传统消毒工艺对游离态蓝藻胞外聚合物的降解转化研究

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目前水源水体蓝藻污染势态的普遍化和严重化导致蓝藻胞外聚合物(EPS)的污染控制迫在眉睫。蓝藻EPS是水源水中中的一项重要有机污染源,其在蓝藻生长繁殖过程大量释放并游离于周围水环境中。针对游离态蓝藻EPS不易在常规物化处理过程中截留去处,极易残留在工艺处理出水中,成为消毒副产物前驱物的特性,本研究重点考察了传统消毒工艺对游离态蓝藻EPS降解转化效果,对比分析了次氯酸钠、液氯、紫外线、臭氧等不同消毒处理和工艺条件对不同含量游离态蓝藻EPS的降解转化效率,同时探究了游离态蓝藻EPS在不同消毒工艺处理后的消毒副产物生成情况,阐明了游离态蓝藻EPS在传统水处理消毒工艺环节中的去除规律及转化机制,并基于游离态蓝藻EPS有机污染去除和饮用水水质消毒副产物安全限制分析,对比优选饮用水消毒处理工艺方法。本论文的研究内容及结论如下:(1)研究了不同氯化消毒工艺处理时,蓝藻EPS在次氯酸钠和液氯消毒过程中的降解转化和消毒副产物产生。在相同的消毒剂量条件下,次氯酸钠消毒对蓝藻EPS中多糖类、蛋白类、腐殖酸类物质的降解效率比液氯更高,其中经过次氯酸钠消毒后水样中蛋白质的降解效率几乎接近百分之百,而对多糖的降解效率也在41.6%-74.6%之间,这远高于液氯消毒后的21.4%-41%的降解效率。次氯酸钠消毒更大程度上促使了大分子链物质的降解,趋向于向小分子链物质的彻底转化。然而同时,使用次氯酸钠对相同浓度蓝藻EPS的水体进行消毒后,其消毒副产物的产生量要远远多于液氯消毒,其中三卤甲烷和卤乙酸产生量的尤为明显。经过次氯酸钠消毒后高含量EPS水样所产生的三卤甲烷和卤乙酸含量分别为492μg/L-592μg/L和368μg/L-586μg/L,低含量EPS水样所产生的三卤甲烷和卤乙酸含量分别为266μg/L-294μg/L和212μg/L-324μg/L;而经过液氯消毒后高含量EPS水样所产生的三卤甲烷和卤乙酸含量分别为59μg/L-145μg/L和130μg/L-196μg/L,低含量EPS水样所产生的三卤甲烷和卤乙酸含量分别为37μg/L-60μg/L和60μg/L-103μg/L。蓝藻EPS中的大量有机物质是产生消毒副产物的重要前驱物,氯化消毒过程中蓝藻EPS有机组分的降解和消毒副产物的产生都遵循一定的转化规律:降解效率随消毒剂量增加而增加,随蓝藻EPS含量升高而降低;副产物生成随消毒剂量增加而增加,随蓝藻EPS含量升高而增加。因此,氯化消毒剂量的增加和蓝藻EPS浓度的升高都是导致消毒水质不安全的主要因素。而次氯酸钠相较于液氯对消毒副产物的贡献值更高,其水质安全性更低。因此若基于消毒副产物生成的安全隐患考虑,使用液氯消毒可能比次氯酸钠消毒更安全一些。但在水处理工艺过程中,对含蓝藻EPS水消毒处理前增设蓝藻EPS去除工艺,才可以更有效的降低消毒副产物的生成。(2)对比分析了不同非氯化消毒工艺处理时,蓝藻EPS在紫外线和臭氧消毒过程中的降解转化和消毒副产物产生。由于紫外线辐射的破坏作用和臭氧的强氧化作用,蓝藻EPS中的多糖类、蛋白类等大分子有机物可以实现较大程度的氧化降解,且随着消毒剂量的升高,大分子趋向于更小分子量的物质降解的趋势更加明显。紫外线对于蓝藻EPS大分子有机组分的降解转化相较于臭氧效率更高,这与紫外线对多糖类大分子链物质结构的断裂破坏有关。相较于氯化消毒方式,紫外线和臭氧两种非氯化消毒方式均不会导致三卤甲烷、卤乙酸和总有机卤素等消毒副产物的大量产生,甚至臭氧消毒能够破坏三卤甲烷、卤乙酸、总有机卤素等的物质结构,对卤代有机消毒副产物的含量有一定的降解控制作用。因此非氯化消毒比氯化消毒更适于含蓝藻EPS水源的安全处理,而臭氧消毒更可以优选为游离态蓝藻EPS降解和消毒副产物控制的协同消毒工艺。
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