净水技术 | 是谁?影响了原水输水管道的DBPFPs!
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原水输水管道中消毒副产物生成势的影响因素
消毒副产物的母体物质被称为前体物,为了表征消毒副产物的前体物以及水中有机质的特性和消毒副产物生成量的关系,美国环保局(USEPA)提出了消毒副产物生成势(DBPFPs)的概念,代表水体能够产生消毒副产物的最大量。基本原理是投加足量的氯,使前体物在充分的时间内完全反应生成消毒副产物,然后检测其生成量并用来定量表征水中的前体物。消毒副产物生成势的测定可用于水环境调查和消毒反应的机理研究。Beaulieu等的研究表明,水体中消毒副产物生成势的大小主要取决于水体中有机物质的含量和种类。含碳消毒副产物(C-DBPs)是水中含碳有机物被氯化消毒氧化后的产物。水中600多种消毒副产物中,三卤甲烷和卤乙酸所占的比例达到了80%,是水中最主要的消毒副产物。卤乙醛是饮用水中仅次于三卤甲烷和卤乙酸的第三大类消毒副产物。因此,本研究选定三卤甲烷、卤乙酸、卤乙醛作为目标化合物进行分析。目前,国内外的研究主要集中在水厂各工艺段及供水管道中DBPs生成势的变化机理和去除效率,但针对原水输送过程中DBPs生成势的关注甚少。鉴于现有相关研究的缺失,本研究利用实际工程中的原水输送管道系统,根据沿程水质参数及C-DBPs生成势的变化,考察其在未加氯管段和加氯管段中变化的区别,并探究DBPs生成势的影响因素。
01 材料和方法
1.1试验方法以太湖流域某水厂原水输送管网(图1)为研究对象,分别于2018年4月、6月、8月对管道水质常规指标以及C-DBPFPs的变化进行研究。该厂原水输送管道系统由3个部分组成,分别为未加氯管段(NOC1-NOC2)、加氯管段(CHL1-CHL2)和混合出水管段(EFF1-EFF2)。其中,预氯化管道前端每24 h投加液氯30 kg,各部分的管长、管材、管径、流速、加氯情况、采样点位置等基本参数如表1、图1所示。表1 预氯化原水输送管道系统运行参数
图1 预氯化原水输送管道采样点
(mg N/L)+10(mg/L)(1)加氯后的水样充满瓶口后立即用聚四氟乙烯螺旋盖密封,充分混合后静置于暗处,恒温(25±2) ℃培养。反应24 h后加入0.005倍水样质量的抗坏血酸终止消毒反应。氯化的目的是使水样中的前驱物最大化地转化成DBPs,以进行后续上机检测。
02 结果和讨论
2.1进出水水质变化规律各水质指标如表2所示(2018年4月~2018年8月)。表2 原水输送管道系统中的常规指标(Ⅰ)2.2 消毒副产物生成势变化
试验结果显示,4种THMs中的三溴甲烷未检出或低于检测限,9种HAAs中除了二氯乙酸、三氯乙酸、一溴乙酸外的其余6种卤乙酸未检出或低于检测限,除二氯乙醛和三氯乙醛外的其余卤乙醛未检出或低于检测限,所以对上述物质不进行分析,对检测到的消毒副产物的生成势浓度取平均值进行分析,结果如图2、图3所示。图2 原水输送管道系统中三卤甲烷类和卤乙酸类生成势的变化
图3 原水输送管道系统中卤乙醛类和消毒副产物总生成势的变化
(1) | 温度 |
图4 三卤甲烷类生成势与温度的Pearson相关性分析
(2) | 氨氮 |
对NH4+-N浓度与各类C-DBPs总生成势进行Pearson相关性分析,得到Pearson相关系数为负值,相应P值均小于0.05,说明NH4+-N与消毒副产物总生成势呈负相关,有显著性意义(图5)。NH4+-N浓度越高,C-DBPFPs越小,分析其原因可能是NH4+-N浓度升高时会与氯反应生成氯胺,氯胺比氯更易和水中有机物反应生成N-DBPs而非C-DBPs,所以C-DBPFPs减小。
图5 消毒副产物总生成势与NH4+-N的Pearson相关性分析
(3) | DOC |
图6 三卤甲烷类生成势与DOC的Pearson相关性分析
图7 卤乙酸类生成势与DOC的Pearson相关性分析
图8 卤乙醛类生成势与DOC的Pearson相关性分析
(4) | 管道停留时间 |
图9 各消毒副产物生成势随管道停留时间增加的变化
03 结论
(1)未加氯管段中NO3--N、DON浓度沿程升高,NO2--N、NH4+-N呈相反趋势,NH4+-N、DON转化率分别为16.06%、18.89%,是预加氯管段中的1.39倍、1.52倍。未加氯管段中硝化作用趋于完全;预氯化管段中无机氮浓度相对稳定,转化率较低,说明氯的投加对硝化作用有控制影响。(2)沿程测得的三卤甲烷、卤乙酸、卤乙醛这3类消毒副产物中,三氯甲烷生成势最高,二氯乙醛生成势最低;总生成势由高到低依次为三卤甲烷类、卤乙酸类、卤乙醛类;三氯甲烷、三氯乙酸和二氯乙酸、三氯乙醛分别在三卤甲烷类、卤乙酸类、卤乙醛类副产物中占比最大;氯代副产物生成势为溴代副产物的6.25倍;除二氯乙酸外的大多副产物生成势在原水输送管网中的出水相较于进水升高了18.61%~664.22%。此外,预氯化管段中各类副产物生成势以及升高比例绝大多数高于未加氯管段,两管段中变化趋势基本一致。(3)温度与除一氯二溴甲烷外的三卤甲烷类副产物生成势呈正相关,有显著性意义;NH4+-N与含碳消毒副产物呈负相关;DOC与三卤甲烷类副产物的生成势呈良好正相关,但与卤乙酸和卤乙醛类副产物相关性不强,因此DOC可能适宜作为三卤甲烷生成势的指标;管道停留时间与大多数消毒副产物生成势相关性良好。来源:《净水技术》,仅供分享交流不作商业用途,版权归原作者和原作者出处。排版:西贝
校对:王佳
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