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UV/H_(2)O_(2)/GAC工艺去除水中全氟化合物

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环境工程学报 2024年第2期18卷 531-538页

作者：郝明明郝昊天石宝友胡永珍王庆薛重华黄鑫中国科学院生态环境研究中心北京100085 中国科学院大学北京100049 乌鲁木齐建筑市场运行服务中心乌鲁木齐830002 北京建筑大学城市雨水系统与水环境教育部重点实验室北京100044 北京建筑大学北京节能减排与城乡可持续发展省部共建协同创新中心北京100044

全氟化合物(PFCs)持久存在于水环境中,难以通过传统的水处理工艺去除,提高水中PFCs的去除性能具有重要意义。本研究采用快速小柱实验探究了UV、H_(2)O_(2)和颗粒活性炭(GAC)组合工艺对水中4种PFCs的去除效果,并探究了UV照射时长和H_(2)O... 详细信息

全氟化合物(PFCs)持久存在于水环境中,难以通过传统的水处理工艺去除,提高水中PFCs的去除性能具有重要意义。本研究采用快速小柱实验探究了UV、H_(2)O_(2)和颗粒活性炭(GAC)组合工艺对水中4种PFCs的去除效果,并探究了UV照射时长和H_(2)O_(2)质量浓度对PFCs的直接去除效果及其对后续GAC吸附的影响。结果表明:不同工艺条件下,长链全氟辛酸(PFOA)和全氟辛烷磺酸(PFOS)始终表现出较短链全氟丁酸(PFBA)和全氟丁烷磺酸(PFBS)更高的去除率。单独GAC吸附对长链全氟PFOA和PFOS去除率为59.6%和64.3%,但对短链PFBA和PFBS去除率仅为11.7%和13.1%。单独UV或单独H_(2)O_(2)分别与GAC联用时,随着UV照射时长和H_(2)O_(2)质量浓度的增加,4种PFCs的去除率略有增加,且UV照射的增益效果较H_(2)O_(2)更优。UV/H_(2)O_(2)/GAC联用工艺对水中4种PFCs的去除效果最佳,30 min UV/H_(2)O_(2)处理后经GAC吸附可去除90%以上的PFOA和PFOS,短链PFBA和PFBS去除率也达到50%以上。UV/H_(2)O_(2)/GAC联工艺的良好效果是由于UV/H_(2)O_(2)高级氧化过程产生的羟基自由基氧化反应降低了水中大分子有机物的含量,从而减弱了有机物对PFCs的竞争吸附作用。本研究可为水中PFCs的高效处理提供技术参考。

关键词：水处理高级氧化技术活性炭全氟化合物

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活性炭吸附去除氟表面活性剂的研究进展

环境科学学报 2023年第12期43卷 169-177,I0006页

作者：黄鑫石宝友中国科学院生态环境研究中心中国科学院饮用水科学与技术重点实验室北京100085 中国科学院大学北京100049

全氟及多氟化合物中氟表面活性剂类物质的大量生产和使用,导致其在水环境介质中广泛检出.由于氟表面活性剂具有持久性、累积性和高毒性,研发其高效处理技术对于控制其环境及健康风险具有重要意义.鉴于C—F键的强稳定性,活性炭吸附是目... 详细信息

全氟及多氟化合物中氟表面活性剂类物质的大量生产和使用,导致其在水环境介质中广泛检出.由于氟表面活性剂具有持久性、累积性和高毒性,研发其高效处理技术对于控制其环境及健康风险具有重要意义.鉴于C—F键的强稳定性,活性炭吸附是目前最适用的处理技术之一.本文详细阐述了氟表面活性剂的特性、吸附作用机制及活性炭物化性质对其吸附性能的影响,可为氟表面活性剂吸附机理的研究及高效活性炭吸附材料的研发提供科学指导.

关键词：活性炭吸附全氟化合物氟表面活性剂界面作用

给水管网铁颗粒物对全氟化合物的富集及对消毒副产物的影响

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环境科学学报 2023年第12期43卷 296-300页

作者：张燕丽庄媛石宝友中国科学院生态环境研究中心中国科学院饮用水科学与技术重点实验室北京100085 中国科学院大学北京100049

给水管网中普遍存在铁颗粒物,对水中微量污染物可能产生富集作用,然而铁颗粒物对全氟烷基和多氟烷基物质(PFASs)的富集机制及其水质健康风险仍有待深入研究.本文探究了Fe(II)生成铁颗粒物的过程中对PFASs的富集性能,发现在铁离子原位形... 详细信息

给水管网中普遍存在铁颗粒物,对水中微量污染物可能产生富集作用,然而铁颗粒物对全氟烷基和多氟烷基物质(PFASs)的富集机制及其水质健康风险仍有待深入研究.本文探究了Fe(II)生成铁颗粒物的过程中对PFASs的富集性能,发现在铁离子原位形成铁颗粒物的过程中,对长碳链全氟化合物的富集性能比短碳链全氟化合物更高.对PFASs的富集导致铁颗粒物粒径增大,未加入PFASs的样品反应后颗粒物平均粒径约为8.03μm,反应后除全氟丁磺酸组之外其他样品粒径均在10.6μm以上.此外,还发现4种PFASs存在下均能提升铁颗粒物对消毒副产物生成的促进作用,全氟辛酸、全氟辛磺酸、全氟丁酸、全氟丁磺酸存在下消毒副产物的生成量分别提升了35.5%±1%、63.3%±0.4%、41.6%±0.5%、18.1%±0.1%.消毒副产物浓度和铁颗粒物粒径呈现良好的线性正相关,线性拟合系数R2为0.8546.X射线衍射表征表明,PFASs提升了铁颗粒物晶体中FeOOH的含量.由此可见,铁颗粒物对PFASs的富集能够促进给水管网中消毒副产物的生成,从而进一步加剧水质风险.

关键词：给水管网颗粒物黄水风险

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老旧无内衬铸铁管中氯对水质的影响

环境工程学报 2023年第2期17卷 675-681页

作者：李冬涵庄媛滑熠龙石宝友南华大学资源环境与安全工程学院衡阳421001 中国科学院生态环境研究中心中国科学院饮用水科学与技术重点实验室北京100085 中国科学院大学北京100049

给水管网铁释放对于饮用水水质具有重要影响。通过浸泡实验和烧杯实验探究实际老旧无内衬铸铁管中氯对铁腐蚀的影响。一方面,通过实际管段浸泡实验,对比了不同初始氯浓度下管道中水质变化,发现在高初始氯下浊度和三磷酸腺苷增大,这表明... 详细信息

给水管网铁释放对于饮用水水质具有重要影响。通过浸泡实验和烧杯实验探究实际老旧无内衬铸铁管中氯对铁腐蚀的影响。一方面,通过实际管段浸泡实验,对比了不同初始氯浓度下管道中水质变化,发现在高初始氯下浊度和三磷酸腺苷增大,这表明在铁释放严重的无衬里铸铁管道中,消毒剂的增加可能引发水质微生物风险;另一方面,通过烧杯实验进一步确认了氯对管网颗粒物结构的影响,发现氯能够通过降低颗粒物表面电荷导致静电排斥降低,从而加剧了颗粒物的团聚,导致粒径变大、浊度升高,且颗粒物对消毒副产物三卤甲烷具有一定的富集累积作用,引发水质化学风险。本研究结果可为了解给水管网中氯引发的黄水风险提供参考。

关键词：给水管网颗粒物黄水水质风险

供水PE和PPR塑料管内表面生物膜群落组成及其代谢特征

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环境科学学报 2023年第12期43卷 287-295页

作者：陈慧马徐王海波石宝友中国科学院生态环境研究中心中国科学院饮用水科学与技术重点实验室北京100085 中国科学院大学北京100049

饮用水管道材料可以影响管壁生物膜群落组成,其代谢功能的差异又会导致不同的微生物风险.以PE管和PPR管为实验对象,结合16S rRNA测序、非靶向代谢组学、流式细胞仪和激光共聚焦扫描显微镜等方法,探究不同塑料管材对管壁生物膜微生物群... 详细信息

饮用水管道材料可以影响管壁生物膜群落组成,其代谢功能的差异又会导致不同的微生物风险.以PE管和PPR管为实验对象,结合16S rRNA测序、非靶向代谢组学、流式细胞仪和激光共聚焦扫描显微镜等方法,探究不同塑料管材对管壁生物膜微生物群落组成、代谢过程和微生物量的影响.结果表明,PPR管生物膜中微生物多样性和丰富度明显高于PE管.PPR管生物膜中变形菌门和拟杆菌门相对丰度高于PE管,PE管生物膜中放线菌门和酸杆菌门相对丰度高于PPR管.PE管壁生物膜中微生物代谢产物主要为十五烷酸、棕榈油酸和乙底酚等物质,PPR管生物膜中微生物代谢产物主要有13-氧化ODE、间香豆酸、7-羟基香豆素和松三糖等物质.相比于PPR管,PE管生物膜中与微生物代谢产物相对应的代谢通路包括核苷酸代谢、脂肪酸的生物合成和嘌呤代谢等表达量显著上调.与PPR管相比,PE管生物膜厚度更厚、微生物量更多,活菌比例更高,容易导致更强的微生物风险.因此,建议以后深入探究不同材质的塑料管对生物膜形成的影响机制并提出相应控制措施,以确保饮用水塑料管网水质微生物安全.

关键词：供水塑料管材生物膜微生物群落组成代谢组学

水质条件和形成途径对铁颗粒物致色致浊的影响

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环境科学学报 2023年第12期43卷 301-307页

作者：侯加豪鲁智礼李贵伟马腾冲石宝友华北水利水电大学环境与市政工程学院郑州450045 中国科学院生态环境研究中心饮用水科学与技术重点实验室北京100085 中国科学院大学北京100049

给水管道铁腐蚀垢可能释放Fe(II)、Fe(III)等导致末端龙头水的色度和浊度升高,从而导致用户用水投诉增加.本文探究了在不同水质背景(去离子水和自来水)下,经过不同途径(氧化、水解)生成的三价铁颗粒物悬浊液的色度、浊度差异,进一步从... 详细信息

给水管道铁腐蚀垢可能释放Fe(II)、Fe(III)等导致末端龙头水的色度和浊度升高,从而导致用户用水投诉增加.本文探究了在不同水质背景(去离子水和自来水)下,经过不同途径(氧化、水解)生成的三价铁颗粒物悬浊液的色度、浊度差异,进一步从粒径、电位、形貌和晶体结构等方面分析产生差异的主要原因.结果显示,相对于氯(游离氯)氧化Fe(II)、Fe(III)直接水解等形成的铁颗粒物悬浊液,氧气氧化Fe(II)形成的铁颗粒物悬浊液的色度明显较高.相同总铁浓度条件下,颗粒物悬浊液色度与浊度呈正相关;自来水背景的铁颗粒物悬浊液浊度明显高于去离子水体系,可能是由于自来水中Ca^(2+)促进铁颗粒聚集所致.扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、动态光散射(DLS)等分析显示,氧气氧化Fe(II)形成的铁颗粒较松散,粒径更大,5线水铁矿是主要成分;氯氧化Fe(II)或Fe(III)直接水解生成的铁颗粒结构较致密,粒径更小,2线水铁矿是主要成分.上述差异可能是三者表现出不同致色、致浊特征的重要原因.

关键词：铁颗粒物悬浊液色度浊度粒径

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南方某市锰致规模性“黄水”发生规律及应对

中国给水排水 2023年第9期39卷 39-44页

作者：陈祺鲁智礼李贵伟石宝友华北水利水电大学环境与市政工程学院河南郑州450045 中国科学院生态环境研究中心饮用水科学与技术重点实验室北京100085 中国科学院大学北京100049

南方某市2019年以来给水管网“黄水”问题投诉占到用户关于水质问题投诉的约50%。总结多个水厂供水区域“黄水”发生规律发现,集中发生在2019年7月和8月的规模性“黄水”主要致色成分为锰,其与出厂水锰浓度升高至0.02 mg/L以上直接相关... 详细信息

南方某市2019年以来给水管网“黄水”问题投诉占到用户关于水质问题投诉的约50%。总结多个水厂供水区域“黄水”发生规律发现,集中发生在2019年7月和8月的规模性“黄水”主要致色成分为锰,其与出厂水锰浓度升高至0.02 mg/L以上直接相关,“黄水”样品中的锰超过0.1 mg/L标准限值,反映出管网中发生了锰的沉积再释放问题;色度与锰浓度呈显著正相关。主要致色成分为铁锰的非规模性“黄水”的主要原因是管网腐蚀以及锰的沉积再释放。因水源而引发“黄水”的水厂在将水库水切换回Mn(Ⅱ)浓度较低的江水后,集中性“黄水”投诉很快消失。对于另一因原水锰浓度升高而导致“黄水”投诉的水厂,在水库水锰浓度升高后加大投氯量、投加氢氧化钠等控锰效果并不理想;随后同时投加5 mg/L粉末活性炭(PAC)和1 mg/L氯,通过构建催化氧化能将出厂水锰浓度迅速控制在0.01 mg/L以下,成功抑制管网“黄水”。提升水库取水高度后进厂水锰浓度也相应下降。综上,监测原水Mn(Ⅱ)浓度,采取高效除锰措施将出厂水锰浓度控制在0.02 mg/L以下,以及对管网进行维护更新是控制“黄水”的关键。

关键词：饮用水黄水锰给水管网水源切换粉末活性炭

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供水管网铁释放的影响因素相对重要性分析

环境科学 2017年第12期38卷 5090-5096页

作者：刘莹于影石宝友刘书明吴雪清华大学环境学院饮用水安全教研所北京100084 中国科学院生态环境研究中心饮用水科学与技术重点实验室北京100085 中国科学院大学北京100049

供水管网的铁释放问题近年来日益受到关注.影响供水管网铁释放的因素众多,本研究选取了pH、溶解氧(DO)、碱度(Alk)、硬度、氯离子(Cl^-)、硫酸根(SO_4^(2-))、温度(T)和水力停留时间(HRT)这8个影响因素,利用逐步回归和偏相关分析,建立... 详细信息

供水管网的铁释放问题近年来日益受到关注.影响供水管网铁释放的因素众多,本研究选取了pH、溶解氧(DO)、碱度(Alk)、硬度、氯离子(Cl^-)、硫酸根(SO_4^(2-))、温度(T)和水力停留时间(HRT)这8个影响因素,利用逐步回归和偏相关分析,建立了铁释放的非线性幂指数模型,并用标准化回归系数和偏相关系数比较了这些因素的相对重要性.结果表明,铁释放模型拟合效果良好;用标准化回归系数衡量影响因素相对重要性时,SO_4^(2-)、HRT、Cl^-和T是相对重要的因素,相对重要性排序为SO_4^(2-)≈HRT>Cl^->T;用偏相关系数衡量时,HRT、SO_4^(2-)、Alk、Cl^-和T是相对重要的因素,排序为HRT>SO_4^(2-)>Alk>Cl^->T.综合两种系数的分析结果,HRT、SO_4^(2-)和Cl^-是本研究条件下相对重要的因素,T和Alk的相对重要性视实际情况变动.

关键词：供水管网铁释放逐步回归标准化回归系数偏相关系数

微量磺胺甲恶唑对饮用水管网生物膜群落及抗性基因的影响与控制

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环境工程学报 2023年第6期17卷 2077-2087页

作者：胡炽盛马徐倪炯王亮王海波石宝友中国科学院生态环境研究中心饮用水科学与技术重点实验室北京100085 中国科学院大学北京100049 绍兴市上虞区供水有限公司绍兴312300

针对饮用水管网系统可能存在的微生物风险问题,采用模拟不同处理条件下的输配水管道系统,通过宏基因组学分析探究微量磺胺甲恶唑以及次氯酸钠消毒对管道中生物膜与抗性基因组成的影响。结果表明,2μg·L^(-1)磺胺甲恶唑的添加对微生物... 详细信息

针对饮用水管网系统可能存在的微生物风险问题,采用模拟不同处理条件下的输配水管道系统,通过宏基因组学分析探究微量磺胺甲恶唑以及次氯酸钠消毒对管道中生物膜与抗性基因组成的影响。结果表明,2μg·L^(-1)磺胺甲恶唑的添加对微生物群落以及抗性基因组成无明显影响,而浮霉菌门细菌表现出很强的抗次氯酸钠消毒能力。在未消毒条件下丰度前十的抗性基因与携带差异性抗性基因的细菌在消毒后丰度均明显有所下降,次氯酸钠消毒使ARGs总量下降了91.9%,因此,次氯酸钠消毒通过控制携带抗性基因物种从而有效控制群落抗性基因的传播。同时,通过组间显著性差异的功能基因与组间显著性差异的抗性基因相关性分析,功能基因的变化情况与抗性基因变化情况一致,因此,长期消毒改变了细菌群落组成及其功能,并最终影响抗性基因传播。这项研究有助于控制长期运行的饮用水管网输配系统中可能存在的包括抗药基因在内的微生物相关风险问题。

关键词：磺胺甲恶唑饮用水管网输配系统细菌群落组成抗生素抗性基因宏基因组学