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极性分类-分子质量分级法剖析华南某原水中有机物组成特性
更新时间:2017-02-08 来源:《给水排水》 作者:魏艳,何赞端,区良益,罗丽春,廖伟雄,吴凯,张亚超,沈吉敏,陈忠林

摘要:天然有机物NOM 是饮用水处理过程产生消毒副产物的主要前驱物质,利用膜滤法(UF)和凝胶色谱法(GPC)对佛山水源水进行分离分级,深入了解原水中有机物的分子质量分布特性和化学分布特性,为控制和去除水中NOM 提供基础数据。膜滤分离结果表明,原水中相对分子质量小于6 000的有机物占比最大,平均在65%以上。利用凝胶色谱法将原水中有机物分为6类,即憎水酸(HOA)、憎水碱(HOB)、憎水中性物质(HON)、亲水酸(HIA)、亲水碱(HIB)、亲水中性物质(HIN)。分离结果表明,该6类物质在原水中分布较为均匀,其中HOA占比最大,6类有机物具有不同的分子质量分布特征。

 氯化消毒副产物的主要前驱物是水中普遍存在的天然有机物(NOM)[1~5]。NOM 也称自然环境代谢的有机物,具有与水中多数成份进行离子交换和络合的特性,能同水中有毒物质(重金属)、有机微污染物等形成“结合体”,成为有毒、难溶于水的元素及有机微污染在水环境中的“溶剂”和运载工具[6,7],使其在水中溶解度增大、迁移能力增强、分布范围更广,NOM 的相对分子质量一般在500~10 000[8]。

控制消毒副产物是为了最大限度地降低其在饮用水中的含量。降低消毒副产物的主要途径有两种:一是寻找其他消毒剂替代氯化消毒剂的使用或减少氯化消毒剂的使用;二是在水与消毒剂接触之前去除其中的有机污染物,在消毒工艺之前最大限度地降低水中的有机物也是行之有效的方法。强化混凝、吸附、氧化等手段可以有效去除水中的NOM[9~14]。影响混凝效果的因素有混凝剂品种、混凝剂投量、混凝pH、混合水力条件、原水水质变化及药剂投加方式,有机物的形态不同,其去除机理也不一样;目前用得最多的吸附剂是活性炭,吸附效果主要受有机物的极性和分子大小的影响;不同的膜滤工艺对不同相对分子质量NOM 有不同的去除效果;有机物的氧化去除与NOM 的极性有直接关系。

采用膜法和树脂吸附法,将佛山市某水厂原水中的有机物从物理和化学两个方面进行分级分类,确定原水中有机物的相对分子质量分布特性及化学形态特性。系统研究原水中不同相对分子质量区间有机物的特性;将水中的天然有机物分为6类:憎水碱、憎水酸、憎水中性物质、亲水碱、亲水酸、亲水中性物质,然后再进行膜滤分级和表征。这将为后续的饮用水进一步处理提供理论支持,在分析清楚原水中NOM 的相对分子质量分布和极性分布基础上,为优选混凝剂和消毒方式等工艺提供直接的数据支持。

1 材料与方法

1.1 试剂与材料

0.45μm 微孔滤膜;截留的相对分子质量为100 000、30 000、10 000、6 000滤膜(Millipore);超滤杯,有效容积为350mL,内有磁力搅拌装置;抽滤器,有效容积为350mL;JB-1型搅拌器;高纯氮气;真空泵。XAD-8及XAD-4大孔吸附性树脂,D001阴离子交换树脂,DouliteA7阳离子交换树脂,蠕动泵,索氏提取器。

1.2 天然有机物NOM 膜法分级

采用不同的相对分子质量截留超滤(UF膜法)对原水的NOM 按相对分子质量进行分级。方法参照本课题组以前研究结果[15],方法简述如下。膜的清洗:用电阻率为18.3MΩ 的去离子水浸泡膜,先将膜用0.1mol/LNaOH浸泡20~30min,用去离子水清洗1~2遍,再用0.1mol/L HNO3浸泡30min。

用去离子水清洗1~2遍,浸泡于纯水中备用。分离NOM时:按照需要分级的相对分子质量大小,将相对分子质量分级膜安装在分离装置上,装入预分离的水样,加压过滤,收集过滤前和过滤水到分离装置,改变膜可以得到含不同相对分子质量范围NOM 原水(见图1)。各级水样测定TOC、UV254。

版权、出处:《给水排水》

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