二氧化钛光催化抑制UV-氯消毒工艺中THMs生成的研究

作     者：韩绮 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王燕

授予年度：2015年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081705[工学-工业催化] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：光催化 MBR 消毒副产物 DOM THMs 

摘      要：生物处理出水中存在多种病原微生物、微量有毒有害化学污染物和植物性营养物质,这些物质经过消毒处理后会产生一些对人体有害的消毒副产物。这对再生水安全利用存在一定的风险,从而制约着回用水的再生利用。本论文选用在紫外消毒（UV）中添加二氧化钛联合氯消毒对城市污水厂二沉池出水、模拟MBR出水、实际MBR出水进行消毒处理,并研究了光催化对THMs消毒副产物前驱物的降解效果。本文还采用树脂分离、三维荧光（3DEEM）、红外光谱（FTIR）、凝胶渗透色谱（GPC）等技术对三种不同水样及其经过光催化处理后的出水中有机物组分进行表征,分析了光催化对不同水样亲疏水特性、荧光特性、红外光谱特性和分子量分布特性的影响。通过研究水样中消毒副产物前驱物的分子量分布特征和亲疏水性有助于处理工艺的选择,并对处理效果做出预测,推测出光催化的降解机理。本论文得出的主要结果如下：（1）在UV消毒中添加二氧化钛对济南市城市污水处理厂二级出水氯消毒副产物有一定的去除效果,三卤甲烷（THMs）去除率随着光催化工艺条件的不同存在差异。其中,光催化剂投加量对THMs去除效果的影响最大,在所选的投加量范围内,投加量越大,THMs去除效果越好。对水中可溶性有机物（DOM）的分析表面,二沉池出水中的主要有机物为芳香蛋白类及类腐殖酸类物质（占有机物总荧光值70%以上）,紫外消毒降低了原水中芳香蛋白类产物的量,但类黄腐酸及类腐殖酸类物质增加。在添加Ti02后,芳香蛋白类物质的量降低幅度增大。由红外光谱分析可知,UV能将水中有机物的部分官能团破坏而添加了二氧化钛后,氧化能力增强,有机物被氧化的更为彻底。GPC结果表明,UV能破坏有机物的分子结构,使大分子有机物被降解为小分子有机物。添加二氧化钛后,有机物被光催化进一步降解。（2）MBR技术和光催化技术联用处理明显提高了出水水质,降低了MBR出水中消毒副产物前驱物的含量,但总三卤甲烷生成势（THMFP）降低不多。树脂分级分离试验表明,MBR光催化可以降低疏水性物质（HOA）组分产生的THMs,从而降低水中的消毒副产物含量。三维荧光分析结果显示,与MBR出水相比,MBR光催化出水总荧光强度明显降低,其中芳香蛋白类有机物明显减少。（3）对实际MBR出水研究表明,光催化能有效降低实际MBR出水中THMs前驱物的量。光催化对实际MBR出水中的HOA有较好的去除效果,但对疏水碱性物质（HOB）,疏水中性物质（HON）及亲水性物质（HIS）去除效果不明显。实际MBR出水及MBR光催化出水中的主要荧光物质均为腐殖酸类有机物。实际MBR出水与MBR光催化出水相比含更多的芳香蛋白类物质。光催化可以破坏水中有机物的大部分官能团,对酚、醇类有机物,芳香环和不饱和芳香性物质以及羧酸类化合物有较好的去除效果。实际MBR出水及MBR光催化出水主要都以大于20 kDa分子量的大分子有机物为主。光催化能有效破坏水中的大分子物质,使之降解为小分子有机物。