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典型PPCPs在给水处理系统中的变化规律及调控技术研究

作 者: 周宁娟
导 师: 薛罡
学 校: 东华大学
专 业: 环境工程
关键词: 给水处理系统 磺胺嘧啶 卡马西平 催化氧化 负载 机理研究
分类号: X703
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要


近几年以来,水环境中微量污染物质—药品和个人护理用品(Pharmaccuticals and Personal Care Products, PPCPs)被频繁地检测出来,这类物质源于人们的日常生活以及工业生产中的无序排放,具有较强的生物活性和生物降解缓慢的特征,将直接或间接对环境、生物和人类健康造成持久性影响和危害。这已经引起了各国人们的高度关注。磺胺嘧啶(Sulfadiazine, SD)和卡马西平(Carbamazepine, CBZ)作为典型的PPCPs类物质在水环境中广泛存在,但目前多数研究只集中在它们的理化性质的探讨,并未进行SD和CBZ在环境中转化的动力学、机理等微观机制方面的研究。因此,找出对这两种物质有效的控制方法并运用分析手段进行迁移转化机理的研究,对于该物质在理论分析和实际工程中的处理都具有重要的意义。由于水源水中PPCPs类物质的含量很低,本研究先选用固相萃取-高效液相色谱作为水中微量的SD和CBZ的测定方法,然后研究其在给水处理系统中的去除方法和变化规律,选用预氧化-混凝-砂滤的常规处理;深度处理部分将臭氧-活性炭吸附、催化臭氧化-活性炭吸附、负载型羟基化锌催化氧化三种工艺进行比较,得出最佳去除工艺。采用人工配制只含有目标物的原水,研究其在给水处理工艺中的变化规律,然后以含有目标物的实际水源水为研究对象,分析水中目标物与其他微污染有机物共存时的协同去除作用及主要的控制性影响因素。试验结果表明:SD和CBZ两种物质在给水处理系统的常规处理中去除效果不理想,人工配水试验中:预氧化部分,预氧化时间和氧化剂投加量的变化对目标物的去除影响不大,由正交实验得出目标物去除的最佳条件,KMn04投加量:SD为0.5mg/L,氧化60min;CBZ为lmg/L,氧化90min;混凝部分,选用聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)分别作为混凝剂和助凝剂,PAM的投加量对试验结果影响相对较大,其投加量过多会导致出水水质恶化,最终选择7mg/L PAC、0.25 mg/L PAM作为SD的最佳混凝去除条件,8 mg/LPAC、0.25 mg/L PAM作为CBZ的最佳混凝去除条件。砂滤的截留效果较差,石英砂柱高度540mm,进水流速为5.31m/h,SD的去除率为8%,CBZ的去除率为14%。在实际水源水的修正试验中,常规处理阶段SD和CBZ最终去除率分别为25.7%和34.5%。深度处理试验中,经实验比较发现羟基化锌催化臭氧化对目标物的去除比单独臭氧化好,同种条件下去除效率提高30%-40%,但此方法容易造成催化剂流失和水的二次污染,为了解决这一问题,将羟基化锌负载到活性炭上,即保证了目标物的去除效率也避免了催化剂的流失和水的二次污染。实际水源水的实验结果与配水实验相似。活性炭吸附试验中,吸附催化氧化出水的活性炭的穿透时间较吸附氧化出水的活性炭的穿透时间延长,能够连续运行40天左右,水源水修正试验中,两种物质活性炭吸附的去除率为10%左右,去除效果良好。经整个工艺处理之后目标物总的去除率达95%以上。通过GC-MS检测和红外光谱测定,在最佳降解条件下,SD和CBZ都会发生化学键的断裂,SD经给水处理系统的处理最终的产物为苯乙烯和另一种不知名物质C10H9N3,而CBZ的降解产物为二本乙腈,还有其它一些小分子物质。

全文目录


摘要  5-8
Abstract  8-13
1 绪论  13-25
  1.1 水体中有机物的污染现状  13
  1.2 药品和个人护理用品(PPCPs)概述  13-16
    1.2.1 水环境中的PPCPs及其来源  13-15
    1.2.2 PPCPs的危害及对生态环境的影响  15-16
  1.3 磺胺嘧啶卡马西平简介  16-17
  1.4 国内外对PPCPs去除技术的研究现状  17-20
    1.4.1 常规处理工艺  17-18
    1.4.2 深度处理工艺  18-20
  1.5 给水预处理技术  20-21
  1.6 PPCPs的检测方法  21-23
    1.6.1 样品预处理  21-22
    1.6.2 主要检测方法  22-23
  1.7 课题研究意义和内容  23-25
    1.7.1 研究背景及意义  23
    1.7.2 研究内容  23-25
2 试验设计  25-29
  2.1 技术路线  25-26
  2.2 实验分析方法  26
  2.3 实验装置  26-27
    2.3.1 常规处理部分实验装置  26
    2.3.2 深度处理部分试验装置  26-27
  2.4 试验药品与试剂  27-29
3 磺胺嘧啶和卡马西平含量测定方法的研究  29-39
  3.1 磺胺嘧啶检测条件的确定  29-30
    3.1.1 标准溶液的配制  29
    3.1.2 最大吸收波长的确定  29-30
  3.2 磺胺嘧啶检测条件的确定  30-34
    3.2.1 固相萃取  30
    3.2.2 色谱条件  30
    3.2.3 结果与讨论  30-34
  3.3 卡马西平检测条件的确定  34-38
    3.3.1 固相萃取  34
    3.3.2 色谱条件确定  34
    3.3.3 结果与讨论  34-38
  3.4 本章小结  38-39
4 常规给水处理工艺中磺胺嘧啶和卡马西平的去除规律及调控技术研究  39-55
  4.1 试验原理  39-40
    4.1.1 预氧化  39
    4.1.2 混凝  39-40
    4.1.3 砂滤  40
  4.2 试验结果与讨论  40-53
    4.2.1 预氧化  40-45
    4.2.2 混凝  45-50
    4.2.3 砂滤  50-53
  4.3 本章小结  53-55
5 深度处理工艺中磺胺嘧啶和卡马西平的去除规律及调控技术  55-74
  5.1 原理  55-56
    5.1.1 臭氧氧化  55
    5.1.2 催化臭氧化  55-56
    5.1.3 活性炭吸附  56
  5.2 实验材料  56-57
    5.2.1 臭氧发生器浓度的测定  56
    5.2.2 活性炭基本性质的测定  56-57
    5.2.3 催化剂羟基化锌简介及其制备  57
  5.3 实验结果与讨论  57-72
    5.3.1 臭氧氧化  57-62
    5.3.2 催化氧化  62-67
    5.3.3 活性炭吸附  67-72
  5.4 本章小结  72-74
6 负载型ZnOOH催化臭氧化对磺胺嘧啶和卡马西平的控制效果  74-83
  6.1 活性炭负载ZnOOH  74-75
    6.1.1 载体的预处理  74
    6.1.2 负载型ZnOOH的制备  74-75
  6.2 负载型ZnOOH的表征  75-76
    6.2.1 负载型ZnOOH的扫描电镜(SEM)  75
    6.2.2 负载型催化剂的XRD衍射  75-76
    6.2.3 ZnOOH的负载量  76
  6.3 实验装置  76
  6.4 实验结果与讨论  76-82
    6.4.1 负载后的活性炭的吸附试验  76-77
    6.4.2 负载型ZnOOH催化臭氧氧化  77-82
  6.5 本章小结  82-83
7 磺胺嘧啶和卡马西平在给水处理系统中去除机理研究  83-92
  7.1 方法  83-84
    7.1.1 气相色谱-质谱(GC-MS)联用仪  83
    7.1.2 红外光谱  83-84
  7.2 实验与讨论  84-90
    7.2.1 给水处理系统降解磺胺嘧啶的产物分析  84-86
    7.2.2 给水处理系统中磺胺嘧啶降解机理研究  86-87
    7.2.3 给水处理系统降解卡马西平的产物分析  87-90
    7.2.4 给水处理系统中卡马西平降解机理研究  90
  7.3 本章小结  90-92
8 结论与建议  92-96
  8.1 结论  92-94
  8.2 建议  94-96
参考文献  96-101
硕士期间发表的论文与申请的专利及获奖情况  101-102
致谢  102

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 一般性问题 > 废水的处理与利用
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