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饮用水源水中广泛存在的溶解性有机物(DOM)不但直接引起色度、嗅味等水质问题,而且可与消毒剂反应产生对人体不利的消毒副产物(DBPs)。以去除有机物为目的的强化混凝逐渐代替以去除浊度为目的的常规混凝,并成为控制DBPs的最佳可行性技术之一。针对我国大多数水厂仍然使用常规混凝工艺的现状,进行我国饮用水源水DOM的DBPs生成特征及其强化混凝可去除性的研究具有重要现实意义。
本论文选取我国部分典型代表性水源(八个水源,三个季度),应用化学分级及紫外和荧光光谱分析方法,调查了DOM的组成特征及其氯化消毒副产物生成势(DBPFP,包括四种三卤甲烷(THMs)和九种卤乙酸(HAAs));根据亲疏水性不同较为系统地分析了DBPs与DOM之间的关系,并在此基础上研究了消毒副产物前驱物的强化混凝去除特征。得出了以下主要结论:
(1)不同水源在DOM含量、DBPFP以及光谱特征上表现出一定的规律,同时也存在较大差异。多数水源卤乙酸的生成势大于三卤甲烷生成势(HAAFP>THMFP),且春季高于冬季;而specific-THMFP与specific-HAAFP则在冬春两季表现为相反的趋势。THMFP、HAAFP分别与DOC、腐殖酸类、富里酸类荧光物质及AA272之间存在线性相关性,说明荧光物质及有紫外吸收的DOM具有较高的氯化活性;八个水源中,属于松辽流域的两个水源具有高紫外吸收、高腐殖酸类(HA)和富里酸类(FA)腐殖质含量、高DBPFP的特征;属于珠江流域的水源除了以上特征外,还具有高蛋白类有机物含量的特征;除了属于黄河流域的一个水源因其溴离子含量高造成DBPFP较大外,其他水源以上指标均具有相对较低的特征。憎水性物质(HoM)含有较多的羧酸类、酮类等具有不饱和键的有机物,紫外吸收高,荧光响应强,具有较高的THMFP;而亲水性物质(HiM)多含有氨基酸类等小分子且荧光强度比较弱的有机物,具有较高的HAAFP。HoM更易生成氯代三卤甲烷和溴代卤乙酸,相反,HiM则更易于生成溴代三卤甲烷和氯代卤乙酸。
(2)强化混凝虽然可以降低三卤甲烷和卤乙酸的生成势,但是不能改变我国卤乙酸生成势大于三卤甲烷生成势的水质特征。THMs前驱物比HAAs前驱物更易于强化混凝去除。部分水源混后水specific-THMFP和specific-HAAFP出现了升高现象,可能与混凝只是去除某一类有机物(如HoM等)有关。传统混凝处理工艺对腐殖酸和富里酸类大分子有机物有较好的去除效果,而对蛋白类及代谢产物类去除效果不佳。滤后水HiM及HA含量均比沉后水高,则说明在处理过程中存在亲水性小分子物质释放或者大分子络合物生成的可能。
(3) HoM较HiM更易于混凝去除;混凝前后各化学分级组分对THMs和HAAs的贡献发生了变化,尤其以HoN的变化最明显。另外,混凝剂PACl在去除亲水性物质时有一定的优势。
(4)保护较好的天然水体THMs前驱物多于HAAs前驱物,而人为污染水体HAAs前驱物多于THMs前驱物;以腐殖酸和富里酸类有机物为主、憎水性组分以及分子量高的组分含量高的源水,其强化混凝效果好于蛋白类有机物含量高、亲水性组分以及分子量低的组分含量高的源水;在无pH调节条件下,传统混凝剂FeCl3在较高投加量时对THMs及HAAs前驱物的去除效果好于Al2(SO4)3、PACl和HPAC,而HPAC在低投加量时具有一定优势;另外,HPAC在去除荧光类物质时表现出明显优势。