基于氧化石墨烯混凝的消毒副产物控制及其机制研究

In order to solve the problem that conventional metal salts coagulants cannot remove disinfection byproduct precursor efficiently, graphene oxide (GO ) was selected as a new coagulant to improve the DBPs control efficiency by coagulation in this project. .The GO coagulation characteristics and its mechanism will be clarified by observing the change of floc particle size, strength, fractal dimension and charge characteristics. The TOC, UV254，turbidity will be selected as the index to evaluate the coagulation efficiency under different conditions (e.g. temperature, pH, concentration of divalent cations, settling time, stirring intensity). Factors that affect GO coagulation efficiency will be also analyzed. The mechanism of organics removal by GO coagulation will be explained by analyzing the changes of the distribution of the apparent molecular weight, hydrophility, three-dimensional fluorescence, etc. The DBPs control efficiency will be evaluated by measuring the formation potential of trihalomethanes, haloacetic acids, haloketones, chloropicrin, haloacetonitriles, nitrosodimethylamine, etc. Also the combination of GO/PAC, GO/PFS, GO/ diatomite will be used as composite coagulant to evaluate the coagulation characteristics, mechanism, affecting factors, DBPs control efficiency.

本项目针对常规金属盐类混凝剂对消毒副产物前体物去除效率较低的问题，拟选用新型碳基材料——氧化石墨烯（GO）作为混凝剂，以期改善及提高混凝工艺对水中消毒副产物前体物的去除效果。拟通过研究GO混凝过程中絮体粒径变化、絮体强度、絮体分形维数、电荷特性等明确GO混凝特性；以TOC、浊度、UV254等为指标，研究不同条件（温度、pH、二价阳离子浓度、静沉时间、搅拌强度等）下的混凝效果，掌握影响GO混凝的主要因素；通过分子量分布、亲疏水性变化、三维荧光光谱分析等手段分析GO混凝对有机物的去除机制；以三卤甲烷、卤乙酸、卤代酮、三氯硝基甲烷、卤乙腈、亚硝基二甲胺等副产物生成潜能来衡量GO混凝对消毒副产物前体物的控制效果。在上述基础上，分别选用聚合氯化铝、聚合硫酸铁、硅藻土等与GO联用，考察联合作用下的有机物去除特征、影响因素、消毒副产物控制效果。

本项目采用氧化石墨烯（GO）作为混凝剂，在考察其絮体形成影响的基础上，分别研究其对腐植酸配水、地表水、藻细胞及藻细胞胞外有机物的去除效率及相应的DBPs控制效果。.200-400 mg/L钙离子作用时，可以明显观察到GO絮体的产生。GO絮体的产生速率、大小及其沉降性能随pH的升高而增强。相同离子浓度下，钾、钠、镁离子作用产生的絮体大小及沉降性能不及钙离子，铝离子作用能产生更大更紧实的GO絮体。网捕作用是GO混凝去除有机物的主要作用，在pH 5-9范围内GO对腐植酸均具有很好的去除效果。pH对GO去除腐植酸的影响较小，但对其去除地表水中有机物具有很大影响，pH≤5的条件下可获得最佳的有机物去除效率。初始pH 4-10的地表水经GO处理后的pH稳定在6.3-7.7之间。经GO处理后，水样的SUVA值略微降低，说明GO对水样中腐植酸类，疏水性，大分子有机物去除较亲水性，小分子有机物的去除能力强。GO能够有效去除水体中DBPs尤其是卤乙酸的前体物，最多能够降低86.5%的三氯乙酸前体物。三维荧光分析表明GO混凝对腐植酸及富里酸类物质具有很好的去除效果，但对蛋白质类物质的去除效果不佳。.采用GO混凝控藻，实验结果表明，GO对藻细胞有很强的网捕能力。在酸性及中性条件下，可实现对叶绿素a的完全去除，对UV254的去除效率也可达到98.3%，消毒副产物前体物减少了97.5%-100%。碱性条件下GO与藻细胞间静电斥力增大，控藻效率明显降低。硅藻土的投加不会使GO控藻效率发生变化，但会明显增强絮体的沉降性能，缩短沉降时间，减少絮凝污泥量。GO混凝沉淀对组成藻类胞外有机物（EOM）的有机物也有很好的去除效果，pH＜6时，TOC的去除率能达到61%。GO混凝能够有效去除EOM中消毒副产物尤其是卤乙酸的前体物，不添加溴离子时，最多能够降低90.1%的一氯乙酸前体物，溴离子存在条件下，能够使三氯乙酸前体物降低91.0%。进一步的分析表明，GO混凝对EOM中含苯环结构，类腐植酸类物质及含C=C双键和C=O双键的芳香族化合物具有一定的去除效果。除能力强。