水中典型消毒副产物在循环反渗透中去除效果和归趋研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xx19890701
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饮用水消毒能够有效的杀灭水中的致病性微生物,从而防止多种传染性疾病的发生与流行。但在消灭饮用水环境中病原微生物的同时,消毒剂会将水中的溶解性有机物(消毒副产物的前体物)氧化,生成消毒副产物(DBPs),这些DBPs对人体具有致癌、致畸、致突变的毒害作用。因此,寻找一种有效去除水中DBPs的方法势在必行。反渗透(RO)因其绿色环保、对小分子有机物具有良好的去除效果,而成为目前市场上应用最为广泛的管网末端水处理技术。然而,传统的单级RO将30%~50%的废水直接排放,造成了极大的水资源浪费;由单级RO发展而来的多级RO虽然能有效的提高水回收率,但因成本高、占地面积大等因素限制了其广泛应用。本研究使用的循环式RO在克服了单级RO和多级RO上述缺点的同时,对水中的DBPs也有良好的去除效果。本研究选取包括卤代甲烷(HMs)、卤代乙醛(HALs)、卤代乙酸(HAAs)在内的3类共20种DBPs,分析了其在循环式RO过程中的去除效果,结果表明,在循环RO过程中,水中DBPs的实时去除效果呈现逐渐降低或保持不变的趋势;当水回收率达到80.0%时,除氯乙醛(CAL)以外,其他DBPs的总去除率在80.8%以上;对于具有相同官能团和卤素取代基类型但卤素取代基数目不同的消毒副产物,其总去除效果排序为:4-≥3-≥2-≥1-DBPs;对于具有相同官能团和相同数目卤素取代基但卤素类型不同的消毒副产物,其总去除率排序为:I-≥Br-≥Cl-DBPs;对于具有相同卤素类型和相同数目卤素取代基但官能团不同的消毒副产物,其总去除率排序为:HAA≥HAL≥HM。通过对比不同离子强度和水质下DBPs的总去除率,发现离子强度增加对疏水性相对较差的DBPs去除效果有促进作用,其原因在于,离子强度的增加有助于迅速提高它们与膜的亲和力,从而使去除效率显著提高;离子强度的增加对疏水性较强的DBPs去除效果无显著影响,这是由于离子强度的增加对疏水性强的物质与膜的亲和力无显著影响。此外,与纯水相比,自来水的高p H环境对一卤乙酸的去除有促进作用,随着p H的升高,膜的Zeta电位也随之升高,部分离子态的HAAs的电离程度增加,膜Zeta电位和DBPs电离程度的增加有助于增加静电排斥甚至是吸附作用的作用力,从而对其去除效果有一定的促进作用。通过综合分析DBPs在循环RO中的去除效果、定量构效关系(QSAR)模型以及归趋,对RO膜去除DBPs的作用机理进行了深入探讨,结果表明,RO膜去除水中的离子态DBPs(HAAs)的作用机理包括空间位阻、静电排斥和吸附作用;去除水中非离子态DBPs的作用机理主要有空间位阻和吸附作用;对于吸附能力较强的HMs,吸附作用的贡献最大;对于吸附能力相对较弱的HALs,空间位阻占主导作用。
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