哈尔滨工业大学硕士研究生环境工程专业毕业答辩模板

深圳地区饮用水中三氯乙醛生成特性与控制方法研究,哈尔滨工业大学深圳研究生院,汇报人：专业：导师：日期：,内容,深圳水务集团技术部立项课题。,三氯乙醛（CH）超标风险高,1研究背景,课题来源,表1-1生活饮用水卫生标准(GB5749-2006),2012年7月1日起全面实施,三氯乙醛简介,基本性质无色易挥发油状液体，易与水结合成水合三氯乙醛（CH）。毒性潜在致癌、致畸、致突变性传播途径淋浴、洗手、呼吸,急需提出控制CH的经济、高效的方案,CH生成特性无明确结论,缺乏针对性控制指导方法,？,1研究背景,CH前体物来源,DBPs产生途径,腐殖酸、富里酸、小分子氨基酸、藻类及其代谢产物、纯细菌氯化均能生成CH。,HOCl/OCl-,取代、加成、氧化等,+,三卤甲烷(THMs)卤乙酸(HAAs)卤代乙醛,三卤甲烷(THMs)、卤乙酸(HAAs）主要生成途径：氯与天然有机物中间位二羟基取代苯反应生成。CH生成途径多种多样，实际水体中主要生成机理不清楚。,天然有机物(NOM)，藻类有机物、污水中有机物、人工制造的化学物质（如：药物、化工物质）,DBPs前体物,1研究背景,文献调研,1研究背景,技术路线,内容,不同季节深圳水库原水加氯量与CH生成量关系（pH=7，时间24h，温度25）,（A）4月,（B）7月,（C）11月,夏季深圳原水中CH前体物浓度增加，CH超标风险高。冬季，本次试验水质下各水库原水CH超标风险低,2CH生成特性研究,影响因素加氯量,不同水库原水加氯量与CH生成量关系（11月12月，pH=7，时间24h，温度25）,不同季节原水氯化过程中，CH生成量随投氯量的增加而增加，不同季节原水中CH前体物组成与含量不同，CH增加趋势不同。夏季有机物指标较高、CH前体物多。藻类含量较高，有文献指出，藻细胞/藻类有机物比天然有机物能产生更多的CH。,深圳水库原水pH值与CH、其它DBPs生成量关系（加氯量5mg/L，时间24h，温度25）,2CH生成特性研究,影响因素pH值,深圳水库原水pH为7.5时CH生成量最大，pH8时CH生成量开始下降，有文献指出，碱性条件CH可能转化为三氯甲烷。随pH值增加，三种DBPs总量增加，为控制CH的生成量及三种DBPs总量，维持反应pH为6.5左右是较好的选择。,CCl3CHO+OH-=CHCl3+HCOO-,深圳水库原水反应时间与CH生成量关系（加氯量5mg/L，pH=7，温度25）,2CH生成特性研究,影响因素反应时间与温度,CH生成量随反应时间的延长而升高，不同加氯量条件下，CH达到最大生成量时间不同。加氯量为5mg/L时，24h生成量最大。反应时间30min的CH生成量为24h生成量的12.8%，反应时间2h的CH生成量为24h生成量的44.1%。,深圳水库原水反应温度与CH生成量关系（加氯量5mg/L，pH=7，时间24h）,小于20，温度对CH生成量影响不明显，温度超过30CH生成量迅速增加。水温的季节性变化（7、8、9月水温达到30）导致出厂水CH生成量在夏季可能会升高。,pH为7时CH与三氯甲烷含量关系,CH与三氯甲烷总量、三氯甲烷显著相关，相关系数为0.886、0.878。CH与卤乙酸、耗氯量的相关性较差。CH国标限值为10g/L，三氯甲烷为60g/L，常规水质指标三氯甲烷超标风险高时，应同时调高对CH风险的关注。,表2-1CH与其它DBPs及耗氯量的相关系数（P前加高锰酸钾无前加氯。前加高锰酸钾工艺主加氯后CH生成量比前加氯工艺的降低43.7%。采用高锰酸钾替代氯能有效降低CH生成。,前加高锰酸钾较前加氯相比，对浊度去除效果相似，对UV254的去除效果略差，CH在UV254减少时生成，CH前体物可能含芳香类、含双键的物质。,在深圳水库原水中投加粉炭，以120r/min搅拌2h。将粉炭从水中分离，测水样氯化后CH生成量。（方法：pH7.0，加氯5mg/L，25，24h。）,3.4粉末活性炭吸附CH前体物粉炭投加量,3控制方法小试研究,表征CH前体物相对含量,随粉末活性炭投加量增大，CH生成量整体呈下降趋势。投加50mg/L的粉末活性炭CH前体物的去除率为55%，可认为50mg/L的粉末活性炭投加量为吸附CH前体物的近饱和投加量。,3.4粉末活性炭吸附CH前体物吸附时间,在深圳水库原水中投加粉炭50mg/L，以120r/min搅拌。一定时间后将粉炭从水中分离，测水样氯化后CH生成量。,3控制方法小试研究,CH生成量随吸附时间增加而减少，前20-30min快速吸附阶段，CH前体物的去除速率高，去除率为24%，随时间增长，去除速度下降，60min后增速缓，CH前体物去除率为33%。120min时仍有一定的去除效果，去除率为38%。20-30min接触时间可以有效去除CH前体物。,投加混凝剂PAC、聚合硫酸铁、氯化铁对CH前体物的最大去除投加量分别为，1mg/L、4mg/L、6mg/L，去除率分别为：53%、59.5%、61%。铁盐对CH前体物去除情况略好于铝盐。铝盐用量少，高剂量铁盐存在色度、铁离子超标风险。,表3-4上清液指标情况,3.5强化混凝混凝剂类型,在深圳水库原水中投加一定量混凝剂，混凝条件同调整前加氯量实验，测上清液氯化后CH生成量。（方法：pH7.0，加氯5mg/L，25，24h。）,3控制方法小试研究,高剂量（5mg/L）PAC投加量下，有利于有机物的去除。去除浊度的最加PAC投加量为3mg/L。各浓度投加量下铝离子未超标。,随着PAC（以Al2O3计）投加量的增加，CH前体物去除率开始也随着增加，当PAC投加量增加到4mg/L时，CH的去除率最大，为65.3%。投加PAC2mg/L、3mg/L时也得到较理想的CH去除效果，去除率分别为57.4%、56.3%。,表3-5不同PAC投加量上清液水质指标情况,3.5强化混凝PAC投加量,在深圳水库原水中投加一定量PAC，混凝条件同3.1，测上清液CH生成势。,3控制方法小试研究,在pH值为7时CH前体物去除率达到最大值57.6，如果继续升高pH值或降低pH值，CH前体物去除率均呈下降趋势。pH值在6.57.5的范围内，CH体物去除效果明显，去除率为51%57.6。,上清液中浊度、UV254、TOC、CODMn去除率最大时的pH值分别为：8、5.5、6、6.5，CH前体物与浊度和有机物指标均有一定关系，从而使pH值为6.57.5CH前体物去除效果明显。,3.5强化混凝混凝pH值,调节深圳水库原水pH值，投加2mg/LPAC，混凝条件同改变前加氯量实验，测上清液CH生成势。,3控制方法小试研究,投加不同浓度HCA、PAM对CH前体物的平均去除率为40.6%，64.2%，分别比无助凝剂投加时高11.9%，32.5%。投加PAM有效提高CH前体物去除效果，投加量为0.02mg/L、0.05mg/L时CH前体物去除率最大，为90%。,投加HCA、PAM对混凝去除有机物指标UV254、CODMn略有改善，浊度也略有降低。,3.5强化混凝投加助凝剂,在深圳水库原水中投加2mg/LPAC，混凝中段投加一定量助凝剂HCA、PAM，测上清液CH生成势。,表3-6上清液水质指标情况,3控制方法小试研究,内容,图4-1南山水厂工艺流程图,实验内容：,4生产性实验研究,南山水厂生产性实验,东湖泵站,7h,加氯0.8mg/L,前加氯0.3mg/L,沉后加氯0.6mg/L,主加氯0.80.9mg/L,原水,沉后水,滤后水,出厂水,1、工艺调查2、高锰酸钾替代前加氯3、改变加氯方式4、粉炭与粉炭+高锰酸钾,4生产性实验研究,表4-1实验阶段南山水厂运行参数,南山水厂生产性实验,反冲洗水中可能夹杂着滤池截留的CH前体物，CH生成势最大，在反冲洗水中氯与CH前体物进一步反应，CH含量最大。,各工艺段出水CH含量及2天CH生成势（CHFP2：pH7.0，加氯6mg/L，25，48h）,4生产性实验研究,南山水厂生产性实验实验1工艺调查,投氯量充足时，反应两天后CH生成量趋于稳定，占7天生成量的绝大部分，用两天CH生成量近似表征CH生成势，以CHFP2（ChloralHydrateFormationPot-ential2days）表示。,反冲洗水上清液，经4h储存后汇入原水。,表4-2各工艺段出水水质指标,CH含量与余氯相关性显著，系数为0.841,CH生成势与CODMn，TOC，UV254及浊度之的线性相关系数分别为0.875（P0.01）、0.668、0.726（P0.05）、0.913（P0.01）。工艺过程中CH生成势与浊度、CODMn、UV254显著相关。,各工艺段出水CH含量和CHFP2与水质指标相关性,4生产性实验研究,南山水厂生产性实验实验1工艺调查,高锰酸钾预氧化工艺的出厂水CH含量比前加氯工艺的降低18.4%。用出厂水CH含量与原水CH生成势的比值表示CH生成率的情况。原工艺的CH生成率为28%，而高锰酸钾替代前加氯工艺CH生成率为14%，降低了50%。,在相同水质的条件下，高锰酸钾预氧化工艺的出厂水CH含量将明显低于前加氯工艺出厂水CH含量。,南山水厂生产性实验2高锰酸钾替代前加氯,各工艺段出水CH含量和CHFP2与水质指标相关性,4生产性实验研究,出厂水CH含量随前加氯量的增加而增大，分别为1.4g/L、5.0g/L、7.4g/L。前加氯的氧化作用使之后工艺流程中CH前体物大量增加，导致后续加氯时生成更多CH。在保持总加氯量一定的情况下，减少前加氯量有利于控制CH生成。,南山水厂生产性实验实验3改变加氯方式,各工艺段出水CH含量,4生产性实验研究,前加粉末活性炭工艺下，各工艺段出水均未检测出CH。粉炭+高锰酸钾工艺滤后水、出厂水有少量CH生成量，小于2g/L，出厂水CH含量是原工艺的29%，粉末活性炭能有效吸附CH前体物。原工艺混凝沉淀对CH前体物的去除率为22.5%，投加粉炭工艺混凝沉淀对CH前体物的去除率为47.1%，粉炭+高锰酸钾工艺混凝沉淀工艺对CH前体物的去除率为45.1%。,南山水厂生产性实验4粉炭、粉炭+KMnO4,各工艺段出水CH含量和CHFP2情况,4生产性实验研究,前加氯量对出厂水CH含量的影响很大，控制前加氯量是关键控制步骤。,南山水厂生产性实验,不同水处理工艺CH生成率（出厂水CH含量/进厂水CH生成势）,4生产性实验研究,粉炭5.4%,CH生成率比较：,前加氯0mg/L6.7%,粉炭+高锰酸钾8.4%,前加氯0.3mg/L27.6%,前加氯0.6mg/L62.2%,高锰酸钾14.0%,无前加氯,实验滤池：沙头角水厂经原石英砂滤池改造而来的活性炭滤池一格为研究对象。选用尚未改造，与活性炭滤池同一进水、同步运行的一格石英砂滤池做对比,沙头角水厂炭滤池实验,沉后水,炭滤池出水,砂滤池出水,图4-2沙头角水厂工艺示意图,方法,4生产性实验研究,活性炭滤池对TOC的平均去除率比砂滤池高10.3%，对UV254和CODMn的去除率略好于砂滤池。,水厂无前加氯条件下两种滤池对有机物指标的去除情况（3月份）,表4-3各工艺段出水有机物指标情况,沙头角水厂炭滤池实验,4生产性实验研究,表4-4炭滤池与砂滤池进出水CHFP2情况,活性炭滤池对CH前体物的去除率为25.3%，比砂滤池的9.6%高15.7%，活性炭滤池对CH前体物的去除效果明显好于砂滤池，且去除效果稳定。对CH前体物和TOC、UV254、CODMn的变化关系进行分析，未发现指标与CH前体物有明显相关性。,水厂无前加氯条件下两种滤池对CH前体物的去除情况,沙头角水厂炭滤池实验,4生产性实验研究,前加氯为1.0mg/L时各工段出水CH含量,前加氯为1.5mg/L时各工段出水CH含量,活性炭滤池对已生成的CH有很好的去除效果，去除率为30%40%。,水厂前加氯1.0mg/L、1.5mg/L条件下两种滤池对CH去除情况,沙头角水厂炭滤池实验,4生产性实验研究,前加氯为1.0mg/L与1.5mg/L时，两种类型滤池进水CH均值分别为1.6g/L，1.9g/L。炭滤池出水CH含量为检测限1.0g/L，平均去除率为33.34%，41.78%。含氯水经砂滤池后CH明显增加，平均增加率18.7%，40.9%。,表4-5不同前加氯条件下各工段出水游离氯与总氯,含氯水经砂滤池后CH含量增加，随前加氯浓度增加，砂滤池CH浓度迅速增加。大部分反冲洗后采集的样品CH增加量下降，反冲洗前则上升。,砂滤后CH浓度变化与反冲洗周期关系,水厂一般均进行前加氯，砂滤池进水一般含有余氯，建议水厂在CH超标高的时期增加常规砂滤池反冲洗频率。,水厂前加氯1.0mg/L、1.5mg/L条件下砂滤池出水CH情况,沙头角水厂炭滤池实验,4生产性实验研究,对水质差，经常存在招标问题的水厂,水厂CH严重超标,水厂CH轻度超标,水厂CH超标风险较高,超标风险低的季节和水质好的水厂,无需特别控制,调整前加氯量,采用强化混凝工艺增加滤池反冲洗次数,高锰酸钾+粉末活性炭技术集成氯胺消毒通知用户饮用水煮开,活性炭滤池,初步预