BDD电极去除废水中氨氮的反应机理

采用硼掺杂金刚石(BDD)膜电极对氨氮废水进行处理,重点探讨了氨氮的氧化机理。结果表明:碱性条件下,氨氮在BDD电极上可直接氧化,其氧化率达6%。在氯离子存在条件下,氨氮氧化以间接氧化为主,氨氮去除率可达到87%,其中直接氧化率为8%,间接氧化率为79%,且在氧化过程中活性游离氯更易与氨氮发生反应,转化为N2或硝酸盐,而不是转化为氯酸盐或有害的高氯酸盐。

东部地区农村给水管网中铝含量及形态分析

以我国东部实行城乡一体化供水的4个城市实际给水管网为研究对象,在调查农村用户端饮用水中残余铝含量及其存在形态的基础上,深入分析饮用水中残余铝的来源和超标的原因,探讨不同形态铝与浊度的相关性。结果表明:城乡一体化供水下,在出厂水达标时用户端仍存在总铝超标的情况,特别是出厂水残余铝浓度大于100μg/L时超标风险较大。与出厂水对比,龙头水中颗粒铝和溶解铝浓度都有增加,出厂水混凝剂残留与管网输配过程中沉积铝的释放是用户端铝超标的主要原因。颗粒铝与浊度具有显著的相关性,浊度在一定程度上能反映颗粒铝的含量。管网水力条件的不稳定导致出厂水残余铝易在管网输配过程中沉积或释放,用户端残余铝随输水距离呈现先逐渐升高再降低的规律。

出厂水残余锰在给水管网中的氧化沉积研究

针对南方某市经常发生的管网黄水机制不明的问题,用PE管搭建了中试装置,开展了初始锰浓度、初始余氯浓度、停留时间等因素对管网中锰氧化、沉积影响的研究。结果表明,在6.67h的水力停留时间和小于0.1mg/L的初始锰浓度范围内,锰氧化量随初始锰浓度的增加呈指数上升的趋势。当余氯浓度在0~1.0mg/L范围内时,锰在管道内的氧化量和沉积量均随余氯浓度的升高而显著上升。随着停留时间的增加,锰的氧化速率较为稳定,而锰的沉积速率呈现逐渐加快的趋势。

南方某市锰致规模性“黄水”发生规律及应对

南方某市2019年以来给水管网“黄水”问题投诉占到用户关于水质问题投诉的约50%。总结多个水厂供水区域“黄水”发生规律发现,集中发生在2019年7月和8月的规模性“黄水”主要致色成分为锰,其与出厂水锰浓度升高至0.02 mg/L以上直接相关,“黄水”样品中的锰超过0.1 mg/L标准限值,反映出管网中发生了锰的沉积再释放问题;色度与锰浓度呈显著正相关。主要致色成分为铁锰的非规模性“黄水”的主要原因是管网腐蚀以及锰的沉积再释放。因水源而引发“黄水”的水厂在将水库水切换回Mn(Ⅱ)浓度较低的江水后,集中性“黄水”投诉很快消失。对于另一因原水锰浓度升高而导致“黄水”投诉的水厂,在水库水锰浓度升高后加大投氯量、投加氢氧化钠等控锰效果并不理想;随后同时投加5 mg/L粉末活性炭(PAC)和1 mg/L氯,通过构建催化氧化能将出厂水锰浓度迅速控制在0.01 mg/L以下,成功抑制管网“黄水”。提升水库取水高度后进厂水锰浓度也相应下降。综上,监测原水Mn(Ⅱ)浓度,采取高效除锰措施将出厂水锰浓度控制在0.02 mg/L以下,以及对管网进行维护更新是控制“黄水”的关键。

水质条件和形成途径对铁颗粒物致色致浊的影响

给水管道铁腐蚀垢可能释放Fe(II)、Fe(III)等导致末端龙头水的色度和浊度升高,从而导致用户用水投诉增加.本文探究了在不同水质背景(去离子水和自来水)下,经过不同途径(氧化、水解)生成的三价铁颗粒物悬浊液的色度、浊度差异,进一步从粒径、电位、形貌和晶体结构等方面分析产生差异的主要原因.结果显示,相对于氯(游离氯)氧化Fe(II)、Fe(III)直接水解等形成的铁颗粒物悬浊液,氧气氧化Fe(II)形成的铁颗粒物悬浊液的色度明显较高.相同总铁浓度条件下,颗粒物悬浊液色度与浊度呈正相关;自来水背景的铁颗粒物悬浊液浊度明显高于去离子水体系,可能是由于自来水中Ca^(2+)促进铁颗粒聚集所致.扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、动态光散射(DLS)等分析显示,氧气氧化Fe(II)形成的铁颗粒较松散,粒径更大,5线水铁矿是主要成分;氯氧化Fe(II)或Fe(III)直接水解生成的铁颗粒结构较致密,粒径更小,2线水铁矿是主要成分.上述差异可能是三者表现出不同致色、致浊特征的重要原因.

南方某市供水管网锰致“黄水”问题的成因与控制

南方某市多年来频发管网"黄水"问题,尤其在2014年,仅在某供水片区就发生了多起"黄水"事件。从用户投诉入手,分析了该区"黄水"的时空分布特征。通过管段冲洗和管网水取样发现,以锰为主、锰和铁对"黄水"形成均有贡献,管网内锰的沉积是"黄水"形成的主要原因。分析该市历年"黄水"事件发现,原水高锰浓度与管网"黄水"直接关联。传统工艺无法应对原水锰浓度的升高;由于缺乏原水锰浓度监测的及时反馈,高锰酸钾氧化法也不能有效控锰。该市和其他地方的案例都表明,0.1 mg/L的锰控制水平不能有效抑制"黄水"的发生。当出厂水锰均值持续低于0.005 mg/L时,监测到管网内沉积锰发生轻度释放,锰实现负累积。为控制"黄水",需要提高原水锰的监测和出厂水锰的检测能力。

聚硅酸对不同形态铝沉积行为的影响

针对给水管网中残余铝沉积和再溶解现象可能引起的水质问题,研究了聚硅酸对不同水解聚合形态铝沉积、再溶解的影响,并以石英微晶天平为表征手段,初步探讨了聚硅酸对不同形态铝沉积、再溶解过程影响的机理.结果表明,聚硅酸能显著改变不同水解聚合形态铝的沉积、再溶解行为.聚硅酸可与3种水解聚合形态的铝迅速结合而生成可沉积产物,但产物性质不同.以单体形态为主的Al_0与聚硅酸的反应产物性质较稳定,部分以溶解态存在,部分以非溶解态(可沉积态)存在;尽管铝的两种聚合形态Al_(13)和Al_(30)与聚硅酸反应也生成了部分可沉积产物,但随着时间的推移,这些产物又逐渐向溶解态转化.铝硅比对Al_0体系中铝的沉积溶解行为影响较小,而对Al_(13)和Al_(30)影响较大,且在0.2∶20(以Al和SiO_2计的质量比)时,沉积态铝的溶解速率最快.

管道特征对给水管网中锰释放的影响

针对南方某市历年来与锰相关的多次黄水问题,在当地黄水多发区域挖取10年管龄的旧PE管和20年管龄的镀锌钢管,搭建中试装置,开展了管网中锰释放行为的中试研究,并以新PE管做对比,探讨了微生物对管网内锰的氧化沉积的影响。实验结果表明,在进水锰浓度很低时,镀锌钢管与旧PE管的管壁沉积物中均会出现锰的释放。镀锌钢管中释放的锰主要为溶解性锰,释放量大;而旧PE管中释放的锰主要为不溶态的锰,且释放量小。同时,镀锌钢管管道浸泡结果表明,随着余氯浓度的提高,镀锌钢管中溶解锰的释放会显著降低,但即使余氯浓度高达15 mg·L^(-1)仍会有25.3μg·L-1的溶解锰的释放。新旧PE管的对比实验表明,当提高进水Mn(Ⅱ)浓度时,旧PE管中Mn(Ⅱ)在6.67 h内的氧化量低于新PE管,这可能是旧PE管生物膜中的锰还原菌含量较多导致的。

不同管材表面锰的微生物氧化沉积与释放特征

锰氧化物的累积与再释放是导致给水管网黄水问题的一个重要原因。在管道中消毒剂浓度较低的区域,锰氧化细菌能将出厂水中的残余Mn(Ⅱ)氧化成颗粒态锰氧化物(MnOx),致使锰沉积在管道内壁。使用实际给水厂中未消毒的滤后水探究微生物作用主导下不同管材[不锈钢、混凝土、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)]表面锰的氧化沉积和释放特征。142 d的管片沉积实验表明,Mn(Ⅱ)的微生物氧化过程分为三个阶段,启动需约50 d,第51~120天开始加速,其后投加的Mn(Ⅱ)被完全氧化。不同材质管片表面锰氧化菌的种类相似且丰度无明显区别,但锰沉积物的量差异较大,混凝土管片表面积累的锰沉积物最多,为(160.84±28.02)mg/m^(2)(P<0.01),不锈钢、PVC、PE管片表面锰沉积量分别为(46.82±12.04)、(47.08±12.88)、(49.80±5.38)mg/m^(2)。在水力扰动条件下,不同材质管片表面锰沉积物相对释放量排序为不锈钢>PE>PVC>混凝土。