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近年来,随着水源水质恶化,传统的常规水处理工艺难以满足日益严格的饮用水卫生标准,强化常规处理工艺是易于被水厂接受的可有效解决水质污染问题的技术之一。单一水源供水很难满足城市供水安全的需求,江苏某市采用多水源供水,但不同水源供水也存在诸如水源水质不稳定、复合污染、水质差异性大、水厂工艺需要适应各种水源水质等问题,因此探索与不同水源原水水质特征适配的强化常规处理工艺技术,具有重要的理论意义和实用价值。 在充分考虑各水体水域面积和采样布点代表性的基础上,对江苏某市多个供水水源水质进行了长期取样监测,系统考察了HS、YC和备用水源XJ的水质污染特征,并对其水质污染进行了风险评价。结果表明,HS与YC水质整体处于平稳状态,水质较好,XJ水质较差。水源水均面临季节性嗅味、藻类、微囊藻毒素(MCs)和痕量有机物污染的水质问题,XJ还面临氨氮和砷超标等水质问题。 水源水中嗅味污染物二甲基异莰醇(MIB)和β-紫罗兰酮(BI)是主要的致嗅污染物,均大于10ng/L,MCs浓度处于较低水平,均小于1μg/L,在藻类密度较大时,存在一定的健康风险。痕量有机物如有机氯农药(OCPs)、多环芳烃(PAHs)、邻苯二甲酸酯类(PAEs)污染物、双酚A类(BPs)污染物和抗生素类污染物受污染排放源和人类活动的影响较大,基本呈XJ>HS>YC的趋势,具有明显的季节和空间分布规律,其中OCPs、PAHs、PAEs和BPs在XJ水中的浓度范围分别为540.1~753.4ng/L、100.6~357.1ng/L、421~814ng/L和25.8~578.9ng/L。所研究的几类典型痕量有机物中10种OCPs,14种PAHs,6种PAEs,7种BPs和9种抗生素检出频次较多,检出浓度较高。整体来说HS和YC处于低度污染水平,XJ处于中低度污染水平。经风险分析可知,所研究的痕量有机污染物的暴露水平范围被认为是可接受的,不会引起明显的健康风险。但污染物β-六六六(β-HCH)、?(Chr)和茚并芘(IcdP)对成人尤其是儿童引起的健康风险以及抗生素类污染物存在潜在生态风险,需引起重视。 针对某市多个供水水源均存在嗅味、藻类和MCs污染问题,考察了不同预氧化、预吸附和预氧化(吸附)-混凝处理等强化常规除污染技术对多水源水中的嗅味污染物、藻类和MCs的去除效果,结果表明,水厂常规处理工艺对嗅味污染物和MCs的去除效果有限,高锰酸钾和臭氧复合预氧化可实现氧化剂之间的优势互补,提高嗅味污染物、藻类和MCs的强化去除效果。臭氧预氧化对土臭素(GSM)、MIB、BI和β-环柠檬醛(BC)的去除效果均较好,高锰酸钾和次氯酸钠对GSM和MIB的去除效果有限;臭氧、高锰酸钾和次氯酸钠对MCs(三种异构体MC-RR、MC-YR和MC-LR)的去除效果较好,对藻类和叶绿素a有一定的去除效果。水中嗅味污染物、藻类和MCs的去除均呈YC>HS>XJ、BI>BC>GSM>MIB、MC-RR>MC-YR>MC-LR的趋势。臭氧对嗅味污染物和MCs的氧化过程以及高锰酸钾对MCs的氧化过程均符合拟一级反应动力学,反应速率常数K呈现BI>BC>GSM>MIB、MC-RR>MC-YR>MC-LR的趋势,氧化过程中存在臭氧的直接反应,也存在?OH的间接反应。臭氧氧化GSM和MIB主要依靠分解产生的?OH,对BC和BI的氧化既有臭氧直接氧化,也有?OH对分子结构中的羰基的氧化。 考察了不同预氧化、粉末活性炭(PAC)预吸附和预氧化(吸附)-混凝处理强化常规除污染技术对多水源水中的痕量有机污染物的去除效果,结果表明,水厂常规工艺对所研究的痕量有机污染物去除效果有限,预氧化-预吸附-混凝处理组合工艺尤其是高锰酸钾与臭氧复合预氧化-PAC-混凝处理组合工艺对多水源水中痕量有机污染物的去除效果较好。复合预氧化组合工艺对水源水中OCPs、Σ10PAHs、ΣPAEs、BPs和抗生素类污染物的去除率分别达到了50%、85%、80%、90%和92%以上。PAC对水源水中痕量有机污染物有一定强化去除作用,在适量的投量下(10~15mg/L),痕量有机污染物均有不同程度的去除。 针对XJ水中氨氮和砷超标的水质问题,考察了改性沸石粉预吸附、改性沸石颗粒强化过滤对水中氨氮的去除效果,高锰酸钾预氧化-强化混凝对砷的去除效果,结果表明,改性沸石粉和改性沸石颗粒通过离子交换和化学吸附作用显著提高了对水中氨氮的去除效果。对沸石吸附氨氮的特性进行了分析,改性沸石粉对氨氮的吸附过程符合拟二级动力学模型,主要传质控制步骤是表面扩散和粒子内部扩散,更适于用Langmuir等温吸附模型描述,是自发、放热和熵减小的过程。改性沸石颗粒过滤对氨氮和耗氧量的去除效果明显优于石英砂过滤,吸附饱和的沸石颗粒经盐再生处理可重复使用。高锰酸钾预氧化-强化混凝处理,可将As(III)转化为与混凝剂水解产物亲和力较强的As(V),还原产物MnO2的吸附和强化混凝共沉淀作用,从而提高了水中砷、有机物和浊度的去除效果。 在大量研究工作基础上,本文提出了与江苏某市多水源水中嗅味污染物、藻类、MCs、痕量有机污染物以及XJ水源中氨氮和砷等水质污染特征适配的强化常规去除技术方案。可根据水源水质的污染状况,使用相应的强化常规处理技术,提高出水水质,为水厂实际运行中多水源水质切换提供适配的水质净化理论基础和技术支撑,对保障江苏某市居民饮用水安全,具有十分重要的现实意义。