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饮用水处理过程中天然有机物引起的超滤膜污染机制研究进展

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水处理技术 2024年第6期50卷 1-7,20页

作者：石皓天于水利侯立安同济大学环境科学与工程学院污染控制与资源化研究国家重点实验室上海200092 上海污染控制与生态安全研究院上海200092

天然有机物(NOM)存在于地表水、地下水和土壤水中。超滤(UF)膜技术具有运行压力小、设备集成化程度高和占地面积小等优势,但NOM造成的复合污染使超滤膜在水处理的应用管理变得复杂。本文在概述NOM的来源、组成和化学性质的基础上,通过... 详细信息

天然有机物(NOM)存在于地表水、地下水和土壤水中。超滤(UF)膜技术具有运行压力小、设备集成化程度高和占地面积小等优势,但NOM造成的复合污染使超滤膜在水处理的应用管理变得复杂。本文在概述NOM的来源、组成和化学性质的基础上,通过分析不同结构特征的NOM间的相互作用机制,阐述了不同结构特征的NOM的复合膜污染。从离子与NOM络合的影响因素、络合对NOM理化性质的影响等,分析了离子与NOM的复合膜污染。最后,分析了目前研究面临的挑战,并对未来的发展方向进行了展望。

关键词：饮用水天然有机物超滤膜污染复合污染无机络合分子间相互作用

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氨氮和天然有机物对滤柱铁锰净化性能的影响

哈尔滨工业大学学报 2023年第2期55卷 1-8页

作者：张杰张朝祥李冬郑纪芳曾辉平水质科学与水环境恢复工程北京市重点实验室(北京工业大学) 北京100124 城市水资源与水环境国家重点实验室(哈尔滨工业大学) 哈尔滨150090

为探究氨氮和天然有机物对滤柱铁锰净化性能和所需滤层厚度的影响,针对受铁锰氨天然有机污染(TFe 4.7~5.4 mg/L,Mn(Ⅱ)1.1~1.3 mg/L,NH_(4)^(+)-N 1.4~1.8 mg/L,COD_(Mn) 5.9~7.4 mg/L)的地下水,采用模拟生物滤柱在水温14~17℃的条件下... 详细信息

为探究氨氮和天然有机物对滤柱铁锰净化性能和所需滤层厚度的影响,针对受铁锰氨天然有机污染(TFe 4.7~5.4 mg/L,Mn(Ⅱ)1.1~1.3 mg/L,NH_(4)^(+)-N 1.4~1.8 mg/L,COD_(Mn) 5.9~7.4 mg/L)的地下水,采用模拟生物滤柱在水温14~17℃的条件下进行各污染物同层净化试验。试验所用滤柱为除铁锰成熟生物滤柱,利用循环接种和自然挂膜的方法历时79 d完成氨氮和天然有机物同层净化工艺的启动。结果表明,氨氮的存在会使得滤柱Mn(Ⅱ)去除区间下移,对滤柱的铁锰去除能力无显著影响。在溶解氧(DO)充足的条件下,Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)和氨氮三者可同时被氧化去除。天然有机物的存在可造成滤层铁锰净化能力下降,高效铁锰去除区间显著下移,净化铁锰所需滤层厚度增加,对氨氮的去除有一定的促进作用。适当的反冲洗不会对成熟滤层的净化性能造成影响。

关键词：地下水铁锰氨氮天然有机物同池净化氧化去除区间反冲洗

天然有机物对纳滤去除水中全（多）氟化合物影响的研究

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天然有机物对纳滤去除水中全（多）氟化合物影响的研究

作者：周艺凡重庆大学

学位级别：硕士

近年来,全(多)氟烷基物质(per-and poly-fluoroalkyl substances,PFAS)在水环境中频繁检出,因其持久性、高化学稳定性、生物积累性和毒性等特点,严重威胁环境安全和人体健康。由于PFAS自身独有的物理化学性质,常规水处理工艺难以将其有... 详细信息

近年来,全(多)氟烷基物质(per-and poly-fluoroalkyl substances,PFAS)在水环境中频繁检出,因其持久性、高化学稳定性、生物积累性和毒性等特点,严重威胁环境安全和人体健康。由于PFAS自身独有的物理化学性质,常规水处理工艺难以将其有效去除。纳滤膜技术作为纳米级别的高压分离膜,被广泛用于低分子量有机物的分离,对去除PFAS这类极难降解的小分子化合物具有显著的优势和潜力。鉴于现有报道大多集中于单一传统长链PFAS,未考虑实际水体的复杂性,本文选取三种典型天然有机物牛血清蛋白(BSA)、腐殖酸(HA)和海藻酸钠(SA),分别代表天然地表水中存在的蛋白质、腐殖质和多糖,同时选用不同特性PFAS(包括5种全氟烷基羧酸(PFCA)、3种全氟烷基磺酸(PFSA)、六氟环氧丙烷二聚酸(Gen X)和6:2氟调聚磺酸(6:2 FTS)),背景电解质溶液为5 m M Na Cl与1 m M Ca Cl模拟含PFAS的天然地表水,开展纳滤截留实验,系统评价天然有机物对纳滤膜去除不同特性PFAS的影响规律及机制。主要研究内容和结果如下:(1)揭示了BSA、HA和SA对纳滤去除10种PFAS的影响规律,并以不同水质条件下的截留率为基础,通过对污染膜表面形貌、亲疏水性的分析,结合纳滤膜表面吸附量的变化及膜通量衰减趋势,探讨不同种类天然有机物与PFAS共存时纳滤膜去除PFAS的截留机理。结果表明,水基质中存在BSA和HA显著提高纳滤膜对PFAS的截留率,而SA则降低了纳滤膜对PFAS的截留率。在纳滤膜截留PFAS的过程中,PFAS的去除率受多种机制共同作用,包括膜表面电性、膜表面吸附、PFAS在溶液中的电性、PFAS的疏水性能等。结合膜表征及吸附,推测截留的机理及解释规律。(2)在天然有机物污染的基础上,研究pH对纳滤膜去除PFAS的变化规律,并通过微观形态学表征的方法观测膜表面形态变化,分析膜表面吸附量的变化及膜通量衰减趋势,确定HA与PFAS共存时pH对纳滤截留PFAS的影响规律。结果表明,在所有的pH测试条件下,PFAS和膜表面均存在静电斥力。随着pH的增加,膜表面电负性增强,PFAS与膜表面之间的静电斥力增大,PFAS的截留率升高。对于含有同种官能团的PFCA和PFSA,观察到pH对纳滤膜吸附PFAS呈现出稳定的变化趋势,pH越低,膜表面PFAS的吸附量越大,并随着PFAS分子量的增加吸附量逐渐增大。

关键词：全(多)氟化合物纳滤天然有机物 pH 地表水

Mg^(2+)、Ca^(2+)对聚合氯化钛混凝去除天然有机物的影响

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中国给水排水 2022年第23期38卷 49-55页

作者：李金张贤明聂煜东申粤颜海燕耿媛媛重庆工商大学废油资源化技术与装备教育部工程研究中心重庆400067 中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室北京100085 重庆理工大学化学化工学院重庆400054

制备了混凝剂聚合氯化钛(PTC),以含腐殖酸水样为处理对象,采用单因素实验研究PTC投加量、pH、Mg^(2+)和Ca^(2+)浓度等对PTC混凝去除天然有机物(NOM)的影响,并进一步通过响应面法分析以上4个因素对混凝效果的交互影响。在单因素实验中,最... 详细信息

制备了混凝剂聚合氯化钛(PTC),以含腐殖酸水样为处理对象,采用单因素实验研究PTC投加量、pH、Mg^(2+)和Ca^(2+)浓度等对PTC混凝去除天然有机物(NOM)的影响,并进一步通过响应面法分析以上4个因素对混凝效果的交互影响。在单因素实验中,最佳PTC投加量、pH、Mg^(2+)和Ca^(2+)浓度分别为20 mg/L、8、50 mg/L、50 mg/L;根据三维荧光光谱分析,Mg^(2+)对PTC去除有机物的影响不大,而Ca^(2+)对其略有促进作用。通过响应面法计算得出,PTC投加量、pH、Mg^(2+)和Ca^(2+)浓度的最佳值分别为40 mg/L、8.13、70 mg/L、30 mg/L,在此条件下进行实验,剩余浊度可达到0.3 NTU以下,UV254和TOC去除率分别为79.8%和75.3%,与理论预测值无显著性差异;另外,有机物去除效果与无Mg^(2+)和Ca^(2+)存在时相比明显提高。进一步分析表明,在低PTC投加量下吸附电中和为主要混凝机理,在高PTC投加量下网捕卷扫为主要混凝机理。

关键词：聚合氯化钛天然有机物水体硬度混凝响应面法

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光催化去除水中天然有机物的研究进展

工业水处理 2023年第9期43卷 43-50页

作者：王震郑晓环袁翼朱凯魏杨许莉许高平南昌市城市规划设计研究总院集团有限公司江西南昌330038 华东交通大学土木建筑学院江西南昌330013 江西省水务水科学检测研发有限公司江西景德镇330095

天然有机物(NOM)是动植物在自然循环过程中经腐烂分解所产生的大分子有机物。NOM是消毒副产物(DBPs)的前驱体,其在饮用水加氯消毒过程中会反应形成具有“三致”危害的消毒副产物。光催化剂在光照射条件下,可以不添加任何杂质而起到氧化... 详细信息

天然有机物(NOM)是动植物在自然循环过程中经腐烂分解所产生的大分子有机物。NOM是消毒副产物(DBPs)的前驱体,其在饮用水加氯消毒过程中会反应形成具有“三致”危害的消毒副产物。光催化剂在光照射条件下,可以不添加任何杂质而起到氧化作用,对NOM的去除具有彻底、稳定、不产生二次污染等优势。介绍了NOM的主要危害,对比分析了不同光催化剂催化氧化NOM的去除机理和优缺点,归纳总结了多种光催化复合工艺去除NOM的联用机制。光催化技术对水源中以腐殖酸(HA)为主的NOM具有较好的去除效果,以TiO_(2)为主的半导体光催化剂存在太阳能利用率低、光催化所需时间长、粉末催化剂难以分离回收等问题,在实际应用中局限性较大。针对这些问题,在今后的研究中应加强对高效环保经济型复合光催化剂材料的研究。应根据不同水体的实际情况,充分利用各种水处理技术的优势,进一步优化光催化氧化技术与其他水处理技术协同作用体系,提高去除污染物的效率。

关键词：天然有机物光催化改性复合工艺

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天然有机物提取及表征技术近期发展动态

现代化工 2007年第2期27卷 12-16页

作者：郭瑾马军哈尔滨工业大学市政环境工程学院黑龙江哈尔滨150090

在阐述天然有机物(NOM)来源和危害的基础上,对NOM的提取、分离和表征技术的近期发展动态进行了全面综述。介绍了NOM的各种提取和分离方法,对各种提取方法的优缺点和产率进行了分析比较,指出以反渗透、大孔树脂和膜分离为核心的工艺为目... 详细信息

在阐述天然有机物(NOM)来源和危害的基础上,对NOM的提取、分离和表征技术的近期发展动态进行了全面综述。介绍了NOM的各种提取和分离方法,对各种提取方法的优缺点和产率进行了分析比较,指出以反渗透、大孔树脂和膜分离为核心的工艺为目前最主要的提取分离手段。此外,详细列举了包括光谱、色谱、核磁共振、原子力显微成像等在内的NOM表征方法,对各分析结果所对应的NOM的结构特征和物化性质进行了阐述。

关键词：天然有机物反渗透 XAD大孔树脂提取分离表征

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天然有机物与无机悬浮物的混凝特性对比

西安建筑科技大学学报（自然科学版） 2005年第3期37卷 307-310,321页

作者：金鹏康王晓昌王广华西安建筑科技大学环境与市政工程学院陕西西安710055

通过对以腐植酸为代表的天然有机物和以高岭土为代表的无机悬浮颗粒的混凝实验,分析对比了天然有机物和无机悬浮颗粒的混凝特性.研究结果表明,腐植酸的最佳pH在5～6之间,而高岭土的最佳pH值在7～8之间.在pH=5.0条件下,腐植酸的高去除率... 详细信息

通过对以腐植酸为代表的天然有机物和以高岭土为代表的无机悬浮颗粒的混凝实验,分析对比了天然有机物和无机悬浮颗粒的混凝特性.研究结果表明,腐植酸的最佳pH在5～6之间,而高岭土的最佳pH值在7～8之间.在pH=5.0条件下,腐植酸的高去除率在等电点附近,说明吸附电中和是腐植酸混凝的主要作用机理,而高岭土的高去除率是中性条件下氢氧化铝网扫絮凝的结果.通过PDA对混凝过程进行在线监测,腐植酸的混凝经历了稳定、脱稳、复稳、网扫絮凝四个阶段,而高岭土只经历了脱稳和网扫絮凝两个阶段.显微摄影和图像分析结果表明,腐植酸絮凝体的分形维数随粒径增大而渐小,而高岭土絮凝体的分形维数随粒径增大而增加.

关键词：天然有机物无机悬浮颗粒混凝过程絮凝体

臭氧氧化对天然有机物在氧化铝表面吸附行为的影响

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环境科学 2007年第3期28卷 556-562页

作者：郭瑾马军哈尔滨工业大学市政环境工程学院哈尔滨150090

为进一步明确臭氧预氧化对颗粒的脱稳作用,选用氧化铝(α-Al2O3)作为悬浮颗粒,考察了臭氧氧化后天然有机物(natural organic matters,NOM)特性及吸附行为的变化.结果表明,臭氧氧化能够破坏NOM的芳香结构,SUVA值降低25%～35%,氧化后酸性... 详细信息

为进一步明确臭氧预氧化对颗粒的脱稳作用,选用氧化铝(α-Al2O3)作为悬浮颗粒,考察了臭氧氧化后天然有机物(natural organic matters,NOM)特性及吸附行为的变化.结果表明,臭氧氧化能够破坏NOM的芳香结构,SUVA值降低25%～35%,氧化后酸性官能团含量增多,总酸度增加0.3～1.4mmol.g-1,分子量和极性的变化与NOM的性质有关;有机物初始浓度相对于臭氧投量较低时,NOM的溶解性增强,与其酸性官能团增加产生的吸附促进作用相抵消,因而吸附性能出现不变甚至降低的现象;有机物初始浓度较高时,臭氧能够起到强化NOM吸附的作用.采用2.5mg.L-1臭氧进行氧化后,以商用腐殖酸为代表的NOM的吸附形貌,由密集分布的球形对称聚集结构向网状结构过渡,分子之间的交联作用十分明显,吸附高度低于其氧化处理前,云母的表面覆盖率较氧化前略有提高.

关键词：天然有机物臭氧吸附微观形貌氧化

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松花江水中天然有机物的提取分离与特性表征

环境科学 2005年第5期26卷 77-84页

作者：郭瑾马军哈尔滨工业大学市政环境工程学院哈尔滨150090

将反渗透与XAD大孔树脂吸附技术相结合,对松花江水中天然有机物(NOM)进行了浓缩和分离,并采用紫外光谱、红外光谱、液相凝胶色谱、官能团滴定、1H NMR核磁共振等分析手段,对松花江水中NOM及其各分离组分和一种商用腐殖酸CHA的特性进行... 详细信息

将反渗透与XAD大孔树脂吸附技术相结合,对松花江水中天然有机物(NOM)进行了浓缩和分离,并采用紫外光谱、红外光谱、液相凝胶色谱、官能团滴定、1H NMR核磁共振等分析手段,对松花江水中NOM及其各分离组分和一种商用腐殖酸CHA的特性进行了比较和表征.结果表明,利用反渗透进行NOM浓缩对水中有机物具有很高的回收率;松花江水中NOM组成为:富里酸＞腐殖酸＞亲水部分;各组分芳香性为:腐殖酸＞憎水部分＞富里酸＞亲水部分,E4/E6与芳香性之间缺乏必然的联系;腐殖酸和商用腐殖酸具有较高的不饱和性,NOM和亲水部分次之,憎水部分和富里酸中饱和烃含量较多;紫外吸收较弱的有机成分对NOM分子量的贡献较大;NOM及其分离组分的总酸度为9.84～12.15 meq/g,羧酸含量为CHA＞亲水＞憎水＞NOM＞富里酸＞腐殖酸;NOM及其各分离组分的溶解性有机物构成以脂肪烃为主.

关键词：天然有机物憎水亲水腐殖酸富里酸反渗透 XAD大孔树脂