上海长江原水中溴酸根的形成与去除工艺及机理研究

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1、第1章绪论1．1课题目的和意义第1章绪论1．1．1上海地区饮用水水源污染现状上海地处长江、太湖两大流域下游，境内河网密布，水系发达，水资源总量并不缺乏。上海市区自来水的总供水能力达到720万m3／d，其中76．3％的原水取自黄浦江上游松浦大桥江段，23．7％取自长江下游的陈行水库。近年来，受到黄浦江上游来水水质持续恶化，黄浦江下游污染水体上溯的影响，黄浦江水源地水质经常处于地表水Ⅳ类水标准，2000年6月初，甚至发生水质劣于V类水标准的情况。2004年上海市主要骨干河道水质评价结论仍以有机污染为主。在总评价河床中，II、III、Ⅳ、V和劣V类水河床所占比例分别为10．5％、2．6％、17．2％

2、、16．3％和53．4％t1捌。目前的上海饮用水水源应属于微污染原水【3l。随着新的饮用水水质国家标准的颁布，保障饮用水安全，全面提高饮用水水质，为广大居民提供优质的饮用水，是当前国家关注的重点问题之一，也是发展和谐社会的必要因素之一。1．1．2溴酸根(盐)在饮用水处理中来源及危害臭氧．生物活性炭技术采用臭氧氧化和生物活性炭滤池联用的方法，将臭氧化学氧化、臭氧灭菌消毒、活性炭物理化学吸附和生物氧化降解四种技术合为一体【4，5】。它可有效的在常规处理之后进一步去除水中有机污染物、氯消毒副产物的前体物以及氨氮，降低出水中的BDOC和AOC，保证净水工艺出水的化学稳定性和生物稳定性【6，7】。在处理

3、微污染原水中得到了广泛的应用。上海市杨树浦水厂的臭氧活性炭深度净化工艺已在建设中。应用臭氧．生物活性炭技术一个最主要的副产物就是溴酸根【8,9J。根据现有研究，溴酸根具有比较大的致癌风险【阳】。目前我国的水质指标为101xg／Lt¨】。参照国外水厂的运行经验，当原水中含有一定浓度溴离子时，采用臭氧化工艺溴酸根的产生几乎不可避免【12,13J。因此，调查原水中溴离子浓度的及一定臭氧工艺条件下溴酸根的生成潜力，是评第1章绪论估臭氧化工艺可行性的重要指标【14】。溴酸根的问题也存在于地下水和矿泉水[IS,16]。目前，臭氧消毒技术已经广泛应用于矿泉水生产流程中，然而以地下水作为原水生产的矿泉水，往往

4、会因为地下水中高浓度的溴离子含量，在臭氧化之后产生过量的溴酸根，使矿泉水水质难以达标【171。饮用水用氯消毒时也会引入一定的溴离子和溴酸根。因为次氯酸钠的生产过程中的电解工艺可将溴离子氧化成溴酸根【181。另外，早在1977年就有学者发现海水中投加氯后会将海水中的溴离子(约65mg／L)氧化成溴酸根，并且阳光照射可以加速溴酸根的生成【l91。近年来也有学者发现UV照射C102也可将水溶液中共存的溴离子氧化成溴酸槲201。综上所述，水中溴酸根主要是来自于溴离子的转化，后者的存在是前提条件。淡水体中溴离子主要来源于海水入侵【21’221。每年冬春季节，在长江海水入侵及潮汐作用下，上海市陈行水库取水

5、口原水中的氯化物浓度升高，并在每年12月至次年的4月，长时间维持在较高水平。咸潮入侵也是随潮汐而变化的，即农历的初三和十八来临，咸潮一次的持续时间多为6"---7天。1998年冬至～1999年春，咸潮入侵最严重时，取水口的氯化物接近2000mg／L，该年度咸潮的入侵累积时间为65天左右。除去每年咸潮入侵的日子，正常时节内天然地表水体中的溴离子浓度<1001．tg／L，一般工艺参数下，采用臭氧化工艺并不会造成出水溴酸根超标(>10rtg／L)。按此推断，在上海地区采用臭氧化深度处理工艺时，每年只是季节性存在溴酸根生成超标的风险，具体尚需实验确定。关于本文中溴酸盐和溴酸根名称的说明。溴酸盐的溶解度

6、较高【231。溴酸是一元强酸(pKa=0．7，25℃)【241。因此在水中是以溴酸根离子形态存在，对应的英文名是“bromate”。在几乎所有的外文文献中也是以bromate相称，其对应的物质是Br03。，基本都没有考虑阳离子。但是《生活饮用水卫生标准GB5749))中的规定名称是溴酸盐。由酸根阴离子和金属阳离子(包括NI-14+)组成的化合物，叫盐[251。而本文中计算质量浓度时是以Br03-为单位(分子量=127．9)来计算。斟酌上述定义再三，认为应以“溴酸根”称呼较为准确，本文中均依此称呼。2第1章绪论1．1．3饮用水中溴酸根的控制措施目前应对溴酸根的方法可分为两大类：一是控制，二是去除

7、。溴酸根在臭氧条件下生成的影响因素、动力学模型和机理研究的比较多。所以控制主要是针对臭氧工艺，通过改变相关工艺参数和水质的方法，来实现溴酸根生成减量的目标，但往往会因为原水水质的复杂多变性，而难以保证其他水质指标达标；而且投加药剂的成本也必须考虑。水处理中不仅仅要处理一种污染物质，改变原水水质或者处理工艺在获得目标污染物去除率的同时，还应保证经济可行。同时原水水质不同，一处水源地的控制优化条件很可