（环境科学专业论文）饮用水源中天然有机物特性表征及有机物强化去除工艺研究.pdf

c l a s s i f i e di n d e x ：x 5 2 4 u d c ： d i s s e r t a t i o nf o rt h em a s t e rd e g r e ei ne n g i n e e r i n g c h a r a c t e m z a t i o no fn a t u r a l o r g a n i cma t t e ri nd r i n n g 7 ：a t e rs o u r c e sa n de n h a n c e d r e m o v a lo fo r g a n i cm a t t e r c a n d i d a t e ： s u p e r v i s o r ： v i c es up e r v i s o r ： a c a d e m i cd e g r e ea p p l i e df o r ： s p e c i a l i t y ： d a t eo fs u b m i s s i o n ： d a t eo fo r a le x a m i n a t i o n ： u n i v e r s i t y ： z h a n gr a n p r o f g a ot a i z h o n g a s s o c i a t ep r o f l i uh u i j u a n m a s t e ro fs c i e n c e e n v i r o n m e n ts c i e n c e o c t o b e r ，2 0 0 9 d e c e m b e r ，2 0 0 9 h e b e iu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y 32洲5 埘4mm眦- ，i0i删y 河北科技大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品或成果。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：必肆 z 6 。7 年扭月干日 指导教师签名： 2 一年版月蛳 河北科技大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权河北科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 口保密，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 口不保密。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名： 缎舟 2 7 年1 2 _ 胄j2 , t e l 指导教师签名： 魄 哆年肛胗_ ) 帕 fl ： 一 摘要 摘要 天然有机物( n o m ) 在地表水体中广泛存在，不同水源中n o m 形态结构特征 存在显著差异。此外，n o m 作为典型的消毒副产物( d b p s ) 前驱物，在饮用水氯化 消毒过程中会生成三卤甲烷( t h m s ) 、卤乙酸( h a a s ) 等具有致癌效应的卤代有机 物，增大饮用水质健康风险。因此，系统表征n o m 的结构特性，揭示n o m 化学 特征与消毒副产物生成之间内在关系，并在此基础上建立强化去除n o m 、控制消 毒副产物生成量的工艺方法，这对于保障饮用水质安全具有重要意义。 本文选择若干以n o m 污染为主的典型饮用水源，利用树脂吸附方法和超滤法将 水中的n o m 分离为不同组分，利用总有机碳、有机物在2 5 4n m 的紫外吸收值、三维 荧光光谱对分离获得的各有机组分进行结构表征和分析。进一步地，分别对各组分 进行加氯消毒，考察天然有机物特性与消毒副产物生成势之间的关系，从而确定引 起氯化消毒副产物产生的主要前驱物类型和结构。结果表明，n o m 的化学组分中， 疏水酸性有机物所占的比例最大( 4 7 ) ，对三卤甲烷生成势( t h m s f p ) 和卤乙酸 生成势( h a a s f p ) 贡献也最大( 7 1 和5 1 ) 。n o m 的物理组分中， h i h o n h o b ，对于h a a s f p 为h o a h i h o b h o n ，其中h o a 的消毒副产物生成能 力显著高于其他各组分有机物。 2 213 天然有机物的三维荧光光谱分析： 地表水中的天然有机物来源复杂，含有腐殖酸、富里酸以及一些亲水性有机 酸等组分，而这些组分中含石电子跃迁的芳香结构或共轭生色团以及未饱和脂 肪链。故地表水中的天然有机物具有荧光特性，且该荧光特性与其自身的结构、 官能团、构型、非均质型以及动力学特征相关。 对天然环境下各种天然有机物的e x e m 荧光峰位置可概述如表2 3 1 0 9 - i l l 】。 由于d o m q b 含有大量芳香环结构以及未饱和脂肪烃类物质，这些物质中具有低能量 电子迁跃的芳香结构或共扼生色团导致有机物产生荧光特性。此外有机物中供电子 基团和吸电子基团的存在也可影响有机物的荧光强度和荧光特征吸收波长，因此也 可利用荧光光谱技术研究d o m 的结构和官能团特性。d o m 中含有多种不同的荧光 基团，其荧光特性包含了与结构、官能团、构型、非均质性、分子内与分子间的动 力学特征等有关的信息，三维荧光光谱能够获得激发和发射波长同时变化的荧光强 度信息，并且可以对多组分波长同时变化时的荧光强度信息、以及多组分复杂体系 中荧光光谱重叠对象进行光谱识别和表征 对北京d s 水厂原水中的n o m 进行三维荧光光谱测定，得到三维荧光光谱等 高线图( 图2 - 2 a ) ，可以看出，n o m 的荧光物质主要由腐殖酸类腐殖质( f l u l ) ， 1 6 第2 章地表水体天然有机物特性表征 紫外区类富里酸荧光峰( f l u 2 ) 和溶解性微生物代谢产物( f l u 5 ) 组成。f l u l 所对 应的e x e m 为2 6 1 4 1 5 ，相对强度为3 3 0 8 ；f l u 2 所对应的e x e m 为2 4 8 3 9 0 ，相 对强度为3 5 0 1 ；f l u 5 所对应的e x e m 为2 8 0 3 0 6 ，相对强度为3 7 4 3 。由图2 2 a 至2 2 e ，得到各组分单位d o c 的荧光强度及其主要荧光物质，如表2 4 所示。 表2 - 3 荧光峰所代表的物质类型 t a b 2 - 3s u b s t a n c et y p c sw h i c hf l u o r c s c , e n c ep e a kr e p r e s e n t s 重 麓 日 o i i j e m n m 图2 - 2 a 原水的三维荧光光谱图 f i g 2 2 at h r e e - d i m e n s i o n a lf l u o r e s c e n c es p e c t r ao f t h el a ww a t e r 1 7 河北科技大学硕士学位论文 薹 g 蚕 e m n m 图2 2 bh o a 的三维荧光光谱图 f i g 2 - 2 b t h r e e - d i m e n s i o n a lf l u o r e s c e n c es p e c t r ao fh o a e m n m 图2 2 ch o b 的三维荧光光谱图 f i g 2 - 2 ct h r e e - d i m e n s i o n a lf l u o r e s c e n c es p e c t r ao fh o b 暑 口 爱 g d e m n m 图2 2 dh o n 的三维荧光光谱图 f i g 2 2 d t h r e e - d i m e n s i o n a lf l u o r e s c e n c 七s p e 斌r ao fh o n e m n m 图2 2 eh i 的三维荧光光谱图 f i g 2 - 2 e t h r e e d i m e n s i o n a lf l u o r e s c e n c es p e c t r ao f h i 2 2 2 基于超滤分级方法的n o m 结构特性与表征 2 2 2 1原水不同分子量有机物d o c 、u v 2 钳、s u v a 分析 表2 5 显示了l w 水厂x y h 取水口原水不同分子量范围的有机物组分d o c 、 u v 2 沁s u v a 变化( 采样时间为2 0 0 9 年4 月2 8 日) 。 d o c 结果显示，原水中有机物分子量分布规律较为均一。其中，分子量大于 3 0k d a 的组分( 即较容易通过一般混凝去除的组分) 占有机物总量的4 0 8 ，分 子量小于1 0k d a 的组分( 即通常难以利用一般混凝去除的组分) 占有机物总量的 4 1 7 ，而分子量在1 0k d a - 3 0k d a 之间的组分占1 8 5 。 表2 - 4n o m 各组分单位d o c 的荧光强度及所含主要荧光物质 t a b 2 = 4f l u o r e s c e n c ei n t e n s i t yo f e a c hd o cu n i t sa n dt h em a j o rf l u o r e s c e n ts u b s t a n c eo f e a c hc o m p o n e n t so f n o m s u v a 2 5 4 值越大，消毒副产物生成能力越强。s u v a 2 5 4 结果表明，分子量在1 0 - 3 0 k d a 之间组分的s u v a 2 5 4 值略高，3 1 0k d as u v a 2 5 4 值次之。 表2 5 原水不同分子量范围的有机物组分d o c 、u v 2 s 4 、s u 、，a 2 5 4 变化 t a b 2 - 5d o c ，u v 2 5 4a n ds u v a 2 5 4c h a n g e so fd i f f e r e n tm o l e c u l a rw e i g h tr a n g eo ft h er a ww a t e r d o c o - y 强, c m 1 s u v a ( l ( c m m g ) 。1 ) 浓度( m g l j ) 比例， 原水 6 3 8 0 1 l o1 7 2 0 1 0 0 k d a1 8 52 9 0 0 0 3 3 1 7 8 0 3 0 1 0 0 k d a 1 0 0 1 5 7 0 0 1 71 7