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臭氧处理对管网水质的影响

文献类型:学位论文

作者张锁娜
学位类别硕士
答辩日期2014-05
授予单位中国科学院研究生院
授予地点北京
导师胡春,王海波
关键词饮用水管网 臭氧处理 有机物 消毒副产物 管网腐蚀 微生物群落 DWDS O3 treatment DOC DBPs pipe corrosion microbial community
其他题名Effect of ozone treatment on drinking water quality in distritution system
学位专业环境科学
中文摘要      饮用水管网水质是构成饮用水安全的重要方面。管网水质受到多种因素的影响,如消毒副产物、管网腐蚀及微生物再生长繁殖等。饮用水处理工艺不同导致水厂出水水质的差异,从而引起管网水质的变化。本论文主要研究了饮用水臭氧处理对饮用水中有机物,以及对管网有机物特别是消毒副产物、腐蚀和微生物的影响。
(1)臭氧对饮用水中氯化消毒副产物的影响
通过高效凝胶色谱、三维荧光光谱、红外光谱等检测分析方法对水中天然有机物(NOM)进行表征,经臭氧作用后水样溶解性有机碳(DOC)浓度升高、亲水性增加、芳香性及重均分子量下降。有机物中羟基、碳碳双键或碳氮双键及其共轭体系与氯反应活性较强。综合考虑臭氧作用后 NOM性质、结构变化及氯化消毒副产物生成量的改变,选择出最佳臭氧接触时间为 12 min。
(2)臭氧对饮用水管网中溶解性有机物的影响
利用生物膜环状反应器模拟配水管网系统,将水厂砂滤池出水经过臭氧作用  12min  后投加氯进入该模拟管网,同时把水厂砂滤池出水直接加氯后通入另一模拟管网作为对照实验。单因素方差分析结果表明,两管网出水的余氯、总铁、浊度以及三卤甲烷(THMs)、卤乙酸(HAAs)含量相差不大,但 DOC  在臭氧加氯管网中消耗较多。荧光区域整合(FRI)结果表明臭氧氧化后的管网出水中溶解性有机物荧光光谱中三区富里酸和五区腐殖酸荧光峰值(ФⅢ+Ⅴ,n)减小较多。
(3)臭氧对饮用水管网腐蚀的影响
通过扫描电子显微镜(SEM)、X 射线粉末衍射仪(XRD)、极化曲线以及电化学阻抗谱(EIS)等方法对不同时期管网腐蚀情况进行表征。结果表明,两模拟管网腐蚀初期腐蚀产物中主要以 α-FeOOH为主,随着腐蚀不断进行腐蚀速率逐渐降低,腐蚀层越来越致密,逐渐达到稳定状态,此时腐蚀产物以 α-FeOOH、Fe3O4和  CaCO3为主,管网的抗腐蚀能力增强,且臭氧加氯管网的抗腐蚀能力要强于单独加氯管网。
(4)臭氧对饮用水管网微生物群落的影响
通过焦磷酸测序(454测序)技术及定量  PCR  方法对上述两管网在不同时期微生物物种组成及数量进行分析。结果表明,管网生物膜和水体微生物群落结构具有明显的差异,随着运行时间变化微生物群落存在物种演替的现象。臭氧加氯管网与单独加氯管网相比,铁腐蚀相关菌属、脱卤菌属所占比例比单独加氯管网该比例要大。臭氧加氯管网中生物膜的微生物含量较高,两种条件致病菌 Legionella spp.和 Mycobacterium spp.的相对含量也较高,另外具有反硝化功能的基因所占比例也较大。
英文摘要     Water quality in  drinking water distribution systems  (DWDSs) has a major  role to play in ensuring the safety of drinking water and it is affected by many factors such as disinfection  by-products,  pipe  corrosion  and   microbial  regrowth.  Different  water treatment processes  would result in  great contrast  in water quality  in drinking water
treatment plant (DWTP),  and finally lead  to significant shift  of that in  DWDSs. The aim of this  study was to  examine the influence of  O3 treatment on  dissolved organic carbon  (DOC) structure  and property,  disinfection  by-products (DBPs)  yields, pipe corrosion  and  microbial   community  in  DWDSs.  The  main   conclusions  were  as follows:
(1) Effect of O3 treatment on chlorinated DBPs in drinking water
NOM in  drinking water was  characterized using  high performance  size exclusion chromatography (HPSEC), excitation-emission  matrix (EEM) and Fourier Transform infrared spectroscopy  (FTIR). It  was  found that  DOC and  hydrophilicity increased, while aromaticity and Mw decreased  in water samples upon O3  treatment. Functional groups  such as  hydroxy,  carbon-carbon or  carbon-nitrogen  double bonds  and  their conjugated systems in NOM were  found to possess high reactivity with chlorine. The results of NOM  property, structure and  DBPs yields indicated  an optimal O3   contact time of 12 min.
(2) Effect of O3 treatment on DOC in DWDSs.
Effluents from sand filter were  introduced into a biofilm annular reactor (AR,  used as simulated  distribution system) after  12min O3 treatment  and chlorine  disinfection or  just  chlorine disinfection.  No  significant  differences  were observed  in  chlorine residual,  total   iron,  turbidity,   THMs  and   HAAs  of   effluents  between   the  two distribution   systems  (p>0.05).   More   DOC   comsumption  was   observed   in  the distribution system with O3 treatment. Results of characterization of DOC in  influents and effluents of  the two distribution systems  by HPSEC, FTIR  and EEM indicated a comparable decrease in ФⅢ+Ⅴ, n in the distribution system with O3 treatment.
(3) Effect of O3 treatment on corrosion in DWDSs
Corrosion scales  in the  two ARs  were analyzed by  scanning electron  microscope (SEM), X-ray diffraction  (XRD), electrochemical impedance spectroscopy  (EIS) and polarization  curve at  different exposure  times.  The results  indicated that  α-FeOOH was the primary  constituent of the corrosion  scales in the initial  stage; corrosion rate decreased, corrosion layer  thickened, and corrosion process  stabilized gradually with longer  exposure  time.   At  this  time,  the   main  corrosion  scale  constituents   were α-FeOOH、Fe3O4 and CaCO3, and corrosion  prevetion ability were enhanced,  which was remarkably prominent in the DWDS with O3  treatment.
(4) Effect of O3 treatment on microbial community in DWDSs.
Microbial community structure  and relative abundance at  different sampling times in the  two ARs were  profiled through pyrosequencing  and q-PCR.  Significant shifts of  microbial  communities between  biofilm  samples  and  bulk  water samples  were observed.   Complexity   and   dynamics   of   microbial   community   structure   were demonstrated  by  temporal  variation  between   two  sampling  events.  Halogenation related and corrosion related genera were more abundant in  DWDS with O treatment. q-PCR provided  molecular evidence  of higher  relative abundance  of  total bacteria, Legionella spp.,  Mycobacterium spp.  and nirK, nirS,  nosZ genes  in DWDS with  O3 treatment.
公开日期2015-07-08
源URL[http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/15613]  
专题生态环境研究中心_环境水质学国家重点实验室
推荐引用方式
GB/T 7714
张锁娜. 臭氧处理对管网水质的影响[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2014.

入库方式: OAI收割

来源:生态环境研究中心

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