典型氧化技术对饮用水中化学类嗅味物质的控制效果及机制研究

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近年来,饮用水嗅味问题在世界上很多国家反复出现,饮用水行业面临巨大挑战,居民生活和健康受到影响和威胁,饮用水安全问题备受关注。由于社会发展和生产生活中苯、醚、酚和吲哚等化学物质的大量使用和随意排放,导致水源中的酚和吲哚类有机物被频繁检出,引起了人们对主要由此引发的化学类嗅味问题的担忧。由于目前饮用水处理厂的常规处理工艺:混凝,沉淀,过滤等难以对嗅味物质进行有效去除,所以需要在饮用水处理工艺中增加强化去除的方式进一步处理,而化学氧化技术因其方便高效的优点而在实际生产中广泛应用。本文主要针对次氯酸钠(NaClO)和高锰酸钾(KMnO4)两种典型氧化剂,以3-甲基酚(3-MP)、2,6-二氯苯酚(2,6-DCP)、吲哚(Indole)和3-甲基吲哚(3-MI)四种化学类嗅味物质为主要目标物,研究了NaClO和KMnO4对3-MP、2,6-DCP、Indole和3-MI的去除效果、氧化动力学、pH和NOM的影响、反应机理以及实际水体中的氧化效果等。以期为饮用水处理过程的化学类嗅味紧急事件中酚类和吲哚类等物质的控制提供基本数据参考。在pH为7的条件下,考察了不同投加量的NaClO和KMnO4氧化3-MP、2,6-DCP、Indole和3-MI混合液的去除效果和氧化动力学。氧化效果实验结果表明,NaClO氧化可高效去除Indole和3-MI,可有效去除3-MP和2,6-DCP;而KMnO4对3-MI的氧化可高效去除,对3-MP和2,6-DCP可有效去除,但对Indole不可有效去除。且除NaClO对3-MP和2,6-DCP的氧化效果随NaClO投加量的增加而明显增强外,其余氧化过程基本不受氧化剂投加量的影响。采用以3-MP为竞争基准物的竞争动力学对NaClO和KMnO4氧化四种嗅味物质的动力学进行分析。氧化动力学分析结果表明,NaClO和KMnO4氧化3-MP、2,6-DCP、Indole和3-MI的过程符合二级动力学模型。其中,NaClO氧化四种目标嗅味物质的二级动力学常数的顺序为:3-MI、Indole、3-MP、2,6-DCP。KMnO4氧化四种目标嗅味物质的二级动力学常数的顺序为:2,6-DCP、3-MI、3-MP、Indole。在pH为5-9的条件下考察了不同pH对NaClO和KMnO4氧化四种目标嗅味物质去除效果的影响,结果表明,pH对NaClO和KMnO4氧化3-MP和2,6-DCP的去除效果影响较大,3-MP在偏碱性条件下去除效果较好,2,6-DCP在中性条件下能更好的被氧化去除。对于Indole和3-MI,pH仅对KMnO4氧化去除Indole略有影响,而其他氧化过程在不同pH条件下的去除效果基本相同。分析pH影响的氧化动力学可得,在中性条件下NaClO氧化3-MP和2,6-DCP以及KMnO4氧化2,6-DCP和3-MI的反应速率较快,在偏酸性条件下NaClO氧化Indole和3-MI反应速率较快。在偏碱性条件下KMnO4氧化3-MP的反应速率较快。KMnO4氧化Indole的反应速率受pH的影响较小。考察实验中2.0-8.0 mg·L-1的NOM对NaClO和KMnO4氧化四种目标嗅味物质去除效果的影响,结果表明,水中的NOM会降低NaClO氧化目标嗅味物质的去除效果,但对KMnO4氧化过程具有促进作用。对NaClO氧化降解四种目标嗅味物质的过程中生成的部分产物的分析表明,NaClO主要通过氯代反应降解3-MP和2,6-DCP,检测到4种氯代产物;而对Indole和3-MI的降解途径主要是氯代反应和羟基化反应,检测到3种中间产物,并推测了可能的反应路径。对实际水体中四种目标嗅味物质的氧化去除效果的研究表明,实际水体背景条件下氧化嗅味物质的去除效果主要受水中NOM浓度的影响。
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