混凝-pac吸附-微滤工艺去除膜反洗水中有机物的研究

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1、第一章绪论水作为一种不可替代的自然资源，在人类生活和经济发展中占有重要的位置，世界各国都把水当作为一种宝贵的资源去研究、开发、利用和保护。从松花江苯泄漏到广东北江镉污染，从滇池水葫芦疯长到太湖蓝藻泛滥，一桩又一桩的环境污染事件不断挑战我国本已脆弱的水环境能力⋯。据环境保护总局发布的《中国环境状况公报(2006)》，2006年全国地表水总体水质属中度污染；对七大水系的监测结果显示，珠江、长江水质良好，松花江、黄河、淮河为中度污染，辽河、海河为重度污染；湖泊、水库水质较差，劣V类水质的湖(库)占48％E21。在饮用水水源污染状况

2、不断恶化的同时，饮用水卫生标准却不断提高，因此治理污染水源、特别是去除水中有毒有害物质成为亟待解决的问题。1．1水源水中的有机物1。1．1有机物的种类和来源水源水中的有机物可分为：天然有机物和人工合成有机物。天然有机物也叫传统有机物，主要包括腐殖质类物质、藻类及其代谢产物、以及氨基酸等小分子有机物。人工合成有机物种类繁多、结构稳定，在环境中有一定的残留水平；具有生物富集性、“三致”(致癌、致畸、致突变)作用和毒性。相对于水体中的天然有机物，人工合成有机物对公众健康的危害程度更大。饮用水中有机物按其来源一般可以分为三类：水中含

3、有的天然有机物；人类活动造成的有机污染物(包括生产废水和生活污水)；水处理过程中产生的有机物。(1)腐殖质是一类亲水的、酸性的多分散物质，是水体中天然有机物的重要组成部分。天然水体中的腐殖质来源于土壤腐殖质低分子量组分以及水生植物的分解和低等的浮游生物。由传统化学分析、热解分析以及光谱分析等非降解技术得到的腐殖质结构碎片信息得知，腐殖质的主要官能团包括羟基、酚羟基、醇羟基、羧基、羰基、间苯二酚等。它们对各种阳离子或基团存在极强的吸附能力或吸附反应能力，是有机微污染物在水环境中的“增溶剂”和运载工具。腐殖质本身对人体并没有毒害

4、作用，但它属于难降解有机物，且具有较高的卤代活性，是最常见的三卤甲烷前体物质【”，5】。第一章绪论(2)生产废水是指人类生产活动过程中排放的废水，包括工业废水、农田排水等。工业废水悬浮物含量高，酸、碱度大，常含农药、酚、燃料、多环芳烃、油脂等有害物质，大部分污水未经处理直接排放，造成严重的水体污梨刚。由化肥、农药流失所造成的农田径流污染是最主要的农业面源污染形式，据刘润堂等对中国湖泊污染的分析，农业面源污染对滇池主要污染指标(TN、TP)的贡献率分别为27％和45％；对太湖主要污染指标(TN、TP)的贡献率分别为30％和59

5、％；对官厅水库的污染贡献率为200／o～30％17,8]。生活污水主要包括厨房洗涤、厕所冲洗和沐浴等排放的污水，除含有大量碳水化合物和氨、磷、硫等营养元素，还含有洗涤剂和各种病原菌，这些物质进入水体后会消耗水中溶解氧，使水富营养化并产生恶臭。(3)水处理过程中产生的有机物主要是指氯化及臭氧消毒过程中生成的消毒副产物(DBPs)。氯化消毒过程中产生的一系列具有致癌作用的卤代产物包括三卤甲烷(THMs)、卤乙酸(HAAs)、卤乙腈、卤代酮类、卤乙醛、卤硝基甲烷等【9，l们。臭氧是一种强氧化剂，与氯化相比，其杀菌和氧化能力更强；用

6、臭氧对含溴化物的饮用水进行消毒时会形成对人体有害的溴酸盐【l11。另外，混凝剂的卫生安全性也不容忽视。一般说来，无机混凝剂本身是无毒的，但是商品中带有的杂质会引入毒性问题；高分子絮凝剂(如聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯磺酸钠、聚氧化乙烯等)在使用过程中，可能会出现这些聚合物的有毒单体游离到水中的情况，从而产生二次污梨12】。1．1．2氯消毒工艺(1)氯消毒及THMs氯消毒具有持续时间长、费用低、杀菌效果好等优点，因而被广泛应用于水处理领域。氯投入水中后产生氧化性很强的次氯酸(HOCI)，它体积小、电荷中性，能穿透细胞壁；它

7、又是一种强氧化剂，能损害细胞膜，使蛋白质、RNA和DNA等物质释出，从而杀死细菌和病毒。研究发现，在加氯杀灭水中病原微生物的同时，氯还会与水中的有机物反应，生成氯化消毒副产物(主要是THMs和HAAs)。此外，如果水中溴化物浓度较高，氯会把溴化物氧化成氢溴酸，进而生成对应的溴化消毒副产物Il3’14】。在流行病学研究中，THMs与婴儿的低出生体重、自发性流产、先天性缺陷、生长发育迟滞等有关，因此THMs是DBPs最常用的替代参数【15】。THMs包括氯仿(CHCl3)、一溴二氯甲烷(CHCl2Br)、二溴一氯甲烷(CHCIB

8、r2)、溴仿(CHBr3)。其中，CHCl3的致癌性最强，并与直肠癌、膀胱癌、大肠癌有直接关系【l6

9、。目前已提出一些氯消毒机理模型，并在此基础上进行了THMs的反应动力学第一章绪论研究。但是天然水体中THMs前体物结构很复杂，用一二种模拟化合物很难对THMs的形成机理进行充分解科17J。