O3及O3/H2O2氧化处理含蓝藻水过程中AOC的形成规律及机理分析

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我国污废水排放管理制度不完善,大量营养元素(主要是氮、磷)进入自然水体,造成湖泊(水库)水富营养化问题突出;大规模的蓝藻爆发,对饮用水处理工艺和供水水质造成严重影响。含藻水成分复杂,除含有藻细胞外,还存在大量藻类代谢过程释放到水中的有机物,藻类有机物通过常规水处理工艺去除率低,进入管网会影响饮用水的生物稳定性。臭氧作为氧化剂或消毒剂被普遍应用于水处理中,O3/H2O2作为一种较为成熟的高级氧化工艺,也在水处理中得到了越来越多的应用,深入了解它们在氧化处理含蓝藻水过程中可同化有机碳(AOC)的形成规律,对于评价氧化工艺对饮用水生物稳定性的影响具有重要意义。本研究选择一种我国较为常见的蓝藻—铜绿微囊藻进行研究,对蓝藻细胞和藻类有机物(包括胞外有机物和胞内有机物)进行特性表征;系统分析了各种因素对O3及O3/H2O2两种氧化工艺处理含蓝藻水过程AOC形成的影响;详细对比了O3及O3/H2O2氧化过程AOC的形成规律并进行机理分析。藻类有机物(AOM)可以分为胞外有机物(EOM)和胞内有机物(IOM);相对于天然有机物,藻类有机物中含有较少的芳香结构有机质。EOM主要有一个典型荧光基团,代表可溶性生物代谢产物,IOM有四个典型的荧光基团,分别代表芳香结构蛋白、生物代谢产物、类腐殖酸和类富里酸有机质。AOM在荧光光谱中有机氮区域的有机物分子量较大,而有机碳区域的有机物分子量均小于1000Da。EOM中AOC的含量较少,随着藻类生长过程先增加后逐渐减少;IOM中的AOC含量很高,在藻细胞整个生长过程中浓度比较稳定。O3及O3/H2O2氧化处理含蓝藻水过程,水中AOC的增加主要有两方面的贡献,一是氧化剂破坏藻细胞结构诱导IOM释放到水中增加AOC的含量;二是氧化藻类有机物(AOM)提高了水中AOC的含量。单独臭氧氧化含藻水过程,O3投量增加,形成更多的AOC,是因为能够破坏更多的藻细胞,释放更多的IOM;水温和碱度均对O3及O3/H2O2氧化过程AOC的形成有较大影响,碱度可以消耗水中的羟基自由基,削弱它的氧化作用,大大抑制AOC的形成。对比单独O3氧化含蓝藻水过程,O3/H2O2工艺氧化后能够形成更多的AOC。H2O2能够加快O3分解,形成更多的OH,它比臭氧分子更能有效破坏藻细胞,释放更多IOM;O3/H2O2工艺氧化藻类有机物过程,较单独O3氧化而言,仅仅是加快有机物中AOC形成速度,并没有增加AOM中AOC的含量;因此,O3/H2O2工艺氧化含蓝藻水过程能够形成更多的AOC主要是O3/H2O2体系能加剧藻细胞的破坏程度,释放更多的胞内有机物。O3及O3/H2O2均能很大程度提高EOM中AOC的含量,是因为将EOM中大分子生物代谢产物氧化处理后,增加了分子量小于1000Da有机物的比例;O3及O3/H2O2氧化IOM过程AOC的增加是由于IOM经过氧化后,有机氮区域分子量小于1000Da的有机物比例有所增加,而有机碳区域分子量本身较小,氧化后分子量继续减小,对AOC的增加也有所贡献。
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