饮用水厂升级改造与深度处理技术进展

1、饮用水厂升级改造与深度处理技术进展,马军 哈尔滨工业大学市政环境工程学院内容,水质问题 预氧化技术 常规工艺强化技术 臭氧催化氧化技术 过硫酸盐催化氧化技术 膜技术,饮用水水质问题,Water quality problem in urban area,预氧化技术,氧化剂,臭氧 高锰酸盐 高铁酸盐 二氧化氯 过硫酸盐 氯 高级氧化 (AOPs),高锰酸盐预氧化,预氧化技术,EDCs/PPCPs,Pseudo-Persistent,Containing Some Electron-Rich Moieties,氧化有机污染物,高锰酸钾氧化内分泌干扰物和药物,Jiang,

2、Pang, Ma. Environ. Sci CH dose= 58.3 mg/L, 2% MnO2/CH dose=60.3 g/L,(Amorphous MnOx on GAC easy to leach),Appl. Catal. B: Environ. (2008)256,Fe catalysts-FeOOH,A highly hydroxylated surface,J. Mol. Catal. A: Chem. (2008) 82,Appl. Catal. B: Environ. (2008)131,Nano-sized catalyst - TiO2 and supported,

3、Catalyzed ozonation of nitrobenzene with different catalyst mass (O30=0.367 mg/L, NB0= 60 ug/L, T=293 K ),J. Mol. Catal. A: Chem. (2007) 41,Ozone Sci. Eng. (2009) 45,TiO2/Silica-Gel,O30=0.9 mg/min,Ceramic honeycomb supported catalyst,T= 293 K, pH=6.92, NB0=50 ug/L, total applied ozone=1.00 mg/L,Envi

4、ron. Sci. Technol. (2009) 2047,Environ. Sci. Technol. (2009) 4157,ZnO NiO Fe2O3,CuO,Initiation of OH profoundly depends on the density of surface-OH2+ of ceramic honeycomb supported catalyst,Catalytic ozone: FeNi Zn HO initiation is related to surface hydroxyl density Environ. Sci. Technol., 2008; 2

5、009,Ceramic honeycomb supported catalyst -Multiple elements metal oxides,T= 293 K, pH=6.92, NB0=50 ug/L, total applied ozone=1.00 mg/L,J. Environ. Sci:China. (2006) 1065,Mn-Cu,Mn-Fe-K,Appl. Catal. B: Environ. (2009)326,能够彻底分解破坏,Degradation of Nitrobenzene by Cata-ozonation,Degradation of organics by

6、 ultrasonic waves,Zhao, Sun Lau, et al., 2007; Waldemer et al., 2007; Chan et al., 2007; Hori, et al. 2005; Anipsitakis, et al., 2004,藻毒素,简介,持久性有机物,内分泌干扰物,卤代有机物,消毒工艺,94,热,过渡金属,辐射,碱,醌,SO4-,简介,过氧单硫酸盐（PMS）,过氧二硫酸盐（PDS）,95,羟胺强化亚铁活化过氧单硫酸盐,近期研究结果,96,1 紫外催化活化PMS,提出并验证了紫外催化PMS体系中HO和SO4-产生与转化途径。 建立了紫外催化PMS体系中

7、HO、SO4-以及有机污染物的降解动力学表达式。,1 紫外催化活化PMS,通过自由基抑制实验和电子顺磁共振(EPR)技术验证了过氧单硫酸盐在=254nm紫外辐射下主要发生-O-O-键断裂，产生羟基自由基(HO)和SO4-,SO4-,HO,1 紫外催化活化PMS,99,1 紫外催化活化PMS,引用32次,100,HCO3-,Cl-,NO3-,NOM,水质参数的影响,1 紫外催化活化PMS,表明各种参数取值为在天然水体存在的浓度时，该工艺仍应该具有较好的除污染效果。,101,与UV/ H2O2 和UV/PDS对比： H2O2 ：固体药剂， 相对于H2O2容易运输和保存 PDS： 相对于UV/PDS

8、 ， UV/PMS在pH8-10自由基产率高，除污染效果好 更适用于碱性条件,1 紫外催化活化PMS,羟胺强化亚铁活化过氧单硫酸盐,2 磁性金属材料活化PMS,合成了一种对过氧单硫酸盐具有高活化特性的磁性金属材料，CuFe2O4。 进一步研究其活化过氧单硫酸盐降解有机污染物的活性物种和自由基的形成机理。 分析了不同水质参数如pH、碱度、天然有机物、无机盐类以及不同水质背景水体对降解污染物效果的影响。 发现SO4-比HO具有更强的选择性，受水体背景成份影响更小，因而稳态浓度更高、氧化效率更高。,2 磁性金属材料活化PMS,105,NOM,HCO3-,PMS,CuFe2O4,pH,2 磁性金属材料

9、活化PMS,水质参数和操作条件的影响,106,2 磁性金属材料活化PMS,实际水体背景下的去除效果,107,对比了不同金属的铁酸盐活化PMS去除污染物的效果：CoFe2O4 CuFe2O4MnFe2O4 ZnFe2O4. 金属的铁酸盐活化PMS机理实质为电子在M2+/M3+, O2/O2 和 PMS之间的转移。,2 磁性金属材料活化PMS,Applied Catalysis B:Environmental，2014,与 H2O2 和PDS对比： 更容易被固体金属催化剂活化 适用于碱性条件 可用于地表水和地下水的净化与修复工艺,2 磁性金属材料活化PMS,羟胺强化亚铁活化过氧单硫酸盐,3 羟胺强

10、化亚铁活化PMS,发现了羟胺强化二价铁活化过一硫酸盐氧化降解水中有机物的现象。 考察了羟胺投量及pH值对羟胺强化二价铁活化过氧单硫酸盐氧化降解水中有机物的影响。 提出并验证了羟胺强化二价铁活化过氧单硫酸盐形成活性自由基(HO和SO4-)的机理。,在二价铁活化过氧单硫酸盐(PMS)氧化降解水中苯甲酸(BA)的过程中，羟胺(HA)的加入极大地促进了苯甲酸的降解。,3 羟胺强化亚铁活化PMS,112,羟胺(HA)投量及pH值对二价铁活化过氧单硫酸盐(PMS)氧化降解水中苯甲酸(BA)的影响。,3 羟胺强化亚铁活化PMS,羟胺投量的影响,pH的影响,113,提出并验证了羟胺强化二价铁活化过氧单硫酸盐形

11、成活性自由基(HO和SO4-)的机理。,3 羟胺强化亚铁活化PMS,甲醇及叔丁醇的抑制效果,EPR检测结果,超纯水体系,二价铁/PMS体系,羟胺/二价铁/PMS体系,( represents adduct and represents adduct),114,提出并验证了羟胺强化二价铁活化过一硫酸盐形成活性自由基(HO和SO4-)的机理。,3 羟胺强化亚铁活化PMS,115,过硫酸盐高级氧化技术,利用羟胺强化二价铁活化过氧单硫酸盐形成硫酸根自由基及羟基自由基的原理，形成了羟胺/二价铁/过氧单硫酸盐氧化降解水中难降解有机污染物的基于硫酸根自由基的新型高级氧化技术，申请并获得了“促使单过硫酸盐、过硫酸盐产生硫酸根自由基的方法”的国家发明专利。,116,中试和生产性研究,紫外、金属催化过硫酸盐、过氧单硫酸盐在淮南某饮用水处理厂建立中试实验基地和生产性试验基地，长期运行考察，发现除污染效果较好。,加药池,紫外反应器,金属催化反应器,过硫酸盐工程应用,过硫酸盐高级氧化去除氧化