（市政工程专业论文）载四氧化四银活性炭对饮用水中污染物去除研究.pdf

王昕：载四氧化四银活性炭对饮用水中污染物去除研究 载四氧化四银活性炭对饮用水中污染物去除 研究 摘要 饮用水的安全是保障居民生活健康的基本条件，但饮用水资源正在遭受着日 趋严重的污染，各种水污染而导致的环境问题、健康问题层出不穷。近年来，各 类水污染事件不断发生，一般水厂的常规处理难以应付，给城市供水安全构成了 威胁，因此，寻找简便、有效的水处理技术是很有意义的。 本文通过研究载四氧化四银活性炭对饮用水中p a e s 、苯胺、阴离子表面活性 剂的处理效果，并以非载四氧化四银活性炭作为对比试验，研究吸附时间、溶液 p h 对吸附效果的影响，以及吸附等温线和动态过滤试验。 三种物质的吸附速度均随着时间递减，前1 0 m i n 的吸附速度较快，之后吸附速 度逐渐变慢，吸附3 0 m i n 时，载四氧化四银活性炭的吸附能力基本可以达到8 0 以上，2 h 后吸附基本达到平衡。载四氧化四银活性炭对p a e s 的吸附最佳溶液p h 为中性偏酸，对苯胺的吸附最佳p h 5 ，对l a s 的吸附最佳p h 为5 6 左右。通 过对苯胺和l a s 进行吸附等温线的试验，可以得出f r e u n d l i c h 吸附等温线模型能 较好的描述吸附行为。 在p a e s 三种不同进水浓度下，当滤速为1 2 m h 时，载四氧化四银活性炭滤 柱对总p a e s 的去除率在9 0 0 8 - - 一9 3 6 2 之间，在进水浓度2 0 1 x g l 和5 0 h g l 时， 载四氧化四银活性炭滤柱的有效炭层厚度为1 0 c m ，在进水浓度1 0 0 p g l 时，载四 氧化四银活性炭滤柱的有效炭层厚度为2 0 c m 。滤速提高时，载四氧化四银活性炭 滤柱对p a e s 的去除率随着滤速的提高而下降。 在苯胺五种不同进水浓度下，当滤速为1 2 m h 时，载四氧化四银活性炭滤柱 的有效炭层厚度均为1 0 c m ，在接触时间5 m i n 以内，均能使出水的苯胺达到地表 水环境质量标准的限值，滤速提高时，载四氧化四银活性炭滤柱对苯胺的去除率 扬州大学硕士学位论文 i i 随着滤速的提高而下降。 在l a s 五种浓度下，当滤速为1 2 m h 时，载四氧化四银活性炭滤柱的有效炭 层厚度均为2 0 c m ，在接触时间1 0 m i n 以内，均能使出水的l a s 达到生活饮用水卫 生标准的限值，滤速提高时，载四氧化四银活性炭滤柱对l a s 的去除率随着滤速 的提高而下降。 考虑到载四氧化四银活性炭是应用于饮用水的处理中，因此对载四氧化四银 活性炭进行了抗茵性能和安全性能的试验研究。结果显示，载四氧化四银活性炭 具有较好的杀菌抗菌性能，1 0 m i n 内即可杀灭水中存活的细菌，且2 4 h 后仍有较好 的抗菌性能，水中细菌仍未检出；并且载四氧化四银活性炭是一种安全的水处理 材料，浸泡时间为5 4 0 r a i n ，水中溶出的银也很少，远小于生活饮用水卫生标准中 银的限值5 0 t g l 。 关键词：载四氧化四银活性炭；饮用水；污染 王昕：载四氧化四银活性炭对饮用水中污染物去除研究 1 1 1 c a r b o n b a s e dt e t r a s i l v e rt e t r o x i d er e m o v a lo f c o n t a m i n a n t si nd r i n k i n gw a t e rr e s e a r c h a b s t r a c t t h es a f e t yo f d r i n k i n gw a t e ri st h eb a s i cc o n d i t i o n st op r o t e c tt h eh e a l t hf o rl i v i n g ， h o w e v e r ，d r i n k i n gw a t e rr e s o u r c e sa r eb e i n gs u b j e c t e dt oi n c r e a s i n g l ys e r i o u s p o l l u t i o n ，w a t e rp o l l u t i o nc a u s e db yav a r i e t yo fe n v i r o n m e n t a lp r o b l e m s ，h e a l t h p r o b l e m s ， a l le n d l e s ss t r e a m i nr e c e n ty e a r s ，v a r i o u st y p e so fw a t e rp o l l u t i o n i n c i d e n t sc o n t i n u et oo c c u r ，t h eg e n e r a lw a t e rf a c t o r y sa r ed i f f i c u l tt oc o p ew i 廿lt h e m ， t op o s eat h r e a tt ou r b a nw a t e rs u p p l y t h e r e f o r e ，t h es e a r c hf o rs i m p l ea n de f f e c t i v e w a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g yi so fg r e a ts i g n i f i c a n c e i nt h i sp a p e r ，b ys t u d y i n gt h et r e a t m e n te f f e c to fc a r b o n b a s e dt e t r a s i l v e rt e t r o x i d e t op a e s ，a n i l i n e ，a n i o n i cs u r f a c t a n ti nd r i n k i n gw a t e r ，a n dt oc o c o n u ts h e l lc a r b o na s ac o m p a r a t i v et e s t ，f r o mt h ea d s o r p t i o nt i m e ，s o l u t i o np h ，a d s o r p t i o ni s o t h e r m sa n d d y n a m i cf i l t r a t i o ne x p e r i m e n t a ls t u d yo nr e m o v a le f f e c t a d s o r p t i o nr a t eo ft h r e ek i n d s o fs u b s t a n c e sa r ed e c r e a s i n go v e rt i m e ，t h ef o r m e r10 m i nf a s ta d s o r p t i o n ，f o l l o w e db y a g r a d u a l s l o wa b s o r p t i o nr a t e 3 0 m i na d s o r p t i o n ，t h ea d s o r p t i o nc a p a c i t yo f c a r b o n - b a s e dt e t r a s i l v e rt e t r o x i d ec a nr e a c ho v e r 8 0 ，2 ha f t e rt h ea d s o r p t i o na c h i e v i n g ab a l a n c e t h eb e s ts o l u t i o np ho fa d s o r p t i o no fp a e si sn e u t r a lp i a n s u a n ，f o ra n i l i n e p h 5 ，f o rt h el a sp ho fa b o u t5 6 b ys t u d y i n g t h ea n i l i n ea n dl a sb ya d s o r p t i o n i s o t h e r me x p e r i m e n t s ，w ec a nb ed r a w nf r e u n d l i c hi s o t h e r mm o d e lt ob eu s e dt o d e s c r i b ea d s o r p t i o nb e h a v i o r i nt h et h r e ek i n d so fp a e sc o n c e n t r a t i o ng r a d i e n t ，w h e nt h ef i l t r a t i o nv e l o c i t yo f 1 2 m h ，t h ec a r b o n - b a s e dt e t r a s i l v e rt e t r o x i d et ot h et o t a lr e m o v a lr a t eo fp a e sa t 9 0 0 8 9 3 6 2 ，b e t w e e nt h ei n f l u e n tc o n c e n t r a t i o no f2 0 9 9 la n d5 0 1 x g l ，t h e c a r b o n - b a s e dt e t r a s i l v e rt e t r o x i d ec o l u m n so fe f f e c t i v ec a r b o nl a y e rt h i c k n e s si slo c m ， i nt h ei n f l u e n tc o n c e n t r a t i o no f10 0 r t g l ，t h ec c a r b o n - b a s e dt e t r a s i l v e rt e t r o x i d e 扬州大学硕士学位论文 c o l u m n so fe f f e c t i v ec a r b o nl a y e rt h i c k n e s si s2 0 c r n ,f i l t r a t i o nr a t ei n c r e a s e s ， c a r b o n - b a s e dt e t r a s i l v e rt e t r o x i d ec o l u m n so nt h er e m o v a lr a t eo fp a e si n c r e a s e da st h e f i l t r a t i o nr a t ed e c l i n e i nt h ef i v ek i n d so fa n i l i n ec o n c e n t r a t i o n 鲥i e n t ，w h e nt h ef i l t r a t i o nv e l o c i t yo f 1 2 m | h ，t h ec a r b o n - b a s e dt e t r a s i l v e rt e t r o x i d ec o l u m n so fe f f e c t i v ec a r b o nl a y e r t h i c k n e s sa l el o c r n ，i nt h ec o n t a c tt i m eo f5 m i no rl e s s ，a l lt h ew a t e rc a nr e a c ht h e s u r f a c eo fa n i l i n ew a t e re n v i r o n m e n t a l q u a l i t ys t a n d a r d sl i m i t s ， f i l t r a t i o nr a t e i n c r e a s e s ，c a r b o n - b a s e dt e t r a s i l v e rt e t r o x i d ec o l u m n so nt h ea n i l i n er e m o v a lr a t e i n c r e a s e da st h ef i l t r a t i o nr a t ed e c l i n e i nt h ef i v ek i n d so fl a sc o n c e n t r a t i o ng a d i e n t ，w h e nt h ef i l t r a t i o nv e l o c i t yo f 1 2 m | h 。t h ec a r b o n - b a s e dt e t r a s i l v e rt e t r o x i d ec o l u m n so fe f f e c t i v ec a r b o nl a y e r t h i c k n e s sa r e2 0 c m ，i nt h ec o n t a c tt i m eo flo m i no rl e s s ，a 1 1l a sc a nr e a c ht h e l i f e h y g i e n i cs t a n d a r d sf o rd r i n k i n gw a t e rl i m i t s f i l t r a t i o nr a t ei n c r e a s e s ，c a r b o n - b a s e d t e t r a s i l v e rt e t r o x i d ec o l u m n so nt h el a sr e m o v a lr a t ei n c r e a s e da st h ef i l t r a t i o nr a t e d e c l i n e i nt h i n k i n go fc a r b o n - b a s e dt e t r a s i l v e rt e t r o x i d ei su s e di nt h et r e a t m e n to f d r i n k i n g w a t e r ，a n dt h e r e f o r ec a r b o n - b a s e dt e t r a s i l v e rt e t r o x i d ef o ra n t i - b a c t e r i a lp r o p e r t i e sa n d s a f e t yp e r f o r m a n c es t u d i e d ，t h er e s u l t ss h o w e dt h a tc a r b o n - b a s e dt e t r a s i l v e rt e t r o x i d e h a sg o o db a c t e r i c i d a la n t i b a c t e r i a lp r o p e r t i e s ，i tw i l lk i l lt h eb a c t e r i as u r v i v e di nw a t e r i nlo m i n ，a n da f t e r2 4 ht h e r ei ss t i l lag o o da n t i b a c t e r i a lp r o p e r t i e s ，b a c t e r i ah a v en o t y e td e t e c t e di nt h ew a t e r ；a n dc a r b o n - b a s e dt e t r a s i l v e rt e t r o x i d ei sas a f ew a t e rt r e a t m e n t m a t e r i a l ，t h es o a k i n gt i m ei s5 4 0 m i n ，t h ew a t e rs o l u b i l i t yo fs i l v e ri sf e w ，a n df a rl e s s t h a nt h eh e a l t hs t a n d a r do fd r i n k i n gw a t e rl i m i t so fs i l v e r5 0 t g l k e yw o r d s ：c a r b o n - b a s e d t e t r a s i l v e rt e t r o x i d e ；d r i n k i n g ；p o l l u t i o n 扬州大学硕士学位论文 扬州大学学位论文原创性声明和版权使用授权书 学位论文原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下独立进行研究工作所取得的研 究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表 的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：王昂中 签字日期：如知年f 月占日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向 国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借 阅。本人授权扬州大学可以将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、汇编学位论文。同时授权中国 科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过 网络向社会公众提供信息服务。 学位论文作者签名：；听 导师签名贡文幺 签字日期：钿矗年f 月巧曰 签字日期：力，p 年f 月6 日 王昕：载四氧化四银活性炭对饮用水中污染物去除研究 1 绪论 1 1 饮用水污染的现状与危害 1 1 1 饮用水污染的现状 水是生命之源，地球上所有的生命都离不开水。但饮用水资源，正在遭受着 日趋严重的污染，各种水污染而导致的环境问题、健康问题层出不穷。“饮用水污 染已经成为最危险的人为灾害 。中国社科院国际形势黄皮书引用两家国际性 慈善机构发表的最新调查报告佐证其上述观点：目前全球有九亿人得不到洁净饮 用水，二十五亿人没有上厕所的条件，每天有多达五千名少年儿童因饮用水卫生 状况恶劣而死亡。黄皮书指出，近几年，水污染所造成的饮用水危机在中国的人 为事故灾害中占了相当比重【l 】。自2 0 0 5 年松花江发生重大苯污染事件以来，中国 共发生超过一百四十起的水污染事故，平均两到三天便发生一起与水有关的污染 事故【2 】。 据国家水利部介绍，目前我国缺水城市有3 0 0 多座，受影响人口在1 亿以上， 农村有3 亿多人饮水不安全，其中约1 9 亿人饮用水有害物质含量超标，6 3 0 0 多 万人饮用高氟水，2 0 0 万人饮用高砷水，3 8 0 0 多万人饮用苦咸水【3 一。饮用水有害 物质含量超标是很突出的问题，并有增加的趋势，致使人民群众的饮水安全受到 影响，身体健康受到威胁。 我国的地表水资源主要集中在七大水系：长江( 年径流量9 5 1 3 亿立方米) 、黄 河( 年径流量6 6 1 亿立方米) 、松花江( 年径流量7 6 2 亿立方米) 、辽河( 年径流量1 4 8 亿立方米) 、珠江( 年径流量3 3 3 8 亿立方米) 、海河( 年径流量2 2 8 亿立方米) 和淮河 ( 年径流量6 2 2 亿立方米) 。我国制定的地面水环境质量标准( g b3 8 3 8 2 0 0 2 ) 把水分为五类。水质按i 、i i 、v 类逐步下降。当水质下降至j j i i i 类标准 2 扬少i l 大学硕士学位论文 以下，即：类和v 类，由于所含的有害物质高出国家规定的指标，会影响人体 健康，因此不能作为饮用水源【5 】。 如今，中国北方的重要水源黄河的污染情况不断加重，黄河是西北、华北地 区的生命之泉，但其干流近四成的河段却基本丧失了水体功能【6 】。黄河流域水资 源保护局组织专家组对黄河水污染的状况及危害进行量化分析后发现，黄河干流 近4 0 河段的水质为劣v 类，基本丧失水体功能。随着经济发展，黄河流域废污 水排放量比上个世纪八十年代多了一倍，达4 4 亿立方米，污染事件不断发生。黄 河上游的绝大部分支流都受到不同程度的污染，而中下游几乎所有支流水质长年 处于劣v 类状态【7 】。黄河沿岸能源、重化工、有色金属、造纸等高污染的工业企 业林立，工业污染很严重，除工业污染外，生活污水和过量施用化肥、农药造成 的“农业污染”目前也呈现加重趋势，所占比例不断上升。日趋严重的黄河水污染， 严重破坏了黄河生态系统，导致河道中的水生物濒临灭绝。上世纪五十年代兰州 市雁滩滩边遍布红柳、芦苇，栖息斑头雁、高原山鹑等十几种水鸟，如今这些鸟 种已没有了踪迹。上世纪六十年代初，黄河甘肃段生长的鱼类大大减少，有些已 经绝迹【8 1 。 中国第一大河长江的污染面积也在不断扩大，在苏、皖两省的交接断面水质 为劣v 类，长江流域一些珍稀的鱼类已经难觅踪影，幸存的珍稀鱼类数量也急剧 下降，濒临灭绝【9 】。长江流域年污水排放总量多达2 5 0 多亿吨，占全国4 0 以上， 其中8 0 以上的污水未经有效处理，就直接排入长江，虽然近年来国家在长江的 污染治理上进行了大量投入，但长江水污染形势仍然比较严峻。目前长江干流6 0 的水体都已受到不同程度的污染，其中工业和人口比较密集的长江中下游上千 公里河段，沿岸水质基本都在m 类和类之耕1 0 , 1 1 】。此外，长江部分支流的污染 和流域内湖泊的富营养化问题也很突出。据环保总局提供的数据，长江3 8 条主要 干流上的7 2 个监测断面，能达到类以上水质的断面只有4 6 个。与此同时，长 江流域面积大于0 5 平方公里的4 0 0 0 多个湖泊，半数以上也已处于不同程度的富 营养化状态，其中杭州西湖、南京玄武湖、武汉东湖等，均达到了富营养化程度。 中国投入最多、开展污染治理最早的大河淮河，眼下仍是一条受污染最严 王昕：载四氧化四银活性炭对饮用水中污染物去除研究 3 重的河流。与此同时，一些湖泊的污染也很严重，“玉鉴琼田三万顷”，“表里俱澄 澈”的洞庭湖在2 0 0 9 年1 0 月份提前进入了枯水区 1 2 1 ；“太湖美，美就美在太湖水” 的太湖成为蓝藻频发的富营养湖泊。不仅仅是这两个湖泊，根据( 2 0 0 9 年6 月长 江水资源公报显示：鄱阳湖出口湖口断面的营养化程度为中级，水质为类； 巢湖西半湖营养化程度为轻度到中度富营养化，水质为劣v 类，东半湖水域营养 化程度为轻度营养化，水质为一v 类，主要超标项目为总氮，总磷；据报道， 巢湖市开源石料厂非法排污，每天直接把近万吨的污水排入巢湖，而这样的污染 事件已经屡见不鲜【1 3 1 。 1 1 2 饮用水的污染事件 水中的任何污染物，即使极其微量，也可能在人体内终身存在，并不断积累， 从而对人体产生有害的影响。这就是造成现在我们这个污染无处不在的时代里慢 性病不断增加并流行的真正原因。饮用水中任何污染物即使发生很小变化，也会 对饮用者个人和社会带来显著的、长期的影响。一处饮用水水源一旦受到污染， 最终会使别处的水源也受到影响，而且造成的后果还会增大许多倍。饮用水污染 导致的肿瘤、癌症、心脑血管硬化、肝病、肾病、结石、致畸、婴幼儿身体和智 力发育迟缓，上述情况已呈现出前所未有的趋势【1 4 , 1 5 】。饮用水水质和人体疾病的 关系深刻反映了我们今天的社会所面临的经济、社会和健康的问题。 由于资料条件有限，根据不完全统计，1 9 9 9 - - 2 0 0 9 年我国城市饮用水资源污 染事件，根据不同污染物种类分类，可以分为，污水2 2 6 起，化学品1 9 7 起，油 类9 1 起，未知4 7 起，藻类2 4 起，农药1 3 起，其他7 9 起【1 6 ，l7 1 ，见图1 1 和表1 1 。 4 扬州大学硕士学位论文 图1 11 9 9 9 - - - 2 0 0 9 年我国各地饮用水资源污染事件 f i g 1 1c h i n a sw a t e rp o l l u t i o ni n c i d e n t si n19 9 9 - - 2 0 0 9 表1 11 9 9 9 - - 2 0 0 9 年我国城市饮用水资源污染物类型统计 t a b l 1c h i n a su r b a nw a t e rs o u r c e sp o l l u t i o ni n c i d e n t si n1 9 9 9 - 2 0 0 9 年份污水化学品油类未知藻类农药其他 1 9 9 911oo0o0 2 0 0 01300o0o 2 0 0 1151o0o0 2 0 0 22420o10 2 0 0 34930021 2 0 0 491 34o1l2 2 0 0 51 51 151225 2 0 0 62 42 095411 2 2 0 0 72 82 21 17611 l 2 0 0 83 42 41 41 2431 4 2 0 0 92 92 01 09421 3 合计1 4 81 3 25 93 42 11 35 8 王听：载四氧化四银活性炭对饮用水中污染物去除研究 5 从图1 1 和表1 1 可以看出，污水污染和化学品污染是饮用水资源污染事件的 主要污染物，污水污染占1 0 年间的污染事件中3 1 8 2 ，化学品污染占1 0 年间的 污染事件中2 8 3 9 。污染事件数量总体呈上升趋势，2 0 0 3 年后增加比较快，一 方面是因为公众环保意识增加、社会的关注和媒体的报道力度逐渐增大，另一方 面则是因为随着经济的迅速发展，交通运输业发展很快，许多污染事件也是由于 运输有毒有害化学品或者油类发生交通事故而产生的，另外林林总总的各类工厂 所产生的废水也会对水资源造成破坏，事故会造成城市供水系统的困难，有些大 型的污染事故，例如“沱江污染事件”、“松花江污染事件 、“无锡太湖蓝藻 事件等更严重影响了城市的正常运转。 1 1 3 饮用水中污染物的危害 随着经济的高速发展，水源水和饮用水受化学品的污染越加严重，也引起了 人们的广泛关注和媒体的持续报道。本文选取饮用水中化学品污染中的三种物质： 邻苯二甲酸酯、苯胺、阴离子表面活性剂进行研究。 1 1 3 1 邻苯二甲酸酯 邻苯二甲酸酯( p a e s ) 是一类能起到软化作用的化学品，又称酞酸酯。 一般为无色透明的油状液体，带有微弱的特殊性气味，难溶于水，易溶于甲醇、 乙醇、乙醚等有机溶剂，常温下不易挥发。它的用途极为广泛，普遍应用于玩 具、食品包装材料、医用血袋和胶管、乙烯地板和壁纸、清洁剂、润滑油、 个人护理用品( 如指甲油、头发喷雾剂、香皂和洗发液) 等数百种产品中【l 引。 随着工业生产的发展及塑料制品的大量使用，酞酸酯已成为全球最普遍的一类污 染物。从邻苯二甲酸酯的流向看，8 0 以上的邻苯二甲酸酯用作增塑剂。商 品化使用的邻苯二甲酸酯约有1 4 种，其中有6 种被美国国家环保局( e p a ) y 0 入优先控制污染物，分别是邻苯二甲酸( 2 一乙基己基) 酯( d e h p ) 、邻苯二 6 扬州大学硕士学位论文 甲酸二正辛酯( d o p ) 、邻苯二甲酸丁苄酯( b b p ) 、邻苯二甲酸二正丁酯 ( d b p ) 、邻苯二甲酸二乙酯( d e p ) 、邻苯二甲酸二甲酯( d m p ) ，有3 种 被我国列入优先检测污染物的黑名单中，分别是邻苯二甲酸二正丁酯 ( d b p ) 、邻苯二甲酸二甲酯( d m p ) 、邻苯二甲酸二正辛酯( d o p ) 。 水体中邻苯二甲酸酯的来源主要有：( 1 ) 垃圾渗滤液，由于近年垃圾数量的增 加，垃圾中的塑料等越来越多，所释放出来的邻苯二甲酸酯也随着垃圾渗滤液流 入水体，造成水体污染；( 2 ) 产生邻苯二甲酸酯的工业废水的排放，由于经济的高 速发展，大小工厂越来越多，很多水体中的邻苯二甲酸酯都来自于这些生产和使 用邻苯二甲酸酯的工厂和企业所排放的废水【1 9 】。( 3 ) p v c 塑料、农用薄膜中增塑剂 的缓慢释放，有许多p v c 管经过雨水的淋洗，释放出来的邻苯二甲酸酯慢慢进入 水体中，污染水环境。 目前，我国已经成为增塑剂使用大国，每年约生产3 0 多万吨增塑剂。过去， 人们一直认为增塑剂类化合物毒性低，具有良好的理化特征，且生产方便，价格 低廉，因此几乎不加限制地生产和使用。但随着科学的发展，人们发现虽然增塑 剂急性毒性较低，人体摄入后几乎没有急性中毒的表现，但这并不意味着其安全， 相反其慢性毒性对人类的危害相当大。 国外的动物研究结果表明，增塑剂可导致动物存活率降低、体重减轻、肝肾 功能下降、血中红细胞减少，具有致突变性和致癌性。科研人员通过动物的胚胎 毒性研究还发现，增塑剂还能导致动物仔胎的腭裂、脊柱畸形、心脏变形、眼睛 缺陷、指或趾畸形、肢变形等严重后果2 0 ，2 1 1 。且研究发现，环境中微量的邻苯二 甲酸酯即会产生多种扰乱人类和动物的内分泌系统，特别是生殖系统，可通过呼 吸、饮食和皮肤接触直接进入人和动物体内。其毒性随着分子中醇基炭原子数的 增加而减弱。由于邻苯二甲酸酯在饮用水和水源水中频频被检出，引起了广泛的 高度重视。 欧洲委员会于1 9 9 9 年通过的临时决议，是针对3 岁或以下幼儿用品中6 种邻 苯二甲酸酯的含量，其有效期已经多次延续。新例将协调2 5 个成员国的有关法例， 并于全欧盟区实施，措施包括：玩具及儿童护理用品的塑料所含的3 类邻苯二甲 王昕：载四氧化四银活性炭对饮用水中污染物去除研究 7 酸酯：邻苯二甲酸( 2 乙基已基) 酯( d e h p ) ，邻苯二甲酸二正丁酯( d b p ) 及邻苯 二甲酸丁基苄酯( b b p ) ，浓度不得超过0 1 ；儿童可以放进口中的玩具及儿童护 理用品( 不论产品是否有此用途，亦不论儿童年龄) 所含的3 类邻苯二甲酸酯：邻 苯二甲酸二异壬酯( d i n p ) 、邻苯二甲酸二正辛酯( d n o p ) 及邻苯二甲酸二异癸酯 ( d i d p ) ，浓度亦不得超过o 1 t 2 2 1 。 1 1 3 2 苯胺 苯胺是芳香胺类最有代表性的物质，分子式为c 6 h 5 n i - 1 2 。苯胺为无色油状液 体，熔点为6 3 ，沸点为1 8 4 ，相对密度大约1 0 2 1 7 3 ，加热至3 7 0 分解。 稍溶于水，易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。苯胺是重要的化工原料，主要用于医 药和橡胶硫化促进剂，也是制造树脂和涂料的原料【2 3 1 。它是难以生物降解的有毒 物质，且毒性很高，仅少量即能引起中毒。 饮用水中苯胺的污染主要来源于生产和使用苯胺的众多工厂和企业所排放的 废水，由于近年来随着染料、医药、农药行业的发展，对苯胺类化学品的需求量 持续上升，据统计，我国每年生产苯胺超过8 万吨，而每年全世界排入环境中的 苯胺超过3 万吨，不仅是资源的浪费，也给环境造成了很严重的危害。 受苯胺污染的水和空气，对神经系统有刺激作用，长期接触可影响肝功能并 易患膀胱、前列腺和尿道等疾病，主要通过皮肤、呼吸道和消化道进入人体，从 而破坏血液造成溶血性贫血，损害肝脏引起中毒性肝炎，甚至导致各种癌症。苯 胺引起急性中毒时，轻者皮肤发生轻度青紫，尤其口唇、指甲和外耳壳明显，头 痛、眩晕、全身软弱，中等程度者除青紫外还有呕吐、脉跳加速、血压增高等症 状；重者产生意识不清，伴有阵发性抽搐、瞳孔放大、体温下降等症状，很快死 亡。苯胺慢性中毒时，对造血系统的损害表现为红血球逐渐减少，不同程度的青 紫；对神经系统的损害表现为持续性头痛、智力减退或丧失，以及各种神经官能 症状；对泌尿系统的损害表现为排尿困难、血尿等现象，甚至发生尿道癌、前列 腺癌或膀胱癌；对皮肤的损害表现为皮肤发红、疼痛、荨麻疹等过敏反应【2 4 1 。它 还是一种可疑的致癌物质。 由于苯胺对人体的健康和环境的影响很大，我国已将其列入“中国环境优先 扬州大学硕士学位论文 污染物黑名单”，苯胺和苯酚为水中优先控制污染物，公众对环境中的苯胺引起了 高度的重视，环境中的苯胺测定也列入环境监测的经常性项目。常用危险化学品 的分类及标志( g b1 3 6 9 0 9 2 ) 将苯胺划为第6 1 类毒害品。 1 1 3 3 阴离子表面活性剂 阴离子表面活性剂的历史悠久，1 8 世纪兴起的制皂业所生产的肥皂即为阴离 子表面活性剂，肥皂属高级脂肪酸盐。此外，有代表性的阴离子表面活性剂还有 磺酸盐、硫酸酯盐、n 酰基氨基酸盐、磷酸酯盐等1 2 5 1 。 阴离子表面活性剂主要是含氮的有机胺衍生物，由于它们分子中的氮含有孤 对电子，故能以氢键与酸分子中的氢结合，使氨基带上正电荷。因此，它们在酸 性介质中才具有良好的表面活性；在碱性介质中容易与负离子相结合而析出，失 去表面活性。它在低温下较难溶解，随温度升高溶解度加大，溶解度达到极限时 会析出表面活性剂的水合物。但是，水溶液加热至一定温度时，表面活性剂分子 发生缔合，溶解度会急剧增大。阴离子表面活性剂亲水基团的种类有局限，而疏 水基团可以由多种结构构成，故种类很多。阴离子表面活性剂一般具有良好的渗 透、润湿、乳化、分散、增溶、起泡、抗静电和润滑等性能，用作洗涤剂有良好 的去污能力【2 6 】。 阴离子表面活性剂中，烷基苯磺酸钠( l a s ) 由于价格性能比最高，其全球 消费量也是最大的，1 9 9 5 年3 1 0 万吨，2 0 0 0 年全球消费量3 5 0 万吨。其中9 0 用于民用洗涤剂中。在今后相当长的时间内，洗涤剂主要活性物原料仍以l a s 为 主导，也就是说l a s 仍将主导合成洗涤剂工业。 水体中阴离子表面活性剂的污染主要来源为：a 居民生活上应用产生的生活 污水，由于阴离子表面活性剂在洗涤用品中有良好的去污作用，在化妆品中有着 乳化作用，因此民用生活污水中含有大量洗涤剂，是水体污染的主要来源；b 生 产和使用阴离子表面活性剂的工厂和企业所排放的废水，阴离子表面活性剂具有 非常独特的分子结构，其结构一端亲油，一端亲水，这种特殊结构导致其易富集 于界面，降低界面张力、改变界面性质【2 7 】，这种性质也决定了表面活性剂必将在 其他领域有着广泛的应用，包括纺织、食品、农药、石油、化工、采矿、机械、 王昕：载四氧化四银活性炭对饮用水中污染物去除研究 9 皮革、造纸、塑料、建材等领域都有广泛应用，因此工业生产上所产生的污水也 不容忽视。 l a s 属于生物难降解物质，它在我国环境标准中被列为第二类污染物质，l a s 是表面活性剂废水中的首要污染物，它对生态环境影响的相关研究已经有很多， 它会造成水体起泡，产生毒性，且由于产生的泡沫，会降低水中的复氧速度和充 氧程度，此外还具有抑制和杀死微生物的作用，会抑制其他有毒物质的降解，对 工业废水和生活污水的物化、生化特性都有很大的影响2 8 刎。 l a s 对人体器官组织有直接毒害作用，具有协同致癌性，阴离子表面活性剂 及其代谢产物在机体内引起的生物学变化，亦即对机体可能造成的毒副作用包括 急性毒性、亚急性毒性、慢性毒性、对生育繁殖的影响、胚胎毒性、致畸性、致 突变性、致癌性、致敏性、溶血性等等。阴离子表面活性剂与人体不同部分以不 同方式接触，对上述毒副作用会提出不同的要求。 1 2 饮用水强化处理技术的应用 1 2 1 饮用水常规处理工艺的局限性 目前在国内的大小水厂中，常规给水处理工艺仍然是主要的处理工艺，各个 流程的处理设施都有很多形式，也有其优势和其局限性。常规处理工艺能有效地 降低水的浊度，对某些有机物、细菌等也有一定的去除效果，但根据研究显示， 常规处理工艺对有机物的去除很有限，通常只有2 0 - 3 0 t 3 0 】。而一些微量的持 久性有机污染物和环境激素类物质，常规处理工艺的去除更是有限。因此，面对 饮用水的污染，常规处理工艺已经难以满足生活饮用水卫生标准的出水水质 要求。 用气相色谱和质谱( g c m s ) 联机对常规处理工艺的进出水进行分析，结果 显示，水中的微量有机物在处理前后的量基本没有变化，去除效果微乎其微，而 由于预氯化产生的卤代物在常规处理过程中也无法去除，且水中氯化产生的致突 变前体物不仅没有降低，反而有所上升，出水的致突变活性与处理前相比反而增 1 0 扬州大学硕士学位论文 加了4 0 , - - , 6 0 1 3 1 翊。 近年来，由于水源水污染日益严重，而对于水质的要求也在不断提高，因此 很多水厂增加了预处理和深度处理工艺，能够应对一些持续性的、常规的水源水 质，然而对于一些突发的、特殊难处理的污染物，目前水厂的现有工艺则难以应 付。 1 2 2 饮用水强化处理技术的应用 为了得到水质良好的饮用水，各种各样的水处理技术已相继被开发出来，并 正在向深度和广度发展。我国饮用水常规的处理方法( 混凝、沉淀、过滤、消毒等) 主要是去除水中的悬浮物和细菌，而对各种溶解性化学物质的去除率较低，不能 完全消除水污染造成的危害，更不能满足人们对饮用水的高标准要求，加之长距 离管道输送和高层水箱的二次污染，饮用水已不再安全或卫生。因此应尽快采用 先进的技术对饮用水进行较为全面的处理。目前，随着水源污染的加剧和各国饮 用水标准的提高，可去除各种有机物和有害化学物质的“饮用水深度处理”技术日 益受到人们的重视。要求采用更有效的水处理方法，寻求一种占地少、维护管理 方便、处理水质稳定的工艺已成为人们普遍关注的课题。 1 2 2 1 吸附技术 以活性炭、树脂吸附为代表的吸附工艺是目前去除水中有机污染物的首选技 术【3 3 1 。给水处理常用的活性炭有粒状炭( o a c ) 和粉末炭( p a c ) 两种。粉末活性炭具 有设备投资省，价格便宜，吸附速度快，对短期及突发性水质污染适应能力强等 优点，但活性炭无法回收和再生。颗粒活性炭虽然能够再生后重复使用，但其设 备投资相对较高，且往往需要与臭氧氧化等技术联用，以提高处理效果。因此， g a c 技术宜作为一种深度净化工艺，而p a c 技术可作为对短期及突发性水质恶 化的一种应急措施。 在水处理中，活性炭除了自身的吸附作用，还能利用生长在活性炭孔隙内的 王昕：载四氧化四银活性炭对饮用水中污染物去除研究 1 1 微生物进行好氧生物处理，即生物活性炭，能提高出水水质，延长活性炭的再生 周期，但在实际中应用中一般采用自然挂膜，时间比较长，若进水浊度高，则活 性炭孔隙易被堵塞【3 4 1 。 实际中常用的还有臭氧活性炭技术，即采用臭氧氧化与活性炭滤池联用的方 法，可以进一步去除水中的有机污染物、氯消毒副产物，降低出水的b d o c 和 a o c t 3 ”，臭氧活性炭联用技术在饮水处理中有着独特的优势，因此也广受青睐。 1 2 2 2 强化传统工艺 强化和改进常规水处理工艺是目前水厂控制出水有机物最经济有效的办法。 主要包括强化混凝、强化过滤、消毒强化等。在混凝阶段，主要有改变投药方式、 采用新型混凝剂和助凝剂、改变投药条件；在沉淀阶段，主要有改进沉淀池，如 斜板沉淀池、高效斜管沉淀池，或者采用气浮等处理，强化沉淀效果；在过滤阶 段，主要有采用新型滤料、采用双层或多层过滤等，强化过滤效果；在消毒阶段， 主要有加氯量的控制和加氯点的选择，强化消毒效果【3 6 , z 7 , z 引。 一般来说，经过强化后的传统工艺，其出水的有机物去除可以达到5 0 0 , 6 - 9 0 。 1 2 2 3 臭氧氧化法 臭氧的氧化能力很强，能氧化分解许多有机物，消毒能力也很强，能够去除 水中的色、味，溶解性的铁、锰及酚等。但其在水中不稳定，容易失效，在管网 中杀菌效力不能持久；而且设备复杂，投资大，能耗也大，目前在我国应用较少。 另外，臭氧副产物经氯化后会产生t h m s ，水中的致癌、致突变、致畸性的物质 不一定会低于处理前的水【3 9 , 4 0 1 ，另外，经臭氧氧化后，水的生物稳定性会变差。 目前，通常把臭氧与活性炭联合应用，其效果较佳。 1 2 2 4 光化学处理技术 光催化氧化是光化学技术的一个核心研究领域，它是一种高级氧化技术，通 常用半导体t i 0 2 作为光催化剂，过程中会形成氧化能力极强的中间产物，大部 分是羟基自由基( o h ) ，可以将水中有机物氧化成c 0 2 、h 2 0 及无机盐等，使 有机物完全矿化，避免了常规处理可能带来的二次污染，且光催化氧化法设备简 1 2 扬州大学硕士学位论文 单，运行条件温和，在常温常压下即可反应，光催化剂t i 0 2 化学性质稳定，市 场价格不高，可重复使用【4 1 , 4 2 1 ，从上述优点可以看出，光催化氧化法是一种极具 吸引力的水处理方法。 1 2 2 5 膜分离技术的应用 膜分离技术是一门新兴的高效分离、浓缩、提纯、净化技术，其主要特点是 节能( 因为膜分离过程不发生相变化) 、分离对象广( 有机物和无机物、病毒、细菌、 微粒) 、装置简单、易操作、易于自控、易维修( 因为只是用压力作为膜分离的推 动力) ，特别适用于对热敏感物质的分离、分级、浓缩与富集( 因为分离过程只需 在常温下进行) 4 3 1 。 目前，在世界范围内已开发研制出的有机膜主要有微滤膜( m f ) 、超滤膜( u f ) 、 纳滤膜( n f ) 和反渗透膜( r o ) 。其中的微滤( m f ) 和超滤( u f ) ，因不能脱除各种低 分子物质，故单独使用时不能称之为深度处理。反渗透( r o ) 和纳滤( n f ) 作为水及 其他液体分离膜之一，在分离膜应用领域占有重要的地位 4 4 1 。当今世界上，反渗 透、纳滤膜水处理装置的能力已达到每天数百万吨。最大的反渗透苦咸水淡化 装置为位于美国亚利桑拿州的日产水量2 8 万吨的运河水处理厂，最大的反渗透 海水淡化装置位于沙特阿拉伯，日产水量为1 2 8 万吨。最大的纳滤脱盐软化装 置