CN109110971A - 一种强化混凝去除水中溶解性有机物组分的卤乙腈生成势的方法 - Google Patents

一种强化混凝去除水中溶解性有机物组分的卤乙腈生成势的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种强化混凝去除水中溶解性有机物组分的卤乙腈生成势的方法。采用的技术方案是：包括分级处理和强化混凝；所述的分级处理是：利用0.45μm滤膜过滤水样，调节水样的pH，然后通过XAD树脂柱进行分级处理；所述的强化混凝是：在最佳混凝条件下，于分级处理后获得的水样中，添加混凝剂FeCl3·6H2O，搅拌，静置。本发明的方法能够有效去除水中DOM组分的卤乙腈(HANs)前体物以及含有大量不饱和键的腐殖酸类有机物，提高对有机物的去除效果。本发明作为一种处理水中DOM组分的HANFP的新方法，具有技术简单，污泥产量低，运行费用少，有效去除腐殖酸和可溶性微生物产物的特点。

Description

一种强化混凝去除水中溶解性有机物组分的卤乙腈生成势的 方法
技术领域
本发明属于水处理领域，具体地涉及强化混凝及树脂吸附分级法，以FeCl3·6H2O作为新型混凝剂去除水中溶解性有机物以及水中溶解性有机物(DOM)组分的HANFP。
背景技术
随着环境污染问题日趋严重以及水质标准越来越严格化，尤其由于工农业生产的高速发展，而环保力度普遍不足，水安全问题在近年来陡显突出，保护水源，发展、完善水安全保障技术显得十分迫切。在水体中，颗粒物与各种污染物发生多种溶液的或界面的反应，连同其自身的相互作用，很大程度地转化甚至决定着水质。
由于有机物的存在不仅造成色、嗅、味等方面严重影响水质，促进或复杂化水体中污染物的迁移。而且在水处理工艺中增大药剂的消耗，更重要的是在氯化消毒过程中生成的消毒副产物(DBP)如、卤乙腈(HANs)、卤乙酸(HAAs)、三卤甲烷(THMs)等会对人体健康造成不利的影响，甚至造成输配水系统中细菌的再度繁殖。
近年来研究发现，替代消毒剂的单独或联合使用会衍生出更多种类的DBPs，其中以含氮消毒副产物(N-DBPs)最为突出，HANs是N-DBPs中的研究热点之一，具有较强的慢性细胞毒性和急性遗传毒性，比HAAs的毒性还要强。国内外学者对其进行了许多卓有成效的研究，但这些研究对水中DOM组分的HANs去除的研究不多。而且对于混凝之于DBPs生成势的去除研究也主要集中于THMs和HAAs，对毒性更强的HANs少有涉及。
因此，开发新技术或改进旧工艺处理是十分必要的。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提供一种强化混凝法处理水中DOM组分的卤乙腈生成势(HANFP)，其技术简单，污泥产量低，运行费用少。卤乙腈生成势(HANFP)是指，与消毒剂(NaClO)反应一段时间后，水样中产生卤乙腈的最大量。间接代表了水中消毒副产物HAN前体物的浓度水平。
本发明采用的技术方案是：一种强化混凝去除水中溶解性有机物组分的卤乙腈生成势的方法，方法如下：包括分级处理和强化混凝；所述的分级处理是：利用0.45μm滤膜过滤水样，调节水样的pH，然后通过XAD树脂柱进行分级处理；所述的强化混凝是：于分级处理后获得的水样中，添加混凝剂FeCl3·6H2O，搅拌，静置。
优选的，上述的方法，调节水样的pH为5-6。更优选的，调节水样的pH为6。
由于DOM是混合物，所以需要将其进行分级处理，以便研究强化混凝对污水处理厂出水中DOM特性的影响。优选的，上述的方法，所述的分级处理是：利用0.45μm滤膜过滤水样，调节水样的pH，然后依次通过XAD-8树脂柱和XAD-4树脂柱，将水样分级成HPO-A(疏水性有机酸)、HPO-N(疏水性中性有机物)、TPI-A(过渡亲水性有机酸)、TPI-N(过渡亲水性中性有机物)和HPI(亲水性有机物)共5组DOM组分。
优选的，上述的方法，混凝剂FeCl3·6H2O通过降低HPO-A和TPI-A组分中的DOM去除卤乙腈前体物。
优选的，上述的方法，混凝剂FeCl3·6H2O加入量为80-100mg·L-1。更优选的，混凝剂FeCl3·6H2O加入量为90mg·L-1。
优选的，上述的方法，所述的水样为经氯化消毒的水样。
优选的，上述的方法，所述的氯化消毒是用次氯酸钠溶液进行消毒。
本发明的有益效果是：
1、采用本发明的方法，能够有效去除水中DOM组分的卤乙腈(HANs)前体物以及含有大量不饱和键的腐殖酸类有机物，提高对有机物的去除效果。通过本发明，强化混凝后的水样中疏水性有机酸HPO-A的HANFP的降幅可达到32.6％。
2、本发明采用强化混凝技术可以有效改善絮凝体的形成和沉降特性，在现有的水处理工艺设施基础上进行改进与提高的同时，兼顾前后续工艺流程的运行工况，使水与废水达到深度处理的效果。强化混凝技术不仅能够有效去除水中的DOM，而且对HANFP也有控制作用，从而一定程度上可减轻污水厂二级出水对环境的负担，也可减轻对下游饮用水源安全的威胁。通过研究发现混凝后HPO-A和HPI-A对HANFP的降幅高于其他组分，强化混凝对酸性组分中HANs前体物的去除效果较好。
3、本发明采用的新型混凝剂FeCl3·6H2O，与铝盐相比，具有受温度影响小、对DOM组分去除效率高和对人体健康危害小等优点。新型混凝剂中的Fe3+在水解过程中，会形成具有较高电荷的羟基多核配合物，这些羟基多核配合物与普通铁盐相比，具有更强的电中和能力。
4、本发明通过投放新型混凝剂，改善混凝剂效能，在最优化投放量和pH的条件下，能够提高水中颗粒物和浊度的去除率；最大化去除其TOC和DBP前驱物；在适当的温度和pH值条件下，在一定范围内，随着混凝剂投量的增加，水中DOM组分的HANFP逐渐降低，有机物去除率升高，而出水浊度并不至变差；减小残余混凝剂的含量；减少污泥产量；降低生产成本。
附图说明
图1是混凝剂投加量对DOC去除率的影响。
图2是PH对DOC含量的影响。
图3是强化混凝前后DOM组分的DOC含量。
图4是强化混凝前后DOM组分的HANFP。
具体实施方式
水样：取沈阳某污水厂二级出水300mL，加入磷酸盐缓冲溶液对水样进行pH缓冲，保证PH为7，然后加入氯酸钠溶液(NaClO)，加氯量依照公式[Cl-]＝3×[DOC]+7.5×[NH4+-N]进行投加，(水样的氯化方法是按照EPA标准方法5710B进行)。将其在避光条件下放置24h进行消毒处理。消毒完成后加入30μL浓度为100g/L的抗坏血酸溶液还原水中多余的氯，萃取后获得经氯化消毒的水样，用于以下实验。
实施例1
(一)混凝剂投加量对DOC去除率的影响
方法：取经氯化消毒的水样，调节pH为6.0，加入FeCl3·6H2O，投加量分别为20mg·L-1，40mg·L-1，60mg·L-1，80mg·L-1，90mg·L-1，100mg·L-1，120mg·L-1，使用六联搅拌机以300rpm快速搅拌1min，50rpm慢速搅拌15min，测定混凝前后水样中的DOC含量，结果如图1。
由图1可见，当FeCl3·6H2O投加量为20mg·L-1时，水中DOC含量急剧降低，DOC去除率达到了23.9％。随着投加量的增大，水中DOC的浓度继续减小，但变化幅度很小，FeCl3·6H2O投加量为90mg·L-1时，DOC浓度达到最低，为5.28mg·L-1，去除率达到32.6％，因此优选投加量为90mg·L-1。
(二)不同pH混凝后对水样DOC的影响
方法：取经氯化消毒的水样，分别调节pH为4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0，分别加入FeCl3·6H2O，投加量为90mg·L-1，使用六联搅拌机以300rpm快速搅拌1min，50rpm慢速搅拌15min，测定混凝前后水样中的DOC含量，结果如图2。
由图2可见，混凝前原水样的DOC浓度为8.2mg·L-1。当PH为4时，DOC的浓度为6.3mg·L-1，随着PH值的增加，DOC的浓度呈先降低后增加的趋势，在pH为6时，达到了最佳的效果，因此优选调节pH为6。
实施例2强化混凝去除水中溶解性有机物组分的卤乙腈生成势的方法
(一)方法：包括分级处理和强化混凝。
1、分级处理：经氯化消毒的水样利用0.45μm滤膜过滤，过滤后调节水样的pH为6，然后依次通过XAD-8树脂柱和XAD-4树脂柱，将水样分级成HPO-A、HPO-N、TPI-A、TPI-N和HPI共5组DOM组分。采用三维荧光光谱和同步荧光光谱法分别测定混凝前，5组DOM组分中的DOC含量和卤乙腈含量。
2、强化混凝：于5组DOM组分中，分别添加混凝剂FeCl3·6H2O，投加量为90mg·L-1，使用六联搅拌机以300rpm快速搅拌1min，50rpm慢速搅拌15min。采用三维荧光光谱和同步荧光光谱法分别测定混凝后5组DOM组分中的DOC含量和卤乙腈含量。
(二)结果
1、如图3所示，混凝前，HPO-A的DOC为3.8mg·L-1；HPO-N的DOC为2.4mg·L-1；TPI-A的DOC为2.2mg·L-1；TPI-N的DOC为2.1mg·L-1；HPI的DOC为3.4mg·L-1。混凝后，HPO-A的DOC为2.79mg·L-1；HPO-N的DOC为1.35mg·L-1；TPI-A的DOC为1.22mg·L-1；TPI-N的DOC为1.23mg·L-1；HPI的DOC为1.32mg·L-1。可见，混凝前，HPO-A的DOC含量最高，TPI-N的DOC含量最低。强化混凝后，DOM各组分的DOC均明显降低。其中，HPO-A的去除率最大，为72.8％；HPO-N与TPI-A的去除率相近，分别为54.2％和53.6％。
2、如图4所示，混凝前，HPO-A的卤乙腈含量为1.28mg·L-1；HPO-N的卤乙腈含量为0.28mg·L-1；TPI-A的卤乙腈含量为0.57mg·L-1；TPI-N的卤乙腈含量为0.31mg·L-1；HPI的卤乙腈含量为0.59mg·L-1。混凝后，HPO-A的的卤乙腈含量为0.22mg·L-1；HPO-N的卤乙腈含量为0.17mg·L-1；TPI-A的卤乙腈含量为0.15mg·L-1；TPI-N的卤乙腈含量为0.14mg·L-1；HPI的卤乙腈含量为0.32mg·L-1。可见，强化混凝前后5组DOM组分中HPO-A和TPI-A的HANFP降幅达到32.6％和31.7％，其他组分次之，均有下降。强化混凝对酸性组分中HANs前体物的去除效果较好。

Claims (8)

1.一种强化混凝去除水中溶解性有机物组分的卤乙腈生成势方法，其特征在于，方法如下：包括分级处理和强化混凝；所述的分级处理是：利用0.45μm滤膜过滤水样，调节水样的pH，然后通过XAD树脂柱进行分级处理；所述的强化混凝是：于分级处理后获得的水样中，添加混凝剂FeCl3·6H2O，搅拌，静置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，调节水样的pH为5-6。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的分级处理是：利用0.45μm滤膜过滤水样，调节水样的pH，然后依次通过XAD-8树脂柱和XAD-4树脂柱，将水样分级成HPO-A、HPO-N、TPI-A、TPI-N和HPI共5组DOM组分。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，混凝剂FeCl3·6H2O通过降低HPO-A和TPI-A组分中的DOM去除卤乙腈前体物。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，混凝剂FeCl3·6H2O加入量为80-100mg·L-1。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，混凝剂FeCl3·6H2O加入量为90mg·L-1。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的水样为经氯化消毒后的水样。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的氯化消毒是用次氯酸钠溶液进行消毒。
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