摘 要

基于硫酸根自由基的高级氧化技术是近年来研究比较热门的水处理技术之一。而饮用水中嗅味物质的处理成为人们越来越重视的问题。本次研究采用紫外/过硫酸盐( UV/PS )技术来降解水中的典型嗅味物质二甲基异茨醇( 2-MIB )和土臭素( GSM )，并且在不同体系中与紫外/过氧化氢( UV/H₂O₂ )技术进行降解效能对比研究；同时研究了不同条件下UV/PS技术在降解天然有机物( NOM )的过程中可同化有机碳( AOC )生成的变化规律，为UV/PS高级氧化技术在实际水厂中的应用提供指导。

实验结果表明，UV/PS技术能够有效的降解水体中的2-MIB和GSM。在含有磷酸缓冲的超纯水体系中，UV/PS和UV/H₂O₂技术降解2-MIB和GSM的效率最高，且UV/PS技术的降解效果好于UV/H₂O₂技术。在含有NOM的超纯水体系和实际水体中，UV/PS技术和UV/H₂O₂技术的降解效果均受到抑制，且UV/PS技术的降解效果不如UV/H₂O₂技术。

单独的UV，PS和H₂O₂都会促进AOC的生成，其中H₂O₂的促进效果最明显，UV/PS体系和UV/H₂O₂体系也会对AOC的生成产生明显的促进作用。在UV/PS体系氧化NOM生成AOC的实验中，氧化时间从0分钟增加到20分钟，AOC浓度先升高后降低；氧化剂PS浓度从10 µM增加到100 µM，AOC浓度先升高后降低；pH从4增加到9，AOC浓度先升高后降低；氯离子浓度从0 mM增加到7 mM，AOC浓度一直降低；反应温度从10℃增加到40℃，AOC生成量变化不大。

关键词：紫外/过硫酸盐( UV/PS )；紫外/过氧化氢( UV/H₂O₂ )；二甲基异茨醇( 2-MIB )；土臭素( GSM )；可同化有机碳( AOC )

Abstract

Advanced oxidation process based on SO₄^•− is one of the most popular water treatment technologies in recent years. And the treatment of the odorous compounds in drinking water becomes more and more important. This study applied ultraviolet/persulfate (UV/PS) advanced oxidation process for the degradation of 2-methylisoborneol (2-MIB) and geosmin (GSM) which were typical odorous compounds in water bodys and comparative study of UV/PS process and ultraviolet/hydrogen dioxide (UV/H2O2) was conducted to evaluate the degradation efficiency of 2-MIB and GSM in different water bodys. Then the research studied in the change rules of assimilable organic carbon (AOC) generation in the process of the degradation of natural organic matters (NOM) by UV/PS process, which provided guidance for the application of UV/PS process in water plants.

The results indicated that 2-MIB and GSM can be effectively degraded by using UV/PS advanced oxidation process. UV/PS process and UV/H₂O₂ process had the highest degradation efficiency of 2-MIB and GSM in ultrapure water containing phosphate buffer and the degradation effect of the UV/PS process was better than UV/H₂O₂ process. On the other hand, the degradation effects of UV/PS process and UV/H₂O₂ process were inhibited significantly in ultrapure water system containing NOM and actual water bodys. And the degradation effect of UV/PS process was not as good as UV/H₂O₂ process.

UV alone, PS alone and H₂O₂ alone can promote the formation of AOC and H₂O₂ process had the most obvious promoting effect. UV/PS process and UV/H₂O₂ process also played significant roles in promoting the generation of AOC. In the process of the degradation of natural organic matters (NOM) by UV/PS process, while the oxidation time increased from 0 minutes to 20 minutes, the concentration of AOC increased at first and then decreased. While oxidant concentration of PS increased from 10 µM to 100 µM, the concentration of AOC increased at first and then decreased. while the pH increased from 4 to 9, the concentration of AOC increased at first and then decreased. The concentration of AOC keep reducing with increasing the dosages of chloride ion (Cl⁻) from 0 mM to 7 mM. While reaction temperature changed from 10 ℃ to 40 ℃,the generation of AOC changed little.

Key Words：ultraviolet/persulfate (UV/PS), ultraviolet/hydrogen dioxide (UV/H2O2), 2-methylisoborneol (2-MIB), geosmin (GSM), assimilable organic carbon (AOC)

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 目前常见的除臭技术 2

1.3 UV高级氧化技术 3

1.4 可同化有机碳（AOC）研究现状 4

1.4.1可同化有机碳（AOC）的相关介绍 4

1.4.2可同化有机碳（AOC）的测定 5

1.5本课题概述 7

1.5.1研究内容及目的 7

1.5.2研究思路 7

第2章 实验材料与方法 9

2.1实验试剂与材料 9

2.2实验仪器 10

2.3实验装置和实验方法 11

2.3.1光反应装置 11

2.3.2实验方法 12

2.4主要检测方法 12

2.4.1紫外光强的测定 12

2.4.2二甲基异茨醇（2-MIB）和土臭素（GSM）的测定 13

2.4.3 可同化有机碳（AOC）浓度的测定 13

2.4.4 过硫酸盐的测定 14

2.4.5 过氧化氢的测定 14

2.4.6 pH的测定 15

第3章 UV/PS和UV/H₂O₂降解嗅味物质效能的对比研究 16

3.1 引言 16

3.2超纯水体系中的对比 16

3.3含有天然有机物的体系中的对比 19

3.4 实际水体中的对比 21

3.5 本章小结 23

第4章 UV/PS降解NOM过程生成AOC的研究 24

4.1 引言 24

4.2 不同处理措施对AOC生成的影响 24

4.3 不同反应时间对AOC生成的影响 26

4.4不同PS初始投量对AOC生成的影响 27

4.5 不同反应pH值对AOC生成的影响 28

4.6不同反应温度对AOC生成的影响 29

4.7 氯离子对AOC生成的影响 30

4.8 本章小结 32

结论 33

参考文献 34

致谢 37

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

水是一切生命之源，是人类生活必不可少的资源。虽然地球含水量丰富，地球面积的70.8％被水所覆盖，但是淡水资源却极其缺乏。在全部的水资源中，只有2.5％是可供人类利用的淡水资源，而这其中有99.7％是人类难以利用的两极冰盖，高山冰川和永冻地带的冰雪^[1]。而随着工业的快速发展，水体富营养化、各种新兴有机污染物层出不穷等问题严重影响淡水资源的水质，导致水环境污染日趋严重，成为限制淡水资源利用的又一重要因素。据报道，目前世界上仍约有20%的人口无法完全保证喝到安全的的饮用水，与此同时，有近40%的人口因为无法用到干净的水源而产生各种疾病^[2]。水资源短缺和水环境污染是世界各国所面临的问题。

中国的淡水资源丰富，淡水资源总量达到2.8万亿立方米，占全球水资源的6％，名列世界第四，但是同时由于中国人口众多，人均淡水资源量就很少，仅为世界平均水平的1/4，是世界上人均水资源最贫乏的国家之一。同时中国自改革开放以来，国民经济得到了快速发展。但是，随着工农业的迅速发展和人们生活水平的提高，大量的工农业废水和生活污水进入自然水体，明显超过了自然水体的承载能力，引起了严重的水环境污染。根据国家环境保护总局最新公布的 2014 年《中国环境公报》显示^[3]：在全国423条主要河流、62座重点湖泊（水库）的地表水中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和劣Ⅴ类水占比分别为3.4%、30.4%、29.3%、20.9%、6.8%和9.2%，Ⅲ类以下的水量占比为36.9%（以化学需氧量、总磷和五日生化需氧量为主要污染指标）。水质虽然较以前有明显改善，但是污染仍然较为严重，且在城市周围的水体由于人口密度大、生产生活活动更频繁，污染将会更严重，存在Ⅲ类以下的水的可能性更大，治理过程任重而道远。

目前我国的自然水体富营养化问题日趋严重，由于藻类的大量生长造成的水华现象频繁发生。随着人口的增长，淡水供应的压力越来越大，从受污染的水体中取水作为饮用水源的措施将会越来越普遍。而在富营养化的水体中，藻类和放线菌等生物的繁殖代谢活动会产生大量的嗅味物质^[4]，其中最常见的是2-甲基异莰醇（2-MIB）和土臭素（GSM），虽然目前没有研究指出这些致嗅物质会引起人体的健康问题，但是它们在水体中的嗅阈值浓度（OTC）极低，通常只要几 ng/L，就能引起强烈的味道。同时，一些工业废水中也含有致嗅物质，例如含苯化合物和硫化物，这些废水排放到饮用水水源后也可以导致水体散发强烈的气味。而饮用水的颜色和气味是用户最容易观察到的表观特征，事实上普通消费者对水务部门的投诉往往与饮用水的臭味有关^[5]，因此对于水体中致嗅物质的去除是必要且迫切的。但是，大部分致嗅物质在水体中的溶解度高达 mg/L，而实际水体中嗅味物质的浓度往往只有ng/L~µg/L的级别^[6^]，因此它们通常可以稳定存在于水体中，且难以被普通的混凝、过滤和沉淀等工艺去除。

1.2 目前常见的除臭技术

由于目前水厂的常规处理工艺不能明显去除2-MIB和GSM等嗅味物质，所以在处理被嗅味物质污染的水体作为饮用水的过程中，常增加预处理或者深度处理工艺来实现去除效果。目前有许多方法被用来去除水中的致嗅物质，常用的方法有化学氧化法、生物处理法、吸附处理法、膜分离以及组合工艺^[7^]。