预氧化对给水处理工艺中阿特拉津去除影响规律及机制研究

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随着我国经济社会的快速发展和人类活动的影响,地表水体污染问题日益突出。特别是改革开放以后,为提高作物产量,人们开始大量使用农药,大部分农药可通过各种途径进入到水体中,造成水环境污染。阿特拉津作为一种便宜高效且应用极为广泛的三嗪类除草剂,在水体中检出率较高,可通过生物富集等作用,对人体健康产生危害。目前,我国大部分饮用水处理厂采用的常规饮用水处理工艺,对溶解性有机物的去除率较低。当水源受到有机污染时,采用常规水处理工艺很难将其处理到满足饮用水水质标准的要求。为保证供水水质,有必要对传统水处理工艺进行升级改造,在此基础上增加预处理和深度处理工艺。化学氧化和GAC吸附可能会有效去除原水中的有机污染物,因此本文设定采用“预氧化+常规处理工艺+GAC吸附”工艺对含阿特拉津水体进行处理,并深入研究阿特拉津在各单元工艺中的去除效率及迁移转化规律,确定最优的运行工艺参数和可靠的控制策略。以期为实际饮用水处理厂的运行管理和水质健康风险评估提供基础数据。(1)阿特拉津具有分子结构稳定且难降解特点,氧化反应结束后,仅筛选出出4种降解产物,并根据得到的质谱图和质谱图分析原则,提出其可能的分子结构和降解途径。在此过程中主要发生脱氯–羟基化和脱烷基反应。(2)在预氧化实验中采用次氯酸钠(NaClO)和高锰酸钾(KMnO4)两种氧化剂,结果显示,阿特拉津在此工艺中去除率较低,在反应发生的前30 min,其降解速率较快,符合准一级降解动力学模型,随着氧化时间的延长,其降解速率逐渐降低。氧化剂投加量的逐渐增加并不能快速的提高阿特拉津的降解速率。当氧化剂浓度≥10 mg/L时,溶液中阿特拉津去除效果增加缓慢。底物浓度对水样中阿特拉津去除效果会产生影响,低浓度的阿特拉津溶液中去除效率略高于高浓度溶液。溶液pH的改变不会明显阿特拉津的去除效果。(3)本次实验使用三种混凝剂(聚合氯化铝、硫酸铝和氯化铁)研究在不同条件下对溶液中阿特拉津的去除效果。实验结果显示,在其他条件相同的情况下,三种混凝剂的混凝效果表现为聚合氯化铝>硫酸铝>氯化铁。混凝剂投加量的增加,对水体中阿特拉津的去除率影响不大。在不同pH条件下,聚合氯化铝会有不同的化学性质和反应机理,pH变化对混凝效果影响不大。但可以明显改变活性炭表面离子性能从而影响GAC的吸附效果,一般在酸性条件下吸附效果高于碱性条件,中性条件下效果最差。氧化剂KMnO4的投加可明显改变溶液色度,使UV254增大。另外,其发生氧化反应生成不易溶于水的二氧化锰也是溶液浊度升高的原因之一。(4)通过向水中投加腐殖酸和高岭土改变溶液TOC和浊度以配制不同水质条件水样。腐殖酸作为一种聚合类电解质,与阿特拉津竞争混凝剂,造成混凝效果变差。溶液浊度的增大提高了颗粒间的碰撞几率,使溶液中部分阿特拉津吸附在絮体表面,并随其从水中分离出来。在自配水样的基础上,我们采集了逛荡河和三元湖的实际水样进行对比,其去除效果优于纯水,可能是因为实际水样中丰富的有机物及离子存在,促进反应的进行。
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