二氧化氯联合次氯酸钠消毒副产物的生成与控制

作     者：王兆然 

作者单位：南京信息工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：方华

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：二氧化氯 次氯酸钠 联合消毒 消毒副产物 天然有机物 

摘      要：二氧化氯(ClO)具有高效、广谱的杀菌能力,且不产生卤代消毒副产物,是一种优异的替代氯消毒剂。但ClO消毒过程中会生成无机副产物—亚氯酸盐(ClO)和氯酸盐(ClO),尤其是ClO较易超标,这一问题在水处理领域已受到广泛关注。为控制其副产物的超标风险,近年来已有水厂采用二氧化氯和次氯酸钠(NaClO)联合消毒方式,但对联合消毒副产物(DBPs)生成机制和控制方法尚不明确。本研究从二氧化氯制备方法、与天然有机物(NOM)反应、投加方式及水处理工艺影响三个方面,开展二氧化氯联合次氯酸钠消毒工艺副产物生成及影响因素的研究,并以实际水样为对象,探索了二氧化氯联合消毒副产物控制方法。本文主要研究结果如下:(1)不同制备方法对副产物生成影响的研究表明,ClO吸收液引入的副产物ClO和ClO要远小于ClO混合液。复合吸收液中有效氯衰减最慢,投加消毒时无机副产物和氯代副产物分别低于高纯吸收液和NaClO消毒剂。综合考虑副产物的引入、有效氯衰减和消毒过程中副产物生成量等方面,投加复合吸收液性能最优。(2)与不同种类天然有机物(NOM)反应研究表明,相同浓度下ClO和NaClO均与单宁酸(TA)反应活性最高,其次是腐殖酸(HA)、牛血清蛋白(BSA),与海藻酸钠(SA)反应活性最低;随着NOM浓度的升高,ClO会继续和过量的HA反应,BSA与TA则不与ClO反应。当水中NOM浓度较低时,联合消毒剂中ClO消耗量远大于NaClO;随着NOM浓度的升高,NaClO消耗量逐渐增大,三氯甲烷(CHCl)生成量开始增加。通过对天然水体消毒前后荧光光谱分析显示,联合消毒主要前体物为腐殖酸和富里酸类物质。(3)联合消毒剂中ClO反应速率受温度的影响小于NaClO,ClO生成比率随温度的升高而下降,ClO、CHCl的生成比率则随温度的升高而增加。当溶液p H升高时,ClO生成量逐渐增加,ClO生成量先减少再增加。CHCl在中性条件下的生成量最大,酸性和碱性条件下生成量较少。投加ClO占比为75%的联合消毒剂消毒时,相比单一消毒剂,副产物ClO占标率减少了68.5%,CHCl占标率减少134.6%,生成副产物总占标率最低。联合消毒时先投加ClO能有效减少有机副产物CHCl的生成,降低生成副产物的总占标率。(4)常规水处理工艺对于水中腐殖酸和富里酸类物质去除有限,对常规工艺处理后的水样消毒,副产物ClO、ClO和CHCl生成量分别降低了30%、20%、26%。深度水处理工艺对腐殖酸和富里酸类物质去除效果显著,能够通过去除原水中消毒前体物来控制消毒副产物的生成。经深度工艺处理后的两种水样ClO生成量能够降低55%以上,CHCl生成量则降低75%以上。对两种实际水样采用深度工艺处理后,投加消毒过程中生成的DBPs占标率大幅度降低,DBPs总占标率分别仅为38.0%和21.3%。