水源生态净化系统高藻期消毒副产物识别及前体物控制

作     者：马志强 

作者单位：盐城工学院 

学位级别：硕士

导师姓名：丁成;马卫星

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：生态净化系统 预氧化 高锰酸钾 臭氧 次氯酸钠 消毒副产物前体物 

摘      要：水源生态净化系统对水中氮、磷等营养盐具有较好的去除效能,同时能够有效提升水体溶解氧和透明度,但其深度净化区由于水力停留时间、水深浅、透明度高存在夏季藻类爆发风险,含有大量藻细胞的原水进入水厂会与水厂消毒工艺反应生成致畸致癌致突变的消毒副产物。实际应用中通常采取预氧化强化藻细胞和藻类有机物的去除,选择何种预氧化剂一方面可以去除藻细胞,一方面预氧化后与后续消毒工艺产生较少消毒副产物成为国内外研究热点。本课题以盐龙湖水源生态净化系统深度净化区出水为研究对象,在实验室模拟不同生境条件下藻类增殖过程,研究了温度、光照、氮磷营养盐对藻细胞密度及藻种的影响。并以模拟出的高藻水为对象,研究不同预氧化剂（次氯酸钠、高锰酸钾、臭氧）在不同投加量和不同p H条件下,藻类有机物性质变化及消毒副产物生成情况,探究了预氧化剂对消毒副产物前体物（藻类有机物的控制）和高藻水氯化消毒副产物的影响机理。研究成果对于水源生态净化系统藻类生长的控制、高藻期消毒副产物的控制具有重要意义。通过单因素轮换实验表明,水源生态净化系统出水藻细胞最适生长条件为:温度25℃,光照强度为2000lx、磷氮浓度比16mg/L:1mg/L。通过25天的培养,叶绿素a浓度从81.52μg/L增长到1879.79μg/L。随着温度升高,优势藻种由硅藻变为绿藻,而光照强度和氮磷浓度比并未对藻种构成产生较大影响。低氯投加量对藻细胞破坏较小,藻液基本水质参数(DOC、DON、K+、UV254、SUVA、DOC/DON)和荧光特性变化较小,低氯投加量对含碳消毒副产物和含氮消毒副产物前体物有一定的去除效果。当氯投加量≥2mg/L时,藻细胞发生破裂,荧光特征峰峰值和区域体积变化较大。综合藻液水质参数和消毒副产物前体物去除效果,氯投加量在1mg/L时较好。酸性条件下,藻液基本水质参数较控制样相比变化较大,可将富里酸类物质和腐殖酸类物质氧化。酸性条件下会产生较多含碳消毒副产物,碱性条件下会产生较多含氮消毒副产物,综合来说,在p H=9时氯预氧化产生消毒副产物较少。当高锰酸钾投加量≤2mg/L时,藻液基本水质参数和荧光特性变化较小,高锰酸钾投加量较低时对含碳消毒副产物前体物有控制效果,含氮消毒副产物随着高锰酸钾投加量增加而增加。总的来说高锰酸钾投加量为0.5mg/L时,消毒副产物前体物的去除效果最好。当高锰酸钾投加量≥3mg/L时,部分藻细胞发生破裂,藻夜基本水质参数发生较大变化,荧光总体积和各个特征峰的峰强值有较大的增加。酸性条件下腐殖类荧光物质增加,溶解性微生物代谢产物减少。含碳消毒副产物在中性条件下产生最少,含氮消毒副产物在酸性条件下产生最少。综合来说,中性条件下消毒副产物前体物去除效率最高。藻细胞去除效率随着臭氧投加量增加而增加,较氯和高锰酸钾相比较,臭氧去除藻细胞效率更高。当臭氧投加量≤1mg/L时,藻液基本水质参数有一定的下降;当臭氧投加量≥2mg/L时,藻液基本水质参数在臭氧氧化和胞内有机物释放共同作用下呈现先上升再下降的趋势。随着臭氧投加量增加,腐殖酸类的物质被降解,溶解性微生物代谢产物被释放出来。随着臭氧投加量的不断增加,含碳消毒副产不断地增加。而含氮消毒副产物随着臭氧投加量增加整体上呈现先上升后下降的的趋势,与控制样相比,臭氧预氧化会提高含氮消毒副产物浓度。在酸性条件下,臭氧预氧化去除藻细胞效果最好,UV254值和DON浓度也在酸性条件下最低;而DOC浓度在碱性条件下最低,这是因为碱性条件下的间接氧化能力较强导致的。腐殖酸类物质和溶解性微生物代谢产物在中性条件下峰强值最小,酸性条件下最多;p H对腐殖酸类物质影响较大,对溶解性微生物代谢产物影响较小。中性条件下臭氧预氧化后产生含碳消毒副产物含量最多,碱性条件下产生含氮消毒副产物最多。