预氧化—强化混凝除藻过程中消毒副产物的生成研究

论文摘要

本论文针对福建省饮用水源地水华水体中常见的2株藻种（蓝藻-铜绿微囊藻和硅藻-梅尼小环藻）的污染问题,探讨了氯化过程中氯化时间、加氯量对消毒副产物（DBPs）的生成势和生成量的影响,以及不同藻细胞组分消毒副产物的生成势的贡献；比较了预氯化和高锰酸钾预氧化强化混凝过程中,DBPs生成势和藻细胞结构的变化,得到以下结果：（1）2株藻细胞在氯化过程中,铜绿微囊藻比梅尼小环藻具有更大的消毒副产物生成势（DBPsFP）。所检测的5种DBPs中,以三氯甲烷（TCM）和三氯硝基甲烷（TCNM）为主,它们的生成势会随着氯化时间、氯气投加量增加而增大；二氯乙腈（DCAN）、1,1-二氯-二丙酮（1,1,-DCP）、和1,1,1-三氯-二丙酮（1,1,1-TCP）随着氯化时间延长呈先增大后减小的趋势。在氯投加量足够的情况下,藻细胞浓度的增加会增加各个DBPs的生成量。（2）不同藻细胞组分对消毒副产物的生成势的贡献不同。铜绿微囊藻细胞不同组分对5种DBPs生成势的贡献大小为：细胞内有机物（IOM, Intracellular Organic Matter）≈细胞悬浮液（CS, Cell Suspension）>细胞外有机物（EOM, Extracellular Organic Matter）>细胞碎片（CD, Cell Debris）, IOM的DBPs的生成势高于EOM；梅尼小环藻的顺序为CS> IOM≈CD≈EOM。三维荧光光谱（EEM,Excitation-Emission Matrix Fluorescence Spectrophotometer）测试分析显示2种藻细胞不同组分的有机质含量不同,但DBPs前驱体物质主要为芳香族结构的蛋白质和溶解性微生物物质（SMP, Soluble Microbial Products）。（3）两种藻细胞经高锰酸钾预氧化-强化絮凝-氯氧化和预氯化-强化絮凝-氯氧化所产生的TCM量,随着高锰酸钾投加量的增加而减少,随着预氯化投加量的增加而增加；这说明高锰酸钾预氧化可以有效减少消毒副产物前体物,从而消减后续氯消毒过程中消毒副产物的生成势。高锰酸钾预氧化过程中,增加高锰酸钾投加量,可以减少水中的溶解性有机碳（DOC, Dissolved Organic Carbon）含量和促进混凝沉淀中SUV254的去除,但是不能降低出水浊度；预氯化过程中,增加氯投加量可以降低DOC含量及混凝沉后出水的浊度,但是不能够促进混凝沉淀中SUV254的去除,可能导致后续氯消毒生成更多的TCM。（4）高锰酸钾预氧化和预氯化对不同藻细胞的破坏程度不同。铜绿微囊藻细胞经高锰酸钾预氧化和预氯化后,仍能保持细胞形态,不发生破裂；而梅尼小环经高锰酸钾预氧化和预氯化后,藻细胞完全破裂,细胞内结构完全暴露,细胞内物质完全释放,从而增大饮用消毒副产物生成的风险。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 藻类污染现状
• 1.2 藻类过量繁殖的危害
• 1.2.1 产生嗅味物质和藻毒素
• 1.2.2 影响水处理水质
• 1.2.3 藻类是消毒副产物的重要前驱体物质
• 1.3 消毒副产物（DBPs）
• 1.3.1 含碳类消毒副产物（C-DBPs）
• 1.3.2 含氮类消毒副产物（N-DBPs）
• 1.3.3 消毒副产物的危害及浓度限值
• 1.4 本研究的目的、意义和主要内容
• 1.4.1 研究目的和意义
• 1.4.2 实验主要内容
• 第二章 藻类培养及分析方法的建立
• 2.1 引言
• 2.2 实验试剂与材料
• 2.2.1 实验仪器
• 2.2.2 实验药剂
• 2.3 藻细胞的培养与观测
• 2.3.1 藻细胞培养
• 2.3.2 藻细胞浓度测定
• 2.3.3 藻细胞粒径分布和表面电位测定
• 2.3.4 藻细胞表面形态观察
• 2.4 DBPs分析方法建立
• 2.4.1 内标液配制
• 2.4.2 标准曲线配制
• 2.4.3 检测条件
• 2.4.4 方法检测限、回收率
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 藻细胞生长曲线
• 2.5.2 藻细胞形态观察
• 2.5.3 粒径分布和表面电位
• 2.5.4 分析方法曲线、检出限和回收率
• 2.5.5 本章小结
• 第三章 藻细胞在氯化过程中生成的DBPs
• 3.1 引言
• 3.2 实验试剂与材料
• 3.2.1 实验仪器
• 3.2.2 实验药剂
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 不同藻细胞浓度藻细胞液的配制
• 3.3.2 不同藻细胞组分分离
• 3.3.3 氯氧化实验
• 3.4 测试分析
• 3.4.1 次氯酸钠有效氯测定方法
• 3.4.2 余氯测定
• 3.4.3 DOC测定
• 3.4.4 DON测定
• 3.4.5 UV254测定
• 3.4.6 K离子测定
• 3.4.7 荧光光谱分析
• 3.4.8 DBPs的测定
• 3.4.8.1 样品萃取
• 3.4.8.2 气相色谱分析
• 3.5 结果与讨论
• 3.5.1 反应时间对DBPs生成的影响
• 3.5.2 不同藻细胞浓度对DBPs的影响
• 3.5.3 不同氯气投加量对DBPs的影响
• 3.5.4 氯化藻细胞不同组分的DBPs生成规律
• 3.5.5 本章小结
• 第四章 预氧化-强化混凝-氯氧化过程中藻类对消毒副产物生成的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验试剂与材料
• 4.2.1 实验仪器
• 4.2.2 实验药剂
• 4.3 实验方法
• 4.4 测试分析
• 4.4.1 浊度测定
• 4.4.2 K离子测定
• 4.4.3 DOC测试
• 4.4.4 UV254测试
• 4.4.5 DBPs测试
• 4.4.6 SEM表征
• 4.5 结果与讨论
• 4.5.1 高锰酸钾预氧化-强化混凝对铜绿微囊藻生成TCM的影响
• 4.5.2 高锰酸钾预氧化-强化混凝对梅尼小环藻生成TCM的影响
• 4.5.3 高锰酸钾预氧化-强化混凝-氯氧化对2种藻细胞生成TCM的对比
• 4.5.4 预氯化-强化混凝对铜绿微囊藻生成TCM的影响
• 4.5.5 预氯化-强化混凝对梅尼小环藻生成TCM的影响
• 4.5.6 预氯化-强化混凝-氯氧化对2种藻细胞生成TCM的对比
• 4.5.7 两种预氧化对2种藻细胞生成TCM的对比
• 4.5.8 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 主要研究结论
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历