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水环境污染是当前普遍问题,以受污染水体作为水源时,常规给水工艺已不能满足人们对出水水质的要求。具有优良去除水中持久性有机物污染物性能的臭氧生物活性炭技术,广泛地应用到饮用水深度处理中。含溴原水进行臭氧化会产生2B级致癌副产物——溴酸盐,合理应用臭氧生物活性炭工艺,提高出水水质同时控制溴酸盐的生成是本研究需要解决的主要问题。论文开展实验室小试试验和水厂现场中试试验,从原水水质分析入手,系统地研究影响溴酸盐生成的各种因素,同时进行臭氧生物活性炭中试工艺参数优化,合理评估臭氧生物活性炭进行深度处理时生成溴酸盐的可能性,最终提出既能保证出水水质又能降低溴酸盐超标风险的方案。 实验室研究结果表明:升高初始溴离子浓度、增加臭氧投加量和臭氧投加浓度有利于促进溴酸盐的生成。降低溶液pH值、降低反应温度和向反应体系中投加氨氮可有效减少溴酸盐的生成量。且溶液呈酸性时,降低pH值对溴酸盐生成的影响更为明显。氨氮与溴酸盐生成过程中的中间产物发生环式反应阻碍溴酸盐生成,参与环式反应的有效氨氮量最大值为0.65μg/1μgBr。投加过氧化氢对溴酸盐生成的影响随过氧化氢投加量的变化而不同,投加少量过氧化氢有利于促进溴酸盐的生成,反之则表现为抑制作用,研究得到过氧化氢临界投加量为H2O2/O3=3.5。自由基消除剂叔丁醇可以减少羟基自由基的含量,进而抑制溴酸盐的生成。 运用正交试验分析溴酸盐生成的多因素影响关系,在试验选取的因素水平范围内,各因素对溴酸盐生成的影响力由大到小排列顺序为:反应时间→溶液pH→初始溴离子水平→初始氨氮浓度→臭氧投加浓度。以臭氧投加浓度为基准进行方差分析,各因素显著性水平均不高,说明臭氧投加浓度也是溴酸盐生成的重要影响因素。 水厂现场中试试验结果表明:中试试验三种工艺(即单独投加预臭氧工艺、单独投加后臭氧工艺和预臭氧+后臭氧联合投加工艺)工艺参数优化后,对浑浊度、CODMn和UV254的去除效果均可以满足出水要求。各工艺在适宜参数下运行,以长江原水为进水,溴离子浓度保持在10~25μg/L时,出水均未检出溴酸盐。后臭氧环节相比预臭氧更易产生溴酸盐,进行预臭氧+后臭氧联合投加工艺产生溴酸盐的可能性大于前两种工艺。 分析三种工艺参与臭氧化的水质,天然水体中杂质会和溴酸盐竞争与臭氧反应,相同的臭氧投加量下,杂质较多的预臭氧出水中溶液剩余臭氧浓度远低于后臭氧出水中溶液剩余臭氧浓度。原水中有机物平均分子量278.5>常规处理工艺砂滤出水平均分子量271.2>投加预臭氧后砂滤出水平均分子量209.3,投加预臭氧后的砂滤出水中总有机物含量降低,小分子有机物种类增多。 新鲜活性炭对溴酸盐的去除主要依靠化学还原作用和物理吸附作用,新鲜柱状炭对溴酸盐的去除能力优于新鲜压块破碎炭。活性炭滤柱运行一段时间后,柱内由上而下附着微生物,活性炭化学还原作用基本消失,物理吸附作用大幅削弱。挂膜成功活性炭滤柱对溴酸盐的去除主要依靠微生物作用,动态吸附试验中两种生物活性炭滤柱对溴酸盐的去除能力相当,去除率均小于30%,若由于臭氧的氧化生成的溴酸盐浓度高于14.1μg/L,生物活性炭滤柱出水检出溴酸盐将超标。