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天然有机物(NOM)在自然界中普遍存在。当其存在于自然水体中时,会对生态环境、人体构成威胁。这种威胁可能来自于水体中生物的过度繁殖,也可能来自于水体中生物的死亡腐烂所释放的生物毒素;且在饮用水氯化消毒过程中,NOM可能与氯发生化学反应,生成消毒副产物。含氮消毒副产物毒性极强,具有一定的细胞毒性、基因毒性和致癌性。目前,自然界中的腐殖质作为一种NOM被广泛应用于农林牧建设、石油化工、医药卫生等领域,而对水体中NOM的回收、利用研究相对较少。若能将NOM作为絮凝剂合成的原料,将增加其废物利用途径。
黄腐酸是一种常见的天然有机物。本论文首先通过紫外光引发黄腐酸(FA)、丙烯酰胺(AM)、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)接枝共聚,得到黄腐酸絮凝剂(FA-P(AM-DAC))。再通过均匀设计优化试验对合成条件进行优化及聚合产物进行筛选,得到絮凝性能较好的FA-P(AM-DAC),分析其分子结构、热稳定性、混凝效果。在此基础上,论文研究了通过紫外光原位改性来强化黄腐酸在模拟水源水中絮凝能力。进而探究小球藻胞外有机物的原位改性、提升其自絮凝性能的方法。论文研究了小球藻所产溶解型胞外有机物(dEOM)和粘附型胞外有机物(bEOM)的组成与特性,探究其潜在絮凝性能,并研究通过紫外光引发对其原位改性的方法。论文的主要研究内容及结论如下:
(1)通过紫外光引发黄腐酸、AM、DAC接枝共聚,合成得到FA-P(AM-DAC)。单体含量、引发剂浓度、光照强度是影响其性能的关键合成因素。FA-P(AM-DAC)对水体中胶体颗粒的去除效果较好、所需投加量较少、混凝效率较高;而对溶解性有机物的去除率达到67%,高于市售絮凝剂。FA-P(AM-DAC)在混凝过程中,主要发挥电中和作用和吸附架桥作用。
(2)只投加市售聚合氯化铝(PAC)能够有效去除水体中胶体颗粒,但对溶解性有机物(黄腐酸)去除效果不好。通过在水体中投加少量AM和DAC,并在紫外光照下,对水体中黄腐酸进行原位改性;再投加PAC混凝后,黄腐酸去除率提高47.81%。
(3)通对亲疏水性分析、三维荧光光谱分析(FEEM)、红外光谱(FTIR)、分子量分布分析发现小球藻所产dEOM和bEOM组成、特性相似。dEOM和bEOM中均以强疏水性性的芳香物质、腐殖质为主,基团以O-H/N-H、P-H、C≡C/C≡N、C-O/C-N、C-H、C-O/C-N、O-H不饱和键为主,分子量分布在30~45kDa。
(4)将dEOM和bEOM与PAC复配后用于模拟饮用水处理发现,其对胶体颗粒的去除率比只投加等量PAC的去除率提高16.8%,证实dEOM和bEOM具有一定的助凝能力和潜在的自絮凝能力。通过Zeta电位、电子扫描电镜(SEM)分析得出dEOM和bEOM在混凝过程中发挥了吸附、架桥作用。在含藻水体中,通过紫外光原位改性dEOM和bEOM。在dEOM和bEOM自絮凝作用下,水体中溶解性有机物去除率提升18.6%,小球藻去除率提升45.2%。藻类的收集效率得到提升。
黄腐酸是一种常见的天然有机物。本论文首先通过紫外光引发黄腐酸(FA)、丙烯酰胺(AM)、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)接枝共聚,得到黄腐酸絮凝剂(FA-P(AM-DAC))。再通过均匀设计优化试验对合成条件进行优化及聚合产物进行筛选,得到絮凝性能较好的FA-P(AM-DAC),分析其分子结构、热稳定性、混凝效果。在此基础上,论文研究了通过紫外光原位改性来强化黄腐酸在模拟水源水中絮凝能力。进而探究小球藻胞外有机物的原位改性、提升其自絮凝性能的方法。论文研究了小球藻所产溶解型胞外有机物(dEOM)和粘附型胞外有机物(bEOM)的组成与特性,探究其潜在絮凝性能,并研究通过紫外光引发对其原位改性的方法。论文的主要研究内容及结论如下:
(1)通过紫外光引发黄腐酸、AM、DAC接枝共聚,合成得到FA-P(AM-DAC)。单体含量、引发剂浓度、光照强度是影响其性能的关键合成因素。FA-P(AM-DAC)对水体中胶体颗粒的去除效果较好、所需投加量较少、混凝效率较高;而对溶解性有机物的去除率达到67%,高于市售絮凝剂。FA-P(AM-DAC)在混凝过程中,主要发挥电中和作用和吸附架桥作用。
(2)只投加市售聚合氯化铝(PAC)能够有效去除水体中胶体颗粒,但对溶解性有机物(黄腐酸)去除效果不好。通过在水体中投加少量AM和DAC,并在紫外光照下,对水体中黄腐酸进行原位改性;再投加PAC混凝后,黄腐酸去除率提高47.81%。
(3)通对亲疏水性分析、三维荧光光谱分析(FEEM)、红外光谱(FTIR)、分子量分布分析发现小球藻所产dEOM和bEOM组成、特性相似。dEOM和bEOM中均以强疏水性性的芳香物质、腐殖质为主,基团以O-H/N-H、P-H、C≡C/C≡N、C-O/C-N、C-H、C-O/C-N、O-H不饱和键为主,分子量分布在30~45kDa。
(4)将dEOM和bEOM与PAC复配后用于模拟饮用水处理发现,其对胶体颗粒的去除率比只投加等量PAC的去除率提高16.8%,证实dEOM和bEOM具有一定的助凝能力和潜在的自絮凝能力。通过Zeta电位、电子扫描电镜(SEM)分析得出dEOM和bEOM在混凝过程中发挥了吸附、架桥作用。在含藻水体中,通过紫外光原位改性dEOM和bEOM。在dEOM和bEOM自絮凝作用下,水体中溶解性有机物去除率提升18.6%,小球藻去除率提升45.2%。藻类的收集效率得到提升。