饮用水处理臭氧和混凝交互作用及其控制研究

臭氧和强化混凝联用从消减DBPs（Disinfection By-Products）前驱物、减少DBPs生成等多环节控制DBPs及其危害，成为DBPs等微污染物控制的主流工艺之一；但其匹配效率及安全性等一直是颇受关注而又争议颇多的问题。本项目以目前国内应用最广的聚合氯化铝（PACl）为典型混凝剂，采用有机物分级、HPLC（高效液相色谱）、GC-Ms（气-质联用）、荧光分析、紫外吸收动态测定、核磁共振（NMR）、激光粒度粒型分析等技术研究PACl、及其关键成分Al13以及混凝过程对臭氧溶解、降解和自由基生成、氧化效率等的影响；研究臭氧-混凝联用对有机物降解途径和降解效率的影响；研究臭氧对混凝剂水解过程和混凝效率的影响。力图通过上述研究完善臭氧-混凝交互作用基本理论，解决联用工艺匹配和优化方面的理论和关键技术问题，促进安全、高效的饮用水安全保障技术发展。

臭氧和混凝配合使用是DBPs等微污染物控制潜在的主流工艺之一，但其匹配效果及安全性等一直颇受争议。本项目以氯化铝、聚合氯化铝（PACl）、硫酸铝等为典型混凝剂，研究混凝剂对臭氧溶解、降解和自由基生成、氧化效率等的影响；研究臭氧对混凝剂水解过程和混凝效率的影响；研究臭氧-混凝联用对有机物降解途径和降解效率的影响。研究验证了臭氧与上述无机混凝剂联合作用时的确存在交互作用。结果显示：联用（臭氧与混凝剂同时投加）和预臭氧混凝过程相比，浊度去除效果较差；臭氧在低浓度时，有机物去除能力略有增强，对消毒副产物生成势（DBPFP）控制效果较好，但臭氧中高浓度（2.0mg/L以上）时，三氯甲烷生成势（CFFP）较预臭氧混凝过程多。可能的机理是交互作用导致：1）臭氧在混凝剂存在时降解速率加快，且其在降解过程中更多地形成自由基；进而影响有机物的氧化过程、氧化产物及DBPs的形成。2）臭氧干扰铝盐水解形成Alb等混凝有效成分的过程，进而影响混凝效果。3）有机物降解途径和降解产物发生变化。三维荧光（3DEEM）分析表明联用对3DEEM光谱荧光淬灭效果更加明显，如EX/Em为275nm/310-330nm的荧光，富里酸在单独混凝（Al3+1mg·L-1、3mg·L-1）过程中未见明显变化；预氧化（O3浓度分别为1mg·L-1、2mg·L-）混凝（Al3+1mg·L-1、3mg·L-1）过程对其产生明显的猝灭，相应条件下臭氧-混凝联用处理淬灭效果更加明显，几乎完全被猝灭。差异紫外分析结果表明：以富里酸原水相应指标作参比，联用导致有机物在230±2nm、272±2nm、330±2nm和385±5nm等处吸收差异明显大于预臭氧混凝过程，而上述位置被认为是余氯和NOM反应形成TOX的关键位置，与DBPFP直接相关。研究表明联用较预臭氧混凝过程对有机物结构有更强的破坏能力，从而降低或改变DBPFP生成和分布特征。此外，还初步研究了臭氧降解机理和方法、含溴、含碘原水在臭氧-混凝联用中溴代消毒副产物、碘代消毒副产物的形成等。