三卤甲烷的生成速率，其中三氯甲烷受温度的影响最大；升高反应温度一方面可以加快氯与有机物的反应速率，另一方面也使得DCAN的水解反应速率增加，但温度对前者的影响较大，因此DCAN的生成量与温度成正相关。 （4）二氯乙腈（DCAN）的生成量受pH影响较大，随着pH的增高，生成量逐渐减小，三卤甲烷（THMs）受pH的影响则呈现出与DCAN相反的趋势，从总体而言，消毒副产物的生成量受pH的影响较小，虽有波动但总体生成量基本不变。 （5）随着Cl/N比值的增加，THMs生成量总体呈下降趋势，其中三氯甲烷变化趋势较明显；随着Cl/N比值的增加，DCAN生成量则呈逐渐增加的趋势。水中氨氮的存在对THMs的生成有促进作用，对DCAN的生成呈相反的作用；随着硝酸盐浓度的增加，THMs生成量逐渐减小并趋于稳定，在硝酸盐浓度为10mg/L时，THMs生成量最大。 （6）有机物的存在会强化消毒过程中消毒副产物的生成。四种氨基酸对消毒副产物THMs的影响顺序为：半胱氨酸（7.15μg/L）赖氨酸（3.03μg/L）亮氨酸（2.44μg/L）甘氨酸（2.31μg/L）；腐植酸对消毒副产物生成的影响顺序为：三氯甲烷一氯二溴甲烷二氯乙腈二氯一溴甲烷。 【关键词】：二级出水 深度处理 次氯酸钠消毒 消毒副产物 二氯乙腈 三卤甲烷
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要9-11
• Abstract11-13
• 第1章 绪论13-24
• 1.1 污水再生利用13
• 1.2 污水深度处理消毒技术概述13-16
• 1.2.2 深度处理消毒技术13-14
• 1.2.3 污水深度处理消毒剂的比较14-16
• 1.3 氯化消毒副产物16-19
• 1.3.1 国内外研究现状分析16-18
• 1.3.2 消毒副产物的分析技术18-19
• 1.3.3 消毒副产物形成的研究19
• 1.4 污水中污染物的存在现状19-24
• 1.4.1 污水中有机物污染物简介19-20
• 1.4.2 污水中含氮有机物简介20-21
• 1.4.3 氨基酸简介21
• 1.4.4 腐植酸简介21-24
• 第2章 课题研究的目的、意义及方法24-31
• 2.1 课题来源24
• 2.2 课题研究的目的及意义24-25
• 2.3 课题研究的内容25-26
• 2.4 试验材料及方法26-27
• 2.4.1 试验原水来源26
• 2.4.2 分析测试方法26-27
• 2.5 试验方法27-29
• 2.5.1 色谱图分析27-28
• 2.5.2 标准曲线相关性28-29
• 2.5.3 精密度和加标回收率分析29
• 2.6 主要试验仪器和试剂29-31
• 2.6.1 主要试验试剂一览表29-30
• 2.6.2 主要试验仪器30-31
• 第3章 消毒反应影响因素对消毒副产物生成影响研究31-47
• 3.1 消毒剂投加量对 DBPs 生成量的影响31-35
• 3.1.1 消毒剂投加量对 THMs 生成量的影响31-33
• 3.1.2 消毒剂投加量对 DCAN 生成量的影响33-35
• 3.2 反应时间对 DBPs 生成量的影响35-39
• 3.2.1 反应时间对 THMs 生成量的影响35-37
• 3.2.2 反应时间对 DCAN 生成量的影响37-39
• 3.3 反应温度对 DBPs 生成量的影响39-42
• 3.3.1 温度对 THMs 生成量的影响39-40
• 3.3.2 温度对 DCAN 生成量的影响40-42
• 3.4 pH 值对 DBPs 生成量的影响42-46
• 3.4.1 pH 值对 THMs 生成量的影响42-44
• 3.4.2 pH 值对 DCAN 生成量的影响44-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第4章 污水中含氮无机离子对 DBPs 生成影响研究47-55
• 4.1 氨氮浓度对 DBPs 生成量影响47-51
• 4.1.1 氨氮浓度对 THMs 生成量影响47-49
• 4.1.2 氨氮浓度对 DCAN 生成量的影响49-51
• 4.2 硝酸盐氮对 DBPs 生成量的影响51-54
• 4.2.1 硝酸盐氮对 THMs 生成量的影响51-52
• 4.2.2 硝酸盐氮对 DCAN 生成量的影响52-54
• 4.3 本章小结54-55
• 第5章 典型含氮有机物对 DBPs 生成潜力研究55-64
• 5.1 典型氨基酸对 THMs 生成影响55-59
• 5.1.1 溶液 pH 对半光氨酸（Cys）氯化生成 THMs 影响55-56
• 5.1.2 溶液 pH 对赖氨酸（Lys）氯化生成 THMs 影响56-57
• 5.1.3 溶液 pH 对甘氨酸（Gly）氯化生成 THMs 影响57-58
• 5.1.4 溶液 pH 对亮氨酸（Leu）氯化生成 THMs 影响58-59
• 5.2 氨基酸对 THMs 生成潜能研究59-61
• 5.2.1 氨基酸对三氯甲烷（TCM）生成潜能研究59-60
• 5.2.2 氨基酸对二氯一溴甲烷（DCBM）生成潜能研究60
• 5.2.3 氨基酸对一氯二溴甲烷（DBCM）生成潜能研究60-61
• 5.3 溶液 pH 对腐植酸（HA）氯化生成 DBPs 影响61-62
• 5.4 本章小结62-64
• 第6章 结论与建议64-67
• 6.1 结论64-65
• 6.2 建议65-67
• 参考文献67-71
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作71-72
• 致谢72

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