氯氧化論文剖析

蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文摘要采用預(yù)氯氧化聯(lián)合粉末活性炭（PAC）吸附工藝對腐殖酸配水進行試驗，試驗的主要內(nèi)容是次氯酸鈉投加量及接觸時間的確定、PAC投加量及吸附時間的確定、次氯酸鈉單獨預(yù)氧化效果分析、預(yù)氯聯(lián)合活性炭效果分析。試驗結(jié)果表明，預(yù)氯氧化聯(lián)用粉末活性炭吸附工藝對有機物的去除具有較好的效果。預(yù)氯氧化－粉末活性炭吸附工藝對有機物的去除包括兩個過程：預(yù)氯氧化和粉末活性炭吸附。即在對有機物的去除上，先發(fā)揮次氯酸鈉的強氧化能力，將有機物氧化成可降解的小分子有機物，接著利用活性炭良好的吸附性能將其吸附。預(yù)氯氧化工藝中，次氯酸鈉最佳投加量為1mg/L，最大投加量為8mg/L，最佳接觸時間為40min。粉末活性炭吸附工藝中，粉末活性炭（PAC）最佳投加量為20mg/L，最大投加量為100mg/L，最佳吸附時間為20min。當(dāng)次氯酸鈉與粉末活性炭均選用最佳投加量時，CODMn去除率達到36.00%，UV254去除率達到45.05%。關(guān)鍵詞：次氯酸鈉，粉末活性炭，有機物，腐殖酸I蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文AbstractAdoptingjointpowderactivatedcarbon(PAC)adsorptionchlorineoxidationprocesstotesthumicacidwaterdistribution,themaincontentofthetestisthedeterminationofsodiumhypochloritedosingquantityandcontacttime,thedeterminationofPACdosingquantityandcontacttime,sodiumhypochlorite,chlorineoxidationeffectanalysis,incombinationwithactivatedcarbonaloneeffectanalysis.Thetestresultsshowthatchlorineoxidationcombinedpowderactivatedcarbonadsorptionprocessonorganicmatterremovalhasagoodeffect.Preoxychloride-powderactivatedcarbonadsorptionprocessonorganicremovalincludestwoprocesses:preoxychlorideandpowderactivatedcarbonadsorption.Namelyonorganicmatterremoval,firsttousesodiumhypochloritestrongoxidationability,smallmoleculestooxidationoforganicmatterintobiodegradableorganics,andthenusingthegoodadsorptionperformanceofactivatedcarbonadsorption.Chlorineoxidationprocess,sodiumhypochloriteoptimaldosingquantityof1mg/L,maximumdosingquantityis8mg/L,thebestexposuretimefor40min.Powderactivatedcarbonadsorptionprocess,thepowderactivatedcarbon(PAC)optimaldosingquantityof20mg/L,maximumdosingquantityis100mg/L,theoptimaladsorptiontimeto20min.Whensodiumhypochloriteandselectstheoptimaldosingquantityofactivatedcarbonpowder,CODMnremovalratereached36.00%,UV254removalratereached45.05%.Keywords:sodiumhypochlorite,powderactivatedcarbon,organicmatter,humicacidII蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文目錄III目錄..................................................................................................................................III1緒論..............................................................................................................................11.1水資源現(xiàn)狀.........................................................................................................11.1.1中國水資源所面臨的挑戰(zhàn)......................................................................11.1.2關(guān)于微污染水源飲用水..........................................................................31.2給水處理中的預(yù)處理和深度處理技術(shù).............................................................41.2.1吸附法和氧化法......................................................................................51.2.2臭氧－生物活性炭技術(shù)簡介..................................................................61.2.3膜過濾技術(shù)...............................................................................................91.3次氯酸鈉在給水中的應(yīng)用.................................................................................91.3.1次氯酸鈉特性...........................................................................................91.3.2次氯酸鈉與二氧化氯、液氯的比較....................................................101.4研究的目的及主要內(nèi)容...................................................................................122試驗裝置與試驗方法................................................................................................142.1原水水質(zhì)...........................................................................................................142.2試驗儀器與設(shè)備...............................................................................................142.3高錳酸鉀法測定化學(xué)需氧量...........................................................................153次氯酸鈉預(yù)氧化效果分析........................................................................................183.1有效氯投加量及接觸時間的初步選擇...........................................................183.2預(yù)氯氧化對有機物去除率的效果分析...........................................................183.2.1相同投加量不同接觸時間下有機物去除率的分析.............................183.2.2相同接觸時間不同投加量下有機物去除率的分析............................333.3本章小結(jié)...........................................................................................................454預(yù)氯氧化聯(lián)合活性炭吸附工藝處理效果分析........................................................464.1粉末活性炭投加量和吸附時間的確定...........................................................464.2次氯酸鈉聯(lián)合活性炭處理腐殖酸配水的效果分析.......................................464.2.1次氯酸鈉選用最佳投加量時聯(lián)用活性炭的效果分析........................46III蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文4.2.2次氯酸鈉選用最大投加量時聯(lián)用活性炭的效果分析 484.3本章小結(jié) 49結(jié)論 51建議 52致謝 53參考文獻 54IV蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文緒論1.1水資源現(xiàn)狀水，是生命之源，地球上最初的生命就是來自海洋。動植物的生長、生存都離不開水，我們的生存與發(fā)展同樣離不開水，水是不可或缺的重要自然資源。地球表面覆蓋有大量的水，海洋面積約占地球總面積的 71%，陸地面積占地球總面積的 21%[1]。其中海洋水約占總水量的 96.5%，陸地水約占3.49%，生物水占0.0001%，大氣水占0.001%。海洋水是不能被直接利用的，可供利用的水是淡水，而淡水主要是陸地水，陸地水又分為河水、湖水、沼澤水、冰雪水、土壤水和地下水，其中冰雪水約占陸地水總量的68.7%，地下水約占陸地水總量的30.1%[1]。而且可供直接利用的淡水資源只占其中一小部分。由此可見，能直接被我們利用的水資源其實只是地球總儲水量中很小的一部分。隨著人口的急劇增長和經(jīng)濟高速發(fā)展，地表水和地下水受到污染。全世界的水資源已日益短缺，目前世界上許多城市供水不足，不少城市因超采地下水造成地表水下降。水資源短缺已成為 21世紀(jì)人類面臨的重大難題，也成了影響我國經(jīng)濟能否持續(xù)發(fā)展的制約瓶頸。為了緩解水資源危機，只有采用各種有效方法節(jié)約用水和大力促進水資源的二次利用，提高水處理中的出水水質(zhì)，我們才能得以在這個星球上生存。1.1.1中國水資源所面臨的挑戰(zhàn)（1）水資源總量中國是一個干旱缺水嚴重的國家。淡水資源總量為 28000億m3，占全球水資源的6％，僅次于巴西、俄羅斯和加拿大，居世界第四位，其中地表水 2.7萬億m3，地下水0.83萬億m3，由于地表水與地下水相互轉(zhuǎn)換、互為補給，扣除兩者重復(fù)計算量 0.73萬億m3，與河川徑流不重復(fù)的地下水資源量約為0.1萬億m3。按照國際公認的標(biāo)準(zhǔn)，人均水資源低于3000m3為輕度缺水；人均水資源低于2000m3為中度缺水；人均水資源低于1000m3為重度缺水；人均水資源低于500m3為極度缺水。中國目前有16個省(區(qū)、市)人均水資源量(不包括過境水)低于嚴重缺水線，有6個省、區(qū)(寧夏、河北、山東、河南、山西、江蘇)人均水資源量低于500m3。若扣除難以利用的洪水涇流和散布在偏遠地區(qū)的地下水資源后，我國現(xiàn)實可利用的淡水資源量則更少，僅為 11000億m3左右，人均可利用水資源量約為 900m3，并且其分布極不均衡[1]。1蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文（2）中國水資源的主要特點總量并不豐富，人均占有量更低。中國水資源總量居世界第六位，人均占有量為2240m3，約為世界人均的 1/4，在世界銀行連續(xù)統(tǒng)計的 153個國家中居第88位[1-2]。地區(qū)分布不均，水土資源不相匹配。長江流域及其以南地區(qū)國土面積只占全國的36.5%，其水資源量占全國的 81%；淮河流域及其以北地區(qū)的國土面積占全國的 63.5%，[1-2]年內(nèi)年際分配不勻，旱澇災(zāi)害頻繁。大部分地區(qū)年內(nèi)連續(xù)四個月降水量占全年的70%以上，連續(xù)豐水或連續(xù)枯水年較為常見[1-2]。（3）中國水資源面臨的形勢與挑戰(zhàn)21世紀(jì)初期是我國實現(xiàn)社會主義現(xiàn)代化第三步戰(zhàn)略的關(guān)鍵時期， 根據(jù)國民經(jīng)濟和社會發(fā)展預(yù)測，以下幾個因素成為水資源需求的主要驅(qū)動力。人口增長。2030年我國人口達到高峰，接近16億，預(yù)測2030年城鎮(zhèn)生活用水定額為218L/人d，農(nóng)村生活用水定額114218L/人d，則2030年生活用水量為951億m3[2]。城市化發(fā)展。2030年城市化水平達到40%左右，城市工業(yè)和生活用水比例將進一步提高，農(nóng)業(yè)用水基本維持現(xiàn)狀水平[2]。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。2030年國內(nèi)生產(chǎn)總值達到53.8萬億元，三次產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整為7.9：48.5：43.6，預(yù)測2030年工業(yè)產(chǎn)值達到106.8萬億元，工業(yè)重心由南向北，由東向中西部轉(zhuǎn)移，加重本已緊張的北方水資源形勢，考慮產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，2030年工業(yè)需水量達到1911億m3[2]。糧食安全。在糧食立足自給的基本國策下， 按人均占有糧食450kg計算，人口高峰時的糧食產(chǎn)量要達到 7億噸，通過節(jié)水措施提高農(nóng)業(yè)水有效利用率，農(nóng)業(yè)灌溉用水維持在現(xiàn)狀水平，每年 3900億m3[2]。綜合上述，到 2030年，社會經(jīng)濟發(fā)展對水資源的需求低限達到 7100億m3，在現(xiàn)狀供水能力的基礎(chǔ)上增加 1400億m3。經(jīng)專家分析，扣除必須的生態(tài)環(huán)境需水后，全國實際可能利用的水資源量約為 8000-9000億m3，上述估計的用水量已經(jīng)接近合理利用水量的上限，水資源進一步開發(fā)的潛力已經(jīng)不大。國家防洪安全、生態(tài)安全、糧食安全，以及人民生活水平的提高和經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展對水資源保障提出了更高的要求 [2]。水資源是人類生產(chǎn)生活的最關(guān)鍵資源，可是如今，生態(tài)環(huán)境遭到嚴重破壞，水體污染嚴重，水資源的保護和水污染的治理成為現(xiàn)代社會最關(guān)注的問題。因此尋求微污染水源水處理對策和適宜處理技術(shù)是目前研究和實踐的重點。（4）黃河水質(zhì)現(xiàn)狀2蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文黃河水屬于高濁度水，近年來，黃河水質(zhì)污染逐漸加重，主要是因為近年來流域生產(chǎn)和生活用水量急劇增加，廢污水排放量也隨之增大，而污染治理嚴重滯后，部分企業(yè)未實現(xiàn)達標(biāo)排放，加之農(nóng)業(yè)耕作大量使用化肥農(nóng)藥，導(dǎo)致每年排入黃河的廢污水量不斷增加。同時，由于黃河流域生態(tài)環(huán)境退化、降水減少、水量偏枯，水體稀釋和降解污染物的能力下降，引起流域水質(zhì)變差。高濁水經(jīng)過常規(guī)的混凝沉淀處理后，剩余濁度仍較高，因為使?jié)岫冉档?1NTU甚至0.5NTU以下有一定難度[3]，有些水廠雖然采用降低進水負荷解決此問題，但是產(chǎn)水量的降低又對水廠產(chǎn)生新的問題。在黃河中上游地區(qū)，如蘭州、鄭州等地，由于取水口離市區(qū)較遠，水處理工作者們已付諸實施了一些行之有效的處理方法，例如修建龐大的蓄水池，使高濁水經(jīng)過長時間的沉淀（10d以上），然后再引入水廠進行常規(guī)的混凝過濾處理[3]；但是，這些方法不可避免地存在兩個方面的問題：一是蓄水池占地面積大，基建費用高，二是大量沉泥的處置困難，因而限制了它在整個黃河流域和其它濁度水系的運用。針對以多山而聞名的重慶來說，占地面積大的蓄水池難以實施；而單純的增加混凝劑的投量不但增加制水成本，而且會因為水中殘余鋁的增加而對飲用水安全造成威脅；所以為了降低混凝后出水的剩余濁度，須考慮尋求能提高混凝效果的工藝,以提高現(xiàn)有的混凝工藝的效果。因此，尋求合理的水處理方案已經(jīng)刻不容緩，研究表明，采用預(yù)氯氧化處理黃河水，可有效的去處水中CODMn，提高出水效果。1.1.2關(guān)于微污染水源飲用水微污染水源水的定義和特點微污染水源水一般是指水體受到有機物污染，部分水質(zhì)指標(biāo)超過地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002）Ⅲ類水體標(biāo)準(zhǔn)的水源水[4]。盡管污染物濃度較低，但污染物的種類較多、性質(zhì)較復(fù)雜。經(jīng)自來水廠混凝、沉淀、過濾、消毒的傳統(tǒng)工藝處理后，未能有效去除污染[4-5]。微污染水源水中的有機污染物微污染水源水中的有機污染物大致可以分為兩類 :一類是天然有機物(NOM)，包括腐殖質(zhì)、微生物分泌物、溶解的植物組織和動物的廢棄物等;另一類是人工合成的有機物，包括農(nóng)藥、商業(yè)用途的合成物及一些工業(yè)廢棄物等[5]。微污染水源水中的氨氮污染3蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文飲用水中的氨氮雖然對人類的健康沒有什么直接影響， 但它同樣反映了水源水受到的污染程度。在進行飲用水處理過程中，氨的存在會與氯反應(yīng)生成氯胺，當(dāng)飲用水中氯化了的氨超過0.2mg/L時會引起嗅和味的問題[5-6]。而且氨的存在會消耗大量的氯，降低了消毒劑的消毒效果。1.2給水處理中的預(yù)處理和深度處理技術(shù)隨著經(jīng)濟的發(fā)展，對用水質(zhì)量要求越來越高，給水處理正成為人們關(guān)注的焦點，在以往給水處理的基礎(chǔ)上對原有工藝進行強化、深化、優(yōu)化是一項刻不容緩的任務(wù)，為了達到水處理的要求，應(yīng)根據(jù)實際情況選用合適的技術(shù)，有時往往將幾種處理技術(shù)結(jié)合或復(fù)合使用。當(dāng)然，傳統(tǒng)成熟的給水工藝被新工藝完全取代也是不現(xiàn)實的，在我國現(xiàn)有經(jīng)濟和技術(shù)條件下，應(yīng)優(yōu)先考慮強化常規(guī)工藝，利用現(xiàn)有的供水條件，在保證供水安全性、可靠性、經(jīng)濟型的前提下，逐步合理使用新技術(shù)，不斷提高水處理的質(zhì)量和效率。給水處理的主要任務(wù)和目的是通過必要的處理方法去除水中雜質(zhì)，以合理的價格、優(yōu)良的水質(zhì)水供人們使用 [6]。給水處理的方法應(yīng)根據(jù)水源水質(zhì)和用水對象對水質(zhì)的要求確定。常規(guī)水處理工藝通常包括混凝、沉淀、過濾、消毒工藝，該工藝對水源水中的懸浮物、膠體物質(zhì)和細菌的去除尤為有效，是目前我國飲用水處理的主要工藝。常規(guī)處理對水中的某些有機污染物也具有一定的去除作用，Semmens等人[7]發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)處理工藝能夠去除水中分子量相對較高的有機物，常規(guī)處理工藝對于水中微量有機污染物沒有明顯的去除效果，尤其是毒性較大的有機污染物數(shù)量在處理前后變化不大，在氯消毒過程中，氯與水中有機物反應(yīng)生成的三鹵甲烷（THMs）及其它鹵代副產(chǎn)物中許多被懷疑是致癌物或誘變劑。面對水源水日益嚴重的污染問題和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴格，常規(guī)水處理工藝遇到了嚴峻的挑戰(zhàn)，為解決這一問題，水的深度處理技術(shù)和預(yù)處理技術(shù)相繼出現(xiàn)。深度處理技術(shù)是指在常規(guī)處理工藝后，采用適當(dāng)?shù)奶幚矸椒?，將常?guī)處理工藝不能有效去除的污染物或消毒副產(chǎn)物的前體物加以去除，提高和保證飲用水質(zhì)。預(yù)處理是在常規(guī)工藝之前采用適當(dāng)?shù)奈锢?、化學(xué)和生物處理方法，對水中污染物質(zhì)進行初步去除，以減輕后續(xù)工藝負荷，發(fā)揮水處理工藝的整體作用，提高對污染物的去除效果，改善飲用水水質(zhì)。按照去除污染物的途徑不同，預(yù)處理方法可以分為吸附法、生物法和氧化法。4蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文1.2.1吸附法和氧化法吸附法吸附法主要有活性炭吸附和粘土吸附，活性炭吸附又可分為顆?；钚蕴课胶头勰┗钚蕴课絒8]。以活性炭為代表的吸附工藝是目前去除飲用水中有機污染物的首選工藝。 其活性炭是具有弱極性的多孔性吸附劑， 具有發(fā)達的細孔結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積， 對色、嗅、味、農(nóng)藥、消毒副產(chǎn)物、微量有機污染物等都具有一定的吸附能力?；钚蕴渴怯脽熋骸⒑置旱榷喾N原料經(jīng)碳化和活化過程制成的黑色多孔顆粒，其主要特征是比表面積大和帶空隙的構(gòu)造。 因吸附作用使水中溶解雜質(zhì)在炭粒表面上的濃縮過程，而活性炭有著巨大比表面積，所以其吸附性能很好。活性炭對去除色度、嗅味、溶解性有機物特別是合成有機物有較高的去除作用，但其對小分子極性有機物（如醛、醇及THMs）去除效果不佳[8]。國外利用粉末活性炭去除水源水中色和嗅味物質(zhì)， 已取得成功的經(jīng)驗和較好的去除效果。由于粉末活性炭投加后，將參與混凝沉淀過程，因此將混在混凝沉淀污染中。鑒于目前無很好的回收再生利用方法，只能作一次性使用，所以粉末活性炭作為預(yù)處理的費用相對較高，目前還難于推廣應(yīng)用。另外粘土特別是一種改性粘土，往往也是較好的吸附材料。其主要機理是粘土顆粒對水中有機物的吸附作用和交換作用。但同樣由于投加的吸附物為一次性而無法回收，增加了排泥量，會給生產(chǎn)運行帶來困難 [9]。（2）氧化法氧化法主要有生物氧化和化學(xué)氧化技術(shù)。生物氧化預(yù)處理是利用微生物的作用，去除常規(guī)處理工藝難以去除的有機物、亞硝酸鹽氮、氨氮等污染物[9]。從目前國內(nèi)外進行的研究和工程實踐的總結(jié)可以看出，生物預(yù)處理大多采用生物膜的方法， 用于微污染水處理的主要生物處理工藝包括陶粒生物濾池和生物接觸氧化法等技術(shù)。生物預(yù)處理工藝的主要優(yōu)點是運行費用低 ,缺點是處理構(gòu)筑物體積大 ,在低溫條件下微生物的生長和活性受到一定的影響。 采用生物預(yù)處理技術(shù)，可以大大減少水中 THMs前體物的含量，有效去除 CODMn、濁度、葉綠素、氨氮、亞硝酸鹽氮等，降低配水系統(tǒng)中使微生物繁殖的有效基質(zhì)，從而改善出水水質(zhì)，增加飲用水的衛(wèi)生可靠性 [9]；在我國北方地區(qū)，如果采用生物預(yù)處理工藝，生物處理構(gòu)筑物最好能建造在室內(nèi)，但是這樣就增加的水廠的建設(shè)費用，因此生物預(yù)處理技術(shù)在我國北方還沒有得到充分的認可，需5蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文要大規(guī)模的生產(chǎn)試驗驗證。通過在給水處理工藝前端投加化學(xué)氧化劑， 依靠氧化劑的氧化能力分解破壞水中污染物的結(jié)構(gòu)，達到轉(zhuǎn)化或分解污染物，強化后續(xù)處理工藝效果的一項預(yù)處理技術(shù) [9]。在給水處理中化學(xué)預(yù)氧化的作用主要是去除水中微量的有機污染物、藻類、嗅味以及抑制消毒副產(chǎn)物等。有機物對膠體產(chǎn)生嚴重的保護作用，使之穩(wěn)定性顯著提高，難于脫穩(wěn)，是目前混凝過程中存在的主要問題?；瘜W(xué)預(yù)氧化能使地表水中的膠體物質(zhì)脫穩(wěn)，破壞有機物對膠體的保護作用，從而改善混凝、沉淀和過濾的效果。在化學(xué)預(yù)氧化過程中，氧化劑與水中多種成分作用，能夠提高對污染物的去除效果，但有一些氧化劑在一定條件下也會產(chǎn)生某些副產(chǎn)物，各種氧化劑作為預(yù)氧化劑對給水處理效果的綜合影響程度差別較大，目前，能夠用于給水處理的氧化劑主要有氯、臭氧、二氧化氯、高錳酸鉀、過氧化氫、高鐵酸鹽等。1.2.2臭氧－生物活性炭技術(shù)簡介（1）臭氧氧化在水中通加臭氧來氧化水中有機物的處理方法即為臭氧氧化法[10]。臭氧可以通過直接的和間接的兩種不同途徑與水中的物質(zhì)反應(yīng)。臭氧氧化可以消除氯化、混凝和濾后水中的發(fā)霉、泥土和魚腥等嗅和味，以及水的除色和病原性寄生蟲的去除，還能使難生物降解的有機化合物，如富里酸、腐殖酸等容易降解，不過這樣會導(dǎo)致易生物降解的有機物的濃度增高，為細菌的生長提供了營養(yǎng)基質(zhì)，因此實際使用中，常把臭氧與能夠去除溶解性有機物的后續(xù)工藝如活性炭吸附等結(jié)合使用，其主要目的不在于消毒，而在于去除水中有機物。因為經(jīng)臭氧化后，大分子有機物被臭氧分解成小分子中間產(chǎn)物，而這些中間產(chǎn)物易被活性炭吸附，其后再加氯消毒，就消除了THMs產(chǎn)生的危險。從而達到水質(zhì)深度凈化的目的。臭氧生成原理是氧氣經(jīng)高壓放電產(chǎn)生的，通常在現(xiàn)場以空氣或氧氣為原料用具氧發(fā)生器制取。臭氧是一種強氧化劑和消毒劑，其氧化能力約為氯的兩倍。臭氧能氧化水中許多有機物和無機物，且與有機物作用后不產(chǎn)生鹵代物，還可以控制藻類和所產(chǎn)生的復(fù)合有機物的嗅味，促進微絮凝作用，脫色效果好，經(jīng)消毒后水質(zhì)觀感、口感均極大改善[10]。臭氧技術(shù)自1983荷蘭第一次運用至今，經(jīng)過100多年的發(fā)展，臭氧的生產(chǎn)技術(shù)有了很大的進步，其在給水處理中的作用也日益明顯[10]。（2）BAC（生物活性炭）技術(shù)6蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文進入本世紀(jì)六七十年代以來，由于全球性的環(huán)境問題日益加劇，飲用水水源的有機污染成為威脅飲用水安全的主要因素之一， 人們逐漸把注意從僅僅去除水中嗅味轉(zhuǎn)移到去除三致（致癌、致畸、致突變）有機物上來，而活性炭去除有機物的壽命遠低于去除嗅味的壽命[11]，因而水處理的費用大大提高，人們開始尋求強化活性炭的凈化效能、延長其使用壽命的途徑。歐洲應(yīng)用臭氧和活性炭去除引用水中有機物時，發(fā)現(xiàn)活性炭濾料上有大量微生物，出水水質(zhì)很好并且活性炭再生周期明顯延長， 于是發(fā)展成為一種有效的給水深度處理方法，稱為生物活性炭（BAC）法[11]。它是指由臭氧和活性炭吸附結(jié)合在一起的給水處理方法，是將臭氧化學(xué)氧化、活性炭物理、化學(xué)吸附、生物氧化降解技術(shù)合為一體的工藝。該工藝具有處理費用低、有機物去除效率高、效果穩(wěn)定等特點。生物活性炭比活性炭有更好的出水水質(zhì)，可以增加水中溶解性有機物的去除效率，延長活性炭的再生周期，減少運行費用；另一方面還可將水中的氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，從而降低了三鹵甲烷的生成量。德國 Nohne[12]水廠日處理水量 4800m3，采用生物活性炭工藝后 DOC（溶解性有機碳）減少了 50%，活性炭再生周期延長到 2年以上，加氯量也由 0.4－0.8mg/L降至0.2－0.3mg/L。然而采用生物活性炭工藝作深度處理要求不能預(yù)氯化，但對于許多水廠尤其在夏季，濾前不加氯極易造成濾池生物、藻類大量繁殖，導(dǎo)致濾池反沖洗周期大大縮短。（3）臭氧－生物活性炭技術(shù)的作用機理臭氧－生物活性炭對有機物的去除包括三個過程：臭氧氧化、活性炭吸附和生物降解。即在對有機物的去除上，先發(fā)揮臭氧的強氧化能力，將有機物氧化成可被生物降解的小分子有機物，接著利用活性炭良好的吸附性能將其吸附，再由吸附在活性炭上的生物對吸附的有機物進行生物降解，而臭氧分解后產(chǎn)生的氧，提高水中溶解氧，使水中溶解氧呈飽和狀態(tài)或接近飽和狀態(tài)， 又為活性炭處理中的生物降解提供必要條件 [13]。相應(yīng)的研究和工程實踐證明， BAC法能高效去除水中的有機物，且由于應(yīng)用了生物技術(shù)，大大延長了活性炭的運行周期，比單純的活性炭吸附延長 4－6倍，從而大幅度降低運行成本。（4）國內(nèi)外研究現(xiàn)狀臭氧生物活性炭飲用水深度處理方法是集臭氧氧化、活性炭吸附和生物降解于一體，以去除污染的高效性成為當(dāng)今世界各國進行飲用水深度處理的主流工藝，現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于歐洲，美國，日本等上千座水廠中[13]。該項技術(shù)在我國正在逐步推廣應(yīng)用，目前在昆明、北京、常州、深圳、杭州、上海等城市已有應(yīng)用。7蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文研究表明，水中天然有機物(NOM)是深度處理的主要對象。通過臭氧氧化處理,NOM的物理化學(xué)特性和生物降解性會發(fā)生顯著變化[12-13]。金鵬康、王曉昌等人[14]采用臭氧活性炭技術(shù)處理地表水為城市飲用水的研究表明，臭氧并不能將腐植酸這類有機物徹底氧化為無機物 ,而主要是改變了有機物的構(gòu)造和性質(zhì)；臭氧化的主要功效在于使有機物的分子量分布發(fā)生改變 ,將大分子有機物轉(zhuǎn)化為小分子有機物,增加了水中小分子有機物的比例。吳紅偉,劉文君,王占生等人[15]研究由臭氧氧化、生物處理、常規(guī)處理和活性炭吸附組成的臭氧組合工藝以及各單元工藝對飲用水源水中有機物的去除效果， 結(jié)果表明,由于預(yù)臭氧對有機物的氧化,減小了有機物的分子量,增加了可生物降解的有機物 ,從而強化了后續(xù)的生物處理和活性炭對有機物的去除；整個工藝對有機物的控制能力很好 ,UV254、DOC、BDOC、AOC、THMFP和HAAFP的去除率分別達到 95.1%、92.5%、98.4%、85.8%、63.1%和89.1%.預(yù)臭氧-生物陶粒的預(yù)處理對各有機物的去除效果在 50%左右,常規(guī)處理對各有機物的去除不盡相同 ,后臭氧-活性炭對有機物的去除達到了 60%左右[15]。（5）臭氧活性炭工藝特點以我國北京市田村山水廠 [16]為例，因原水中季節(jié)性地含有酚、農(nóng)藥有機磷、氨氮等污染物，如單獨用臭氧處理，投加量在 4mg/L以上，電耗高，不經(jīng)濟，如只用活性炭則周期僅2-4月，成本太高，因此采用臭氧和活性炭聯(lián)合使用工藝。BAC工藝特點：1）完成生物硝化作用，將 NH4+-N轉(zhuǎn)化為NO3-；2）將溶解有機物進行生物氧化， 可去除mg/L級濃度的溶解有機碳（DOC）和三鹵甲烷前體物（THMFP），以及ng/L到ug/L級的有機物；增加了水中的溶解氧，有利于好氧微生物活動，促使活性炭部分再生，從而延長了再生周期;臭氧如投加在濾池之前還可以防止藻類和浮游植物在濾池中生長繁殖。臭氧氧化工藝特點：1）氧化能力強，對脫色、除臭、殺菌、去除有機物和無機物具有很好的效果；2）無二次污染，制備臭氧只用空氣和電能；操作管理方便。8蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文1.2.3膜過濾技術(shù)膜過濾主要是利用膜的截留作用將水中污染物加以截留從而達到將其去除的目的[7]。膜技術(shù)有著良好的水質(zhì)調(diào)節(jié)能力，去除污染物范圍比較廣，運行可靠，且不需投藥，不會造成二次污染。但目前膜技術(shù)在水處理工藝中的大規(guī)模應(yīng)用還面臨著許多困難，比如膜阻塞和膜清洗問題難以解決，膜造價還較高等。事物總在不斷地變化和發(fā)展，水處理技術(shù)也不例外，盡管活性炭吸附和臭氧氧化、生物活性炭等飲用水深度處理技術(shù)對于控制飲用水污染和提高水質(zhì)都發(fā)揮了較好的作用，但這些處理技術(shù)也都有它們的局限性，不能完全解決水質(zhì)污染，并且深度處理費用較高，是否可以考慮采用一些預(yù)處理技術(shù)來彌補它們的不足是目前人們關(guān)心的問題。1.3次氯酸鈉在給水中的應(yīng)用次氯酸鈉是一種高效、安全的強力滅菌、殺病毒藥劑。它在給水中應(yīng)用廣泛，尤其在預(yù)處理以及消毒工藝中，它與水的親和性很好，能與水按任意比互溶，操作安全，使用方便，易于儲存，可以在任意工作狀況下投加 [17]。而且，次氯酸鈉消毒液在水中不會產(chǎn)生游離態(tài)分子氯，所以，在消毒過程中一般難以發(fā)生因存在分子氯而引發(fā)的氯代化合反應(yīng)，生成不利于人體健康的有毒有害物質(zhì)。這為次氯酸鈉代替液氯進行飲用水消毒奠定了基礎(chǔ)。1.3.1次氯酸鈉特性10％有效氯濃度次氯酸鈉液體呈淡黃色， 有少量刺激性氣味，清澈透明，易溶于水，pH=12，呈現(xiàn)強堿性；穩(wěn)定性差于氯氣，見光要分解隨著次氯酸鈉液溫度升高，濃度會慢慢降低，影響有效氯成分，不易曝曬和久藏 ，要貯藏在密閉容器中。次氯酸鈉具有強氧化性，和氯氣氧化性相同，與人體皮膚接觸有輕微腐蝕性，若不小心接觸到皮膚，可用清水沖洗。而氯氣泄漏能刺激人的眼，鼻 、喉以及上呼吸道等，引起中毒癥狀，對植物有危害作用。次氯酸鈉液體投入水中，瞬時水解形成次氯酸和次氯酸根，因次氯酸是很小的中性分子，不帶電荷，能迅速擴散到帶負電的菌 (病毒)體表面，并通過細菌的細胞壁，穿透到細菌內(nèi)，次氯酸極強氧化性破壞了菌體和病毒上的蛋白質(zhì)等酶系統(tǒng)，從而殺死病原微生物[17]。次氯酸鈉在水中水解。反應(yīng)如下：9[17]，故而，在常規(guī)消毒領(lǐng)域，取消液蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文NaCIO+H2O=HCIO+NaOH從上述反應(yīng)式來看，次氯酸鈉消毒液呈堿性。次氯酸鈉消毒液起消毒作用的是HOCI，當(dāng)HOCI逐漸因殺菌而消耗后，反應(yīng)式向右進行，能夠提供更多的堿度；當(dāng)消毒液中的OH-逐步減少時，反應(yīng)式也向右進行，能夠產(chǎn)生更多的 HOCI，有利于消毒?？梢?，當(dāng)混凝劑和次氯酸鈉消毒液在水中混合，次氯酸鈉消毒液的 OH-中和混凝劑水解產(chǎn)生的H+，水解反應(yīng)將同時向右進行，水解充分，同時促進混凝、強化消毒。也就是說，次氯酸鈉消毒液具有消毒作用，同時還能提供堿度[17]。1.3.2次氯酸鈉與二氧化氯、液氯的比較目前，從水體消毒的種類來說，有氯氣、次氯酸鈉、漂白粉、三氯異氰尿酸 (二氯異氰尿酸鈉)、二氧化氯、雙氧水、臭氧等藥劑和方式，此外還有紫外線消毒等一些手段。由于氯氣在運輸、存儲方面存在安全隱患；在定量投加方面，因氯氣在水中的溶解度較低，氯氣容易散失，使得水中留存余量難以達到標(biāo)準(zhǔn)； 同時，氯氣瓶氣壓不斷變化，存在投加計量不夠準(zhǔn)確的問題；氯氣具有極強的擴散性，對環(huán)境存在毒害作用；游離氯的高活性容易形成許多象四氯化碳一類的致癌物質(zhì)氯的主張越來越多，也日益受到人們的關(guān)注。中小型自來水廠一般不再使用液氯，而多使用次氯酸鈉液體進行消毒。當(dāng)然，也可根據(jù)用水量的情況，采用其它消毒方法。如小量飲用水的消毒就可以采用諸如紫外線、臭氧、雙氧水等手段進行滅菌殺毒。氯氣、次氯酸鈉、二氧化氯和臭氧都是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中比較容易見到的幾種強氧化劑，除臭氧以外，它們均為非天然存在的化學(xué)物質(zhì)。一般都可以用作水體殺生劑。它們不僅具有滅殺細菌和病毒的功能，還能夠漂白紙張、纖維以及用作化學(xué)合成等。廣泛用于自來水消毒、游泳池水消毒、污水處理、循環(huán)水除藻、造紙工業(yè)、化學(xué)合成業(yè)、以及醫(yī)藥衛(wèi)生和防疫等各個領(lǐng)域。氯氣、次氯酸鈉、二氧化氯和臭氧在物理化學(xué)性能上，以及實際使用中都有很大的區(qū)別。就這幾種消毒劑的應(yīng)用來講，次氯酸鈉最為安全有效，易于儲存，使用最為方便[17]。次氯酸鈉次氯酸鈉的分子式是 NaOCl，屬于強堿弱酸鹽，它清澈透明，是一種能完全溶解于10蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文水的液體。但由于次氯酸鈉液不易久存，次氯酸鈉多以電解低濃度食鹽水現(xiàn)場制備。次氯酸鈉液體可通過電解食鹽水制備，這種設(shè)備稱為次氯酸鈉發(fā)生器。次氯酸鈉的生成過程可以通過化學(xué)方程式表達如下：其總反應(yīng)表達如下：NaCl+H2O→NaOCl+H2↑電極反應(yīng)： 陽極： 2Cl--2e-→Cl2 陰極：2H++2e-→H2溶液反應(yīng)：2NaOH+Cl2→NaCl+NaOCl+H2O就消毒而言，次氯酸鈉液還是具有明顯優(yōu)勢的。作為一種真正高效、廣譜、安全的強力滅菌、殺病毒藥劑，它同水的親和性很好，能與水任意比互溶，它不存在液氯、二氧化氯等藥劑的安全隱患，且其消毒效果被公認為和氯氣相當(dāng)加之其投加準(zhǔn)確，操作安全，使用方便，易于儲存，對環(huán)境無毒害，不存在跑氣泄漏，故可以在任意環(huán)境工作狀況下投加。事實上，次氯酸鈉廣泛用于包括自來水、中水、工業(yè)循環(huán)水、游泳池水、醫(yī)院污水等等各種水體的消毒。次氯酸鈉還能夠破壞氰根離子，用作處理含氰廢水。高濃度的次氯酸鈉液體還可以用于剝離設(shè)備及管道上附著的沾泥。 次氯酸鈉的殺菌原理主要是通過它的水解形成次氯酸，次氯酸再進一步分解形成新生態(tài)氧[O]，新生態(tài)氧的極強氧化性使菌體和病毒的蛋白質(zhì)變性，從而使病源微生物致死。（氯氣消毒的原理亦同）。次氯酸在殺菌、殺病毒過程中，不僅可作用于細胞壁、病毒外殼，而且因次氯酸分子小，不帶電荷，可滲透入菌（病毒）體內(nèi)與菌（病毒）體蛋白、核酸、和酶等發(fā)生氧化反應(yīng)，從而殺死病原微生物。 R-NH-R+HOCl →R2NCl+H2O，同時，氯離子還能顯著改變細菌和病毒體的滲透壓使其喪失活性而死亡。在消毒方面，值得肯定的是，由于次氯酸鈉發(fā)生器所生產(chǎn)的消毒液中不象氯氣、二氧化氯等消毒劑在水中產(chǎn)生游離分子氯，所以，一般難以形成因存在分子氯而發(fā)生氯代化合反應(yīng)，生成不利于人體健康的有毒有害物質(zhì)。并且，次氯酸鈉也不會象氯氣同水反應(yīng)會最后形成鹽酸那樣，對金屬管道構(gòu)成嚴重腐蝕。不過，它同氨可以發(fā)生反應(yīng)，在水中生成微量的帶有氣味的氯氨化合物，但這種物質(zhì)也是一種安全的殺生藥劑，只是遠不及次氯酸鈉的殺生能力。就運行成本而言，采用次氯酸鈉消毒的運行成本費用是很低的，稍比氯氣高一些。根據(jù)英國所統(tǒng)計的一組數(shù)據(jù)表明，次氯酸鈉同氯氣成本相比大約為1.05：1.00[17]。二氧化氯二氧化氯的分子式是 ClO2，在高于11oC時，二氧化氯沸騰，成為一種黃綠色氣體。它是一種極活潑的化合物，稍經(jīng)受熱，就會迅速而爆炸性分解為氯氣和氧氣。二氧化氯具有比氯氣更大的刺激性和毒性。由于它是氣體，易于擴散，受熱又容易分解，在纖維11蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文表面停留時間較短，并且與水反應(yīng)還能生成具有較強漂白能力的 HClO2,能夠不降解和損傷纖維，所以在造紙、印染等行業(yè)得到很好應(yīng)用 [17]。二氧化氯作為一種強氧化劑，同樣具有和氯相似的殺生能力。二氧化氯極其不穩(wěn)定，不能象次氯酸鈉那樣可以運輸，運輸中很容易發(fā)生爆炸事故，所以只有依靠現(xiàn)場制備。一般都是通過氯酸鈉同酸的反應(yīng)制備得到。但是，氯酸鈉與硫酸的反應(yīng)十分劇烈，所產(chǎn)生二氧化氯幾乎是爆炸性分解為氯氣和氧氣，這當(dāng)然與硫酸在反應(yīng)中大量放出熱量有關(guān)。用化學(xué)方程式表達如下： 3NaClO3+3H2SO4→3NaHSO4+3HClO33HClO3→2ClO2↑+HClO4+H2O2ClO2→Cl2↑+2O2↑最為溫和的方法是草酸與氯酸鈉的反應(yīng)生成二氧化氯氣體：2NaClO3+2H224→CONa2C2O4+2H2O+2CO2↑+2ClO2↑國內(nèi)一些廠家采用鹽酸進行定量控制滴加氯酸鈉的方法生成二氧化氯，這種設(shè)備有的可以獲得最高不超過 50%的二氧化氯和大于 50%的氯氣。一般來說，氯酸鈉與鹽酸發(fā)生反應(yīng)過程比較復(fù)雜一些。如果使用稀鹽酸反應(yīng)，生成物可以獲得二氧化氯和氯氣的混合物氣體，但規(guī)模制備還必須設(shè)防爆裝置，操作也必須十分小心，因為二氧化氯受熱很容易爆炸性分解：NaClO3+HCl（?。鶱aCl+Cl2↑+2ClO2↑+2H2O實際上，這個反應(yīng)也是分為兩步完成的，氯酸鈉先同鹽酸反應(yīng)生成氯酸和氯化鈉，氯酸隨后分解成二氧化氯、氯氣和水。當(dāng)使用濃鹽酸與氯酸鈉反應(yīng)時，生成物中只有氯氣放出，而沒有二氧化氯氣。綜上所述，次氯酸鈉在給水預(yù)氧化和消毒方面比液氯以及二氧化氯具有明顯的優(yōu)勢，以次氯酸鈉代替液氯消毒是未來飲用水消毒的重要發(fā)展方向。1.4研究的目的及主要內(nèi)容水中的有機物經(jīng)預(yù)氯氧化后 ,具有更好的可生化能力 ,氧化產(chǎn)物更容易被后續(xù)的處理工藝所去除。本試驗是采用預(yù)氯氧化 -粉末活性炭吸附工藝，實驗的目的有兩方面：其一探討預(yù)氯氧化-活性炭吸附工藝對微污染水源水的處理效果，重點放在該工藝對原水中有機物的去除上；其二考察所處理污染水通過預(yù)氯氧化后，對有機物的去除效果及有機物相關(guān)特性分析。前文的論述表明，在我國地表水源水受污染程度日益嚴重的現(xiàn)狀下，常規(guī)的飲水處理工藝存在明顯的局限性，已不能與現(xiàn)有的水源和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)。在已開發(fā)的新的微12蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文污染水源水預(yù)處理技術(shù)中，預(yù)氯氧化 -活性炭吸附工藝是最有前途的方法之一。主要內(nèi)容為：1）深入了解預(yù)氯氧化-粉末活性炭吸附工藝各單元的基本原理和作用。2）探討預(yù)氯氧化-粉末活性炭吸附工藝對原水中有機物的的去除效果分析。13蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文試驗裝置與試驗方法2.1原水水質(zhì)本試驗所用原水為黃河水，試驗期間正處于夏季黃河汛期，其水質(zhì)特點濁度高且變化較大、有機物濃度不高、季節(jié)性水質(zhì)變化不大，試驗原水取水點位于蘭州市安寧區(qū)寶石花路與北濱河路交界處，試驗主要針對對該水體中有機物和氨氮的去除效果，進行研究。本次試驗中，對有機物的檢測包括CODMn、UV254。試驗期間共取水樣二次，水質(zhì)變化范圍如表2.1所示。表2.1 黃河上游蘭州段水質(zhì)一覽表編取樣時間pH水溫（℃）濁度UV254CODMn(mg/L)號（NTU）A201304217.79209.990.0383.40B201305098.732210.700.0532.40根據(jù)4月18日至5月21日期間每天對原水指標(biāo)的測定， 現(xiàn)將原水主要水質(zhì)指標(biāo)變化范圍列表如下：表2.2水質(zhì)指標(biāo)變化范圍表項目單位數(shù)值水溫℃17-23濁度NTU4-22pH——7.0-8.9CODMnmg/L1.8-3.5UV254cm-10.035-0.095氨氮mg/L0.15-0.502.2試驗儀器與設(shè)備現(xiàn)將試驗期間分析各個水質(zhì)指標(biāo)時用到的主要儀器列表如下：14蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文表2.3主要儀器表分析項目分析方法儀器型號濁度儀器法濁度儀2100QpH儀器法pH計pHS-3CCODMn酸性高錳酸甲滴定法電熱恒溫水浴鍋HWS26UV254儀器法紫外/可見分光光度計752N水溫儀器法水銀溫度計其他主要儀器與設(shè)備見下表：表2.4 其他儀器表設(shè)備名稱型號生產(chǎn)商及備注電子天平CP224C磁力攪拌器79HW-1上海雷磁新涇儀器有限公司微濾膜膜直徑50mm，孔徑0.45六聯(lián)攪拌器pH計pHS-3C型上海精密科學(xué)儀器有限公司雷磁儀器廠超濾杯中國科學(xué)院上海原子核研究所膜分離技術(shù)研究開發(fā)中心分光光度計752N上海精密科學(xué)儀器有限公司電熱恒溫水浴鍋HWS-26上海恒科學(xué)儀器有限公司濁度儀2100P美國HACH公司2.3高錳酸鉀法測定化學(xué)需氧量KMnO4在強酸性溶液中表現(xiàn)為強氧化劑：MnO4-+8H++5e-=Mn2++4H2O E0=1.51V在中性或弱酸性溶液中：MnO4-+4H++3e-=MnO2 +2H2O E0=0.59V在中性或弱堿性溶液中：MnO4-+2H2O+3e-=MnO2 +4OH- E0=0.59V15蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文在強堿性溶液中，是較弱的氧化劑：MnO4-+e-=MnO42- E0=0.56V在酸性條件下，高錳酸鉀具有很高的氧化電位。因此它能將溶液中多數(shù)有機物氧化，并以化學(xué)耗氧量表示。以比較水中有機物含量的大小?；瘜W(xué)耗氧量的測定，如以高錳酸鉀作氧化劑，通常有兩種方法 :酸性條件下和堿性條件下，兩者都以煮沸為主。（1）在酸性溶液中測定化學(xué)耗氧量高錳酸鉀在酸性中呈較強的氧化性，在一定條件下(煮沸過程中)，使水中還原性物質(zhì)被氧化，反應(yīng)式如下：4MnO4-+5C+12H+=4Mn2++5CO2+6H2O然后加入過量的草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液還原未反應(yīng)的高錳酸鉀：2MnO4-+5C2O42-+16H+=2Mn2++10CO2 +8H2O再以高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液回滴過量的草酸鈉，利用水樣消耗的高錳酸鉀的量，計算水中還原性物質(zhì)的量。從而求得水中的需氧量。用氧含量 (mg/L)表示。實驗步驟：(1)量取適量水樣置于 250mL錐形瓶中，用蒸餾水稀釋至 100mL。(2)加入10mL1:3硫酸溶液，搖勻(當(dāng)水樣中有氯離子時，加硫酸銀加以掩蔽 )。(3)用移液管精確加入 10mL0.01mol/L高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液，在電爐上準(zhǔn)確煮沸 10min后停止加熱(煮沸時，控制溫度，不能太高，防止溶液濺出。嚴格控制煮沸時間，也即氧化-還原反應(yīng)進行的時間，才能得到較好的重現(xiàn)性 )。(4)迅速加入10mL0.01mol/L草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液，此時溶液應(yīng)褪色。(5)繼續(xù)用0.01mol/L高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至微紅色，并經(jīng) 1min不消失為止。記錄0.01mol/L高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的消耗量 V1(mL)。同時作空白實驗。(6)KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液校正系數(shù)(K)的測定：在上面滴定完的溶液中，加入10.00mL0.01mol/LNaC2O4標(biāo)準(zhǔn)溶液，用0.01mol/LKMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定到淺粉色 30s不褪為終點。記錄消耗 KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積 V2(mL)。K=10/V2(7)結(jié)果計算：COD(O2,mg/L)=[(10.00+V1)K-10.00-V0]C81000/V式中：V0——空白消耗高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積(ml)V1——水樣消耗高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積 (ml)V——水樣體積(mL)K——KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液校正系數(shù)16蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文C——高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度(mol/L)8——1/2氧原子的摩爾質(zhì)量(g/mol)（2）在堿性溶液中測定化學(xué)耗氧量氧化有機物的反應(yīng)在堿性溶液中比在酸性溶液中快，采用加入過量KMnO4并加熱的方法可進一步加速反應(yīng)。測定時加入一定量過量的KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液到有10%NaOH溶液的試樣中，溶液中發(fā)生如下反應(yīng)：C-有機物+MnO4-+3OH-CO32-+MnO42-+H2O待溶液中反應(yīng)完全后將溶液酸化， MnO42-歧化成MnO4-和MnO2，加入過量NaC2O4標(biāo)準(zhǔn)溶液還原所有高價錳為 Mn2+。最后再以KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定剩余的 NaC2O4。由加入KMnO4的量和NaC2O的量，來計算水樣的化學(xué)需氧量。實驗步驟：(1)量取適量水樣置于 250mL錐形瓶中，用蒸餾水稀釋至 100mL。(2)加入2mL10%氫氧化鈉溶液，搖勻。(3)用滴定管精確加入 10mL0.01mol/L高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液，在電爐上準(zhǔn)確煮沸 10min后停止加熱。(4)迅速加入10mL1:3硫酸溶液和10mL0.01mol/L草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液，此時溶液應(yīng)褪色。(5)繼續(xù)用0.01mol/L高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至微紅色， 并經(jīng)lmin不消失為止。記錄0.01mol/L高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的消耗量 V1(mL)。同時作空白實驗。(6)結(jié)果計算：同酸性溶液中測定耗氧量法。（3）COD測定方法的精密度與準(zhǔn)確度COD是通過測試樣品中的有機物在氧化劑（重鉻酸鉀或高錳酸鉀）氧化過程中，所消耗掉的氧化劑的量，從而間接地得出樣品中有機物濃度的一種方法。COD是一種實驗方法，并不是一種分析方法。物質(zhì)世界中并沒有 COD這種成分或元素。在測試特定成分或元素時，即使測試方法不同，但只要準(zhǔn)確測試出需測試的成分或元素即可；而COD則不同，必須嚴格按照規(guī)定方法的條件和程序進行分析 ,這點非常重要。據(jù)以往對COD的測試和相關(guān)文獻報道，有機物的氧化率很容易受到氧化劑或藥品種類、濃度及加熱溫度、反應(yīng)時間的影響。由此可知，必須嚴格按照規(guī)定方法進行測試，否則COD的測試結(jié)果大不相同。17蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文次氯酸鈉預(yù)氧化效果分析本試驗的預(yù)氧化劑采用次氯酸鈉，主要研究預(yù)氯氧化對黃河原水有機物的去處，研究水質(zhì)指標(biāo)主要為 CODMn和UV254。3.1有效氯投加量及接觸時間的初步選擇預(yù)氯氧化中，次氯酸鈉投加量對水質(zhì)處理效果和運行費用有著重要的影響。投加量過低則不能有效的去處有機物以及產(chǎn)生助凝效果， 起不到預(yù)氧化作用。如果投加量過高，部分有機物會被氧化生成極性較強的中間產(chǎn)物，不利于后續(xù)活性炭的吸附或生物降解，降低水質(zhì)的處理效果[18]，同時大劑量的投加量必定會導(dǎo)致系統(tǒng)投資和運行費用的大幅增加。因此次氯酸鈉投加量是非常重要的，投加量要根據(jù)不同的水質(zhì)情況，通過試驗才能確定。本次試驗選取次氯酸鈉投加量為 0.5mg/L、1mg/L、2mg/L、4mg/L、6mg/L、8mg/L、15mg/L。接觸時間選取 5min、10min、20min、30min、40min、60min、80min。3.2預(yù)氯氧化對有機物去除率的效果分析試驗所用氧化劑為有效氯 10％的次氯酸鈉溶液，將其配置成有效氯為 1mg/L的溶液，則需取5mL10％的次氯酸鈉溶液稀釋至 500mL，待用。每組試驗開始時需重新配置藥劑。3.2.1相同投加量不同接觸時間下有機物去除率的分析（1）有效氯投加量為 0.5mg/L時，不同接觸時間對有機物的去除取黃河原水水樣 1600mL，為使有效氯投加量為 0.5mg/L，需取0.8mL配好的1mg/L的次氯酸鈉溶液至1600mL原水中，并用磁力攪拌器進行攪拌，分別攪拌5min、10min、20min、30min、40min、60min、80min后，用0.45μm的微濾膜過濾進行檢測分析，測定CODMn和UV254，比較在不同接觸時間下次氯酸鈉預(yù)氧化對水中 CODMn和UV254的去除情況?，F(xiàn)將試驗數(shù)據(jù)記錄如下：18蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文表3.1原水水質(zhì)濁度溫pHCODMn過膜CODMnUV254NTU度mg/Lmg/Lcm-1℃11.220.087.892.952.110.047表3.2有效氯0.5mg/L時有機物去除率接觸時CODMnCOD去除UV254UV254去除間minmg/L率％cm-1率％51.976.800.04112.77101.957.530.04112.77202.072.260.03917.02302.100.750.04014.89402.081.510.03917.02602.091.130.04112.77802.072.260.0438.51為了更直觀的表現(xiàn)出有機物去除率的變化趨勢，根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以做出有效氯投加量0.5mg/L時有機物去除率隨接觸時間的變化趨勢曲線。圖3.1 有效氯0.5mg/L時有機物去除率變化曲線19蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文CODMn是反映水體中有機物質(zhì)和無機物質(zhì)污染程度的綜合指標(biāo)。由于在一定條件下水中有機物只能部分氧化，也不是反映水體中總有機物含量的尺度，但在水源水有機物含量相對較低的情況下測定值較準(zhǔn)確，也常用于作為水源水中有機物含量的替代參數(shù)。UV254主要代表含有共軛雙鍵和含苯環(huán)的不飽和有機物， 是一個表征有機物的指標(biāo)。水中的天然有機物如腐殖質(zhì)通常在 254nm的波長處出現(xiàn)吸收峰。由圖3.1可以看出，隨著氧化時間的加長，CODMn和UV254的去除率先增大后減小，說明剛開始次氯酸鈉發(fā)揮著強氧化性，將部分大分子有機物轉(zhuǎn)化為小分子有機物，并將部分有機物完全氧化為無機物，使得 CODMn濃度降低，去除率增大；后來去除率減小的原因可能是次氯酸鈉與部分有機物反應(yīng)生成了新的有機物，使得有機物極性增強，不利于微濾膜發(fā)揮作用[22]，或者在過0.45微濾膜的時候膜遭到破壞，這還需進一步從實驗中分析。開始階段UV254去除率增大，說明次氯酸鈉的強氧化作用對共軛雙鍵及苯環(huán)有破壞力,使有機物的芳香性降低或消失[22],也就是說水體含有芳香環(huán)和不飽和結(jié)構(gòu)的有機物減少；后來UV254去除率減小，可能原因是隨氧化時間的加長，生成了氯化消毒副產(chǎn)物(DBPS)，DBPS與UV254有一定的相關(guān)性[22]，也就是說次氯酸鈉與有機物進一步反應(yīng)生成了新的含有共軛雙鍵和含苯環(huán)的不飽和有機物，使得有機物極性增強，這有待實驗進一步分析。（2）有效氯投加量為 1mg/L時，不同接觸時間對有機物的去除取黃河原水水樣1600mL，為使有效氯投加量為1mg/L，需取1.6mL配好的1mg/L的次氯酸鈉溶液至1600mL原水中，并用磁力攪拌器進行攪拌，分別攪拌5min、10min、20min、30min、40min、60min、80min后，用0.45μm的微濾膜過濾進行檢測分析，測定CODMn和UV254，比較在不同接觸時間下次氯酸鈉預(yù)氧化對水中 CODMn和UV254的去除情況?，F(xiàn)將試驗數(shù)據(jù)記錄如下：表3.3原水水質(zhì)濁度溫pHCODMn過膜CODMnUV254NTU度mg/Lmg/Lcm-1℃7.4521.37.942.061.900.04320蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文表3.4有效氯1mg/L時有機物去除率接觸時間CODMnCODMn去除UV254UV254去除minmg/L率％cm-1率％51.6015.970.03518.60101.5617.650.03518.60201.5816.810.03323.26301.5617.650.03323.26401.3429.410.03518.60601.4623.110.03420.93803.34-75.630.0406.98為了更直觀的表現(xiàn)出有機物去除率的變化趨勢，根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以做出有效氯投加量1mg/L時有機物去除率隨接觸時間的變化趨勢曲線。圖3.2 有效氯1mg/L時有機物去除率變化曲線從圖3.2中可以看出，當(dāng)有效氯為 1mg/L時，有機物的去除率較好，并在氧化時間達到40min時，CODMn去除率達到了 29.41％，說明預(yù)氯氧化提高了水中溶解性有機物的含量，開始階段隨著接觸時間的延長，增幅率變化平緩，基本穩(wěn)定，此時水中次氯酸鈉的主要作用是將水中部分小分子有機物完全氧化。后來階段隨接觸時間的進一步加長，去除率逐漸變小，主要原因可能是次氯酸鈉對大分子有機物有較好的氧化效果，隨著大分子有機物逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿佑袡C物， 次氯酸鈉不在發(fā)揮氧化作用 [24]，小分子有機21蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文物不再被去除，推測可以在后續(xù)工藝中采用活性炭吸附，用以去除小分子有機物。這有待實驗進一步驗證。開始階段UV254去除率增大，說明次氯酸鈉的強氧化作用對共軛雙鍵及苯環(huán)有破壞力,使有機物的芳香性降低或消失[22],也就是說水體含有芳香環(huán)和不飽和結(jié)構(gòu)的有機物減少；后來UV254去除率減小，可能原因是隨氧化時間的加長，生成了氯化消毒副產(chǎn)物(DBPS)，DBPS與UV254有一定的相關(guān)性[22]，預(yù)氯化是出廠水中產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物的主要原因。預(yù)氯化可導(dǎo)致原水氯仿含量的大幅度增加,氯仿是原水預(yù)氧化后生成鹵代烴的主要成份。預(yù)氯化出水中氯仿含量顯著增高，唯有通過活性炭的吸附作用，才能有效的去除預(yù)氯化產(chǎn)生的鹵代烴。[24]也就是說次氯酸鈉與有機物進一步反應(yīng)生成了新的含有共軛雙鍵和含苯環(huán)的不飽和有機物，使得有機物極性增強，這有待實驗進一步分析。（3）有效氯投加量為 2mg/L時，不同接觸時間對有機物的去除取黃河原水水樣 1600mL，為使有效氯投加量為 2mg/L，需取3.2mL配好的1mg/L的次氯酸鈉溶液至1600mL原水中，并用磁力攪拌器進行攪拌，分別攪拌5min、10min、20min、30min、40min、60min、80min后，用0.45μm的微濾膜過濾進行檢測分析，測定CODMn和UV254，比較在不同接觸時間下次氯酸鈉預(yù)氧化對水中 CODMn和UV254的去除情況。現(xiàn)將試驗數(shù)據(jù)記錄如下：表3.5原水水質(zhì)濁度溫pHCODMn過膜CODMnUV254NTU度mg/Lmg/Lcm-1℃4.1021.78.061.951.750.04222蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文表3.6有效氯2mg/L時有機物去除率時間minCODMnCODMnUV254UV254去除mg/L去除率％cm-1率％51.731.360.0397.14101.655.910.03711.90201.646.820.03614.29301.5114.090.03614.29401.5213.640.03614.29601.655.900.03516.67801.79-2.270.03711.90為了更直觀的表現(xiàn)出有機物去除率的變化趨勢， 根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以做出有效氯投加量2mg/L時有機物去除率隨接觸時間的變化趨勢曲線。圖3.3 有效氯2mg/L時有機物去除率變化曲線由圖3.3可以看出，隨著氧化時間的加長，CODMn去除率先增大后減小，說明剛開始次氯酸鈉發(fā)揮著強氧化性，將部分大分子有機物轉(zhuǎn)化為小分子有機物，并將部分有機物完全氧化為無機物，使得 CODMn濃度降低，去除率增大；在接觸時間 5min以前，去除率增長很快，說明此時次氯酸鈉的主要作用是將有機物從一種狀態(tài)氧化為另一種狀態(tài)，同時使有機物的分子量降低，即將原水中大部分難降解的有機物氧化為小分子有機物；后來去除率減小的原因可能是次氯酸鈉與部分有機物反應(yīng)生成了新的有機物，使得有機物極性增強，不利于微濾膜發(fā)揮作用 [22]，或者在過0.45微濾膜的時候膜遭到破壞，23蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文這還需進一步從實驗中分析。UV254去除率增大，說明次氯酸鈉的強氧化作用對共軛雙鍵及苯環(huán)有破壞力 ,使有機物的芳香性降低或消失[22],也就是說水體含有芳香環(huán)和不飽和結(jié)構(gòu)的有機物減少。（4）有效氯投加量為 4mg/L時，不同接觸時間對有機物的去除取黃河原水水樣1600mL，為使有效氯投加量為4mg/L，需取6.4mL配好的1mg/L的次氯酸鈉溶液至1600mL原水中，并用磁力攪拌器進行攪拌，分別攪拌5min、10min、20min、30min、40min、60min、80min后，用0.45μm的微濾膜過濾進行檢測分析，測定CODMn和UV254，比較在不同接觸時間下次氯酸鈉預(yù)氧化對水中 CODMn和UV254的去除情況。現(xiàn)將試驗數(shù)據(jù)記錄如下：表3.7原水水質(zhì)濁度溫pHCODMn過膜CODMnUV254NTU度mg/Lmg/Lcm-1℃4.1021.78.061.951.870.042表3.8有效氯4mg/L時有機物去除率時間minCODMnCODMnUV254UV254去除mg/L去除率％cm-1率％51.756.3870.03614.29101.756.380.03711.90201.756.380.03711.90301.718.510.03711.90401.6312.770.03614.29601.6511.910.03711.90801.785.110.03711.90為了更直觀的表現(xiàn)出有機物去除率的變化趨勢，根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以做出有效氯投加量4mg/L時有機物去除率隨接觸時間的變化趨勢曲線。24蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文圖3.4 有效氯4mg/L時有機物去除率變化曲線從圖3.4中可以看出，開始階段隨著接觸時間的延長， 增幅率變化平緩，基本穩(wěn)定，此時水中次氯酸鈉的主要作用是將水中部分小分子有機物完全氧化。 后來階段隨接觸時間的進一步加長，去除率逐漸變小，主要原因可能是次氯酸鈉對大分子有機物有較好的氧化效果，隨著大分子有機物逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿佑袡C物， 次氯酸鈉不在發(fā)揮氧化作用 [24]，小分子有機物不再被去除，推測可以在后續(xù)工藝中采用活性炭吸附，用以去除小分子有機物。這有待實驗進一步驗證。預(yù)氯氧化對UV254有一定的去除，說明次氯酸鈉的強氧化作用對共軛雙鍵及苯環(huán)有破壞力,使有機物的芳香性降低或消失[22],也就是說水體含有芳香環(huán)和不飽和結(jié)構(gòu)的有機物減少；后來UV254去除率減小，可能原因是隨氧化時間的加長，生成了氯化消毒副產(chǎn)物(DBPS)，DBPS與UV254有一定的相關(guān)性[22]，預(yù)氯化是出廠水中產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物的主要原因。預(yù)氯化可導(dǎo)致原水氯仿含量的大幅度增加 ,氯仿是原水預(yù)氧化后生成鹵代烴的主要成份。預(yù)氯化出水中氯仿含量顯著增高，唯有通過活性炭的吸附作用，才能有效的去除預(yù)氯化產(chǎn)生的鹵代烴。[24]也就是說次氯酸鈉與有機物進一步反應(yīng)生成了新的含有共軛雙鍵和含苯環(huán)的不飽和有機物，使得有機物極性增強，去除率下降，這有待實驗進一步分析。（5）有效氯投加量為 6mg/L時，不同接觸時間對有機物的去除取黃河原水水樣1600mL，為使有效氯投加量為6mg/L，需取9.6mL配好的1mg/L的次氯酸鈉溶液至1600mL原水中，并用磁力攪拌器進行攪拌，分別攪拌5min、10min、20min、30min、40min、60min、80min后，用0.45μm的微濾膜過濾進行檢測分析，測定CODMn和UV254，比較在不同接觸時間下次氯酸鈉預(yù)氧化對水中CODMn和UV254的25蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文去除情況?，F(xiàn)將試驗數(shù)據(jù)記錄如下：表3.9 原水水質(zhì)濁度溫pHCODMn過膜CODMnUV254NTU度mg/Lmg/Lcm-1℃4.3821.78.122.872.550.052表3.10 有效氯6mg/L時有機物去除率時間minCODMnCODMnUV254UV254去除mg/L去除率％cm-1率％51.846.80.0479.62101.828.030.04513.46201.809.240.04121.15301.7810.040.04121.15401.7213.250.04121.15601.818.840.03925.00801.961.200.04513.46為了更直觀的表現(xiàn)出有機物去除率的變化趨勢， 根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以做出有效氯投加量6mg/L時有機物去除率隨接觸時間的變化趨勢曲線。26蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文圖3.5 有效氯6mg/L時有機物去除率變化曲線由圖3.5可以看出，隨著氧化時間的加長，CODMn和UV254的去除率先增大后減小，說明剛開始次氯酸鈉發(fā)揮著強氧化性，將部分大分子有機物轉(zhuǎn)化為小分子有機物，并將部分有機物完全氧化為無機物，使得 CODMn濃度降低，去除率增大；后來去除率減小的原因可能是次氯酸鈉與部分有機物反應(yīng)生成了新的有機物，使得有機物極性增強，不利于微濾膜發(fā)揮作用[22]，或者在過0.45μm微濾膜的時候膜遭到破壞，這還需進一步從實驗中分析。開始階段UV254去除率增大，說明次氯酸鈉的強氧化作用對共軛雙鍵及苯環(huán)有破壞力,使有機物的芳香性降低或消失[22],也就是說水體含有芳香環(huán)和不飽和結(jié)構(gòu)的有機物減少；后來UV254去除率減小，可能原因是隨氧化時間的加長，生成了氯化消毒副產(chǎn)物(DBPS)，DBPS與UV254有一定的相關(guān)性[22]，也就是說次氯酸鈉與有機物進一步反應(yīng)生成了新的含有共軛雙鍵和含苯環(huán)的不飽和有機物，使得有機物極性增強，這有待實驗進一步分析。（6）有效氯投加量為 8mg/L時，不同接觸時間對有機物的去除取黃河原水水樣 1600mL，為使有效氯投加量為 8mg/L，需取12.8mL配好的1mg/L的次氯酸鈉溶液至1600mL原水中，并用磁力攪拌器進行攪拌，分別攪拌5min、10min、20min、30min、40min、60min、80min后，用0.45μm的微濾膜過濾進行檢測分析，測定CODMn和UV254，比較在不同接觸時間下次氯酸鈉預(yù)氧化對水中CODMn和UV254的去除情況?，F(xiàn)將試驗數(shù)據(jù)記錄如下：27蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文表3.11原水水質(zhì)濁度溫pHCODMn過膜CODMnUV254NTU度mg/Lmg/Lcm-1℃4.04 22.40 7.68 1.84 1.80 0.044表3.12有效氯8mg/L時有機物去除率時間minCODMnCODMnUV254UV254去除mg/L去除率％cm-1率％51.5215.490.03715.91101.5016.370.03715.91201.4519.500.03813.64301.4419.910.03618.18401.3226.550.03618.18601.3226.550.03715.90801.3425.220.03813.64為了更直觀的表現(xiàn)出有機物去除率的變化趨勢， 根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以做出有效氯投加量8mg/L時有機物去除率隨接觸時間的變化趨勢曲線。圖3.6 有效氯8mg/L時有機物去除率變化曲線28蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文從圖3.6中可以看出，當(dāng)有效氯為 8mg/L時，有機物的去除率較好，并在氧化時間達到40min時，CODMn去除率達到了26.55％，說明預(yù)氯氧化提高了水中溶解性有