CPAM及PAC强化混凝去除景观水中DON的研究
摘要：分别选用硫酸铝（AS）、聚合氯化铝（PACl）作混凝剂，阳离子型聚丙烯酰胺（CPAM）作助凝剂，粉末活性炭（PAC）作吸附剂，进行了CPAM强化混凝以及PAC预吸附去除景观水中DON的试验研究。试验结果表明，AS和PACl的最佳投加量分别为40mg/L和30mg/L，PACl的混凝效果优于AS；投加CPAM强化混凝可使AS和PACl两种混凝剂对DON、TN去除率分别提高约16%、4%和25%、2%；而PAC的预投加可使AS和PACl混凝对TN、DON、UV254的最高去除率分别达到20%、51%、68%和19%、53%、69%。
关键词：DON；强化混凝；CPAM；PAC
中图分类号： X703.1 文献标识码： A 文章编号：2095-672X（2017）04-0130-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.061
Abstract： Removal experiments of DON from landscape water by enhanced coagulation with cationic polyacrylamide （CPAM） and absorption with powdered activated carbon （PAC） through selecting aluminum sulfate （AS） and polymerization aluminum chloride （PACl） as coagulants， CPAM as coagulant aids and PAC as adsorbent. The experiment results show that optimal dosage of AS and PACl is 40mg/L and 30mg/L respectively， the coagulating effect of PAC is better than those of AS， and the removal rate of TN and DON can be increased about 16% and 4% by adding CPAM for enhancing AS or about 25% and 2% by adding CPAM for enhancing PACl. Through pre-dosing PAC， the maximum removal rates of TN， DON and UV254 can be reached about 20%， 51% and 68% respectively if taking AS as coagulant or about 19%， 53% and 69% if taking PACl as coagulant.
Key words： DON； enhanced coagulation； CPAM； PAC
对水中溶解性有机物（DOM）的研究目前主要集中在溶解性有机碳（DOC）上，而对DOM的重要组成部分之一的溶解性有机氮（DON）却研究较少。DON是多数天然水体中溶解性总氮（TDN）的重要组成部分，主要由NH类、嘧啶类、嘌呤类、硝基化合物等一些物质所构成，同时还拥有类别多样、较强亲水能力以及分子量相对较小等特征[1]，故不易在一般水处理工艺中去除。目前，国内外对水体中DON的处理方法有生物处理法、化学处理法以及物理处理法，其中主要的方法有混凝沉淀法[1]、吸附法[2，3]、高级氧化法等
鉴于强化混凝及活性炭吸附工艺成熟，笔者拟通过强化混凝和活性炭吸附方法，对富营养化水体中的DON进行脱除试验，探讨其水处理特性，以期为景观水体水质保护提供理论依据和参考。
1 材料与方法
1.1 原水
原水取自于某校园景观湖，该湖湖水较浑浊，水体呈现黄绿色，原水主要水质指标见表1。
1.2 试剂与仪器
仪器：（1）深圳中润水工业技术发展公司生产的ZR4-6型混凝试验搅拌机；（2）日本岛津公司生产的UVmini-1240型紫外可见分光光度计；（3）江苏金坛市宏华仪器厂生产的600型恒温水域控制箱（4）上海雷磁仪器厂生产的pHS-3C型pH计。
试剂： AS：AR级；PACl： 工业级，其中铝含量30.99%，盐基度76.31%； CPAM：工业级； PAC：AR级；其他药剂均为分析纯。 试验用水均为去离子水。
2 结果与讨论
2.1 混凝剂投加量的优化
为了探究AS和PACl兩种混凝剂及它们的投加量对DON去除效果的影响，试验分别采用了AS和PACl两种混凝剂进行搅拌试验研究，混凝剂的投加量从0～50mg/L。两种不同混凝剂AS和PACl的TN、DON、UV254的去除率随投加量的变化见图1。
由图1我们能够得出，在水体之中混凝剂投放的剂量逐渐增多时，AS混凝剂以及PACl混凝剂对于水体之中UV254除去率均表现出了不断增长的发展趋势。在AS混凝剂投入的剂量在40mg/L时，此时对于水体之中的UV254除去效果最好，除去率达到了21.98%。要是不断的加大水体中AS混凝剂的投放数量，在除去UV254方面所拥有的效果并非是随着混凝剂投入量的增加而显著的提升。但是，在使用PACl混凝剂时，在所设定的投入剂量范围之中，其对于UV254除去率却不断的提高。不过，随着PACl投入剂量的不断增加，UV254除去率增加的趋势逐渐平缓。在PACl混凝剂投入的剂量在50mg/L时，此时对于水体之中的UV254除去效果最好，除去率达到了32.23%。
从图1（a）、（b）之中我们能够得出，AS混凝剂以及PACl混凝剂对于水体中TN以及DON的最佳除去位置分别是在40mg/L与30mg/L。另外，我们应当加以关注的是，AS混凝剂以及PACl混凝剂对于水体中DON以及TN的除去过程几乎是相同的。造成这种现象的原因主要是由于混凝阶段，对于水体中TN的除去基本上是通过DON的除去实现的，这也和焦卫东等[9]学者的研究结果基本上一致。
通过对图1（a）和图1（b）进行对比我们还能够得出，若是混凝剂投入剂量一致的情况下，PACl混凝剂对水体之中的UV254、TN、DON去除率都要比AS混凝剂的除去率相对要高。出现这种现象的原因是因为PACl混凝剂要较AS混凝剂的电中和性能更加优越，同时也具有较高的分子量。PACl分子能够在水中发生电离反应，电离处带有正电荷的一些离子，例如，电离出Al2（OH）5+离子、 Al13（OH）345+离子等。另外，水解过程中所形成的产物会发生羟基桥联反应，形成带有正电荷的羟基络合物，而在絮凝过程中起到桥架作用的正是上述反应所产生的一些羟基络合物[10.11]。
2.2 CPAM混凝效果分析
CPAM絮凝剂属于有机高分子化合物，其可以和分散在水体之中的一些悬浮粒子发生吸附反应，具有非常强的絮凝效果。CPAM用于水净化处理中的结果显示：在CPAM投入的剂量在0.03mg/L-0.04mg/L时，所拥有的效果最好。所以，在此次强化试验的过程中，基于AS混凝剂与PACl混凝剂的最佳投放量前提下，把CPAM投放的剂量设定为0.05mg/L、0.1mg/L、.0.2mg/L、0.3mg/L、0.4mg/L。此种工艺对于TN、DON、UV254去除效果见图2。
UV254代表的是水体之中有机物质在波长为254nm的紫外光下所呈现出来的吸光度大小，其主要是代表了包含有芳香环分子结构的一些有机物质。通过图2中的数据我们能够得出，基于AS混凝剂与PACl混凝剂的最佳投放量前提下，向水体之中投放CPAM之后，对于UV254带来的影响相对较小。个别的情况下，当投放CPAM之后，还会发生除去率下降的问题。造成这一现象的原因很多，其中极有可能是因为CPAM分子之中包含有C=O双键结构，或者是因为之前水体之中所包含的UV254数值原本就相对低。
通过图2我们能够得出，当处于我们所设定的混凝剂投入数量范围之中时，AS混凝剂以及PACl混凝剂对于水体之中的DON以及TN除去率在CPAM投放量不断加大的过程中，表现出了先增加而后减小的发展趋势。AS混凝剂以及PACl混凝剂对于水体中DON最高除去率可以达到31.79%与43.02%，较没有投放CPAM时分别增长了约16%与25%，这要比没有投放CPAM的情况下明显有所提升。这主要是因为CPAM带有正电荷，其正好和混凝剂发生水解反应以后所产生的正电荷进行叠加，从而产生了促进效果，使得AS混凝剂以及PACl混凝剂均呈现出了更为优异的性能。但是，对于TN除去率的影响不太显著，较没有投放CPAM时分别增长了约4%与2%这主要是是因为TN的浓度相对较高，而且进行混凝时，CPAM也会释放出一定数量的无机氮，导致对TN的除去率提升不明显。
3 结论与展望
（1）进行单独的混凝剂试验过程中，在混凝剂投放的剂量不断增加时，AS混凝剂与PACl混凝剂对于UV254的去除率都表现出不断增加的发展趋势。而AS和PACl对DON的去除过程与TN的去除过程基本一致。两种混凝剂的最佳投加量分别为40mg/L和30mg/L，且PACl的混凝效果要较AS的混凝效果好。
（2）向水体中投放一定的CPAM，对于水体中UV254去除率不会产生较大的影响。不过，对于水体之中TN以及DOC的去除率影響来说，要是CPAM的投放剂量相对小时（不超过0.2mg/L），要比仅仅投放混凝剂所带来的效果好很多，AS混凝剂以及PACl混凝剂对于水体中DON最高除去率可以达到31.79%与43.02%。
（3）PAC强化混凝则取得了更为优良的混凝效果。将AS作为混凝剂，对于水体之中TN、UV254以及DON的最高去除率能够达到19.81%、50.92%以及68.42%。
参考文献
[1]李伟，徐斌，夏圣骥等.DON的水处理特性及生成NDMA潜能的分析[J].中国给水排水，2009，25（17）：35-38.
[2]许金丽，古励，刘冰等. 活性炭对溶解性有机氮类化合物（DON）的吸附特性研究[J]. 给水排水，2011，37（s）：5-9.
[3]张晓晓. 改性麦草吸附剂用于水中溶解性有机氮去除的行为研究[D]. 山东：山东大学，2014.
作者简介：张雯，女，本科 ，研究方向为水污染 。
关键词：DON；强化混凝；CPAM；PAC
中图分类号： X703.1 文献标识码： A 文章编号：2095-672X（2017）04-0130-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.061
Abstract： Removal experiments of DON from landscape water by enhanced coagulation with cationic polyacrylamide （CPAM） and absorption with powdered activated carbon （PAC） through selecting aluminum sulfate （AS） and polymerization aluminum chloride （PACl） as coagulants， CPAM as coagulant aids and PAC as adsorbent. The experiment results show that optimal dosage of AS and PACl is 40mg/L and 30mg/L respectively， the coagulating effect of PAC is better than those of AS， and the removal rate of TN and DON can be increased about 16% and 4% by adding CPAM for enhancing AS or about 25% and 2% by adding CPAM for enhancing PACl. Through pre-dosing PAC， the maximum removal rates of TN， DON and UV254 can be reached about 20%， 51% and 68% respectively if taking AS as coagulant or about 19%， 53% and 69% if taking PACl as coagulant.
Key words： DON； enhanced coagulation； CPAM； PAC
对水中溶解性有机物（DOM）的研究目前主要集中在溶解性有机碳（DOC）上，而对DOM的重要组成部分之一的溶解性有机氮（DON）却研究较少。DON是多数天然水体中溶解性总氮（TDN）的重要组成部分，主要由NH类、嘧啶类、嘌呤类、硝基化合物等一些物质所构成，同时还拥有类别多样、较强亲水能力以及分子量相对较小等特征[1]，故不易在一般水处理工艺中去除。目前，国内外对水体中DON的处理方法有生物处理法、化学处理法以及物理处理法，其中主要的方法有混凝沉淀法[1]、吸附法[2，3]、高级氧化法等
鉴于强化混凝及活性炭吸附工艺成熟，笔者拟通过强化混凝和活性炭吸附方法，对富营养化水体中的DON进行脱除试验，探讨其水处理特性，以期为景观水体水质保护提供理论依据和参考。
1 材料与方法
1.1 原水
原水取自于某校园景观湖，该湖湖水较浑浊，水体呈现黄绿色，原水主要水质指标见表1。
1.2 试剂与仪器
仪器：（1）深圳中润水工业技术发展公司生产的ZR4-6型混凝试验搅拌机；（2）日本岛津公司生产的UVmini-1240型紫外可见分光光度计；（3）江苏金坛市宏华仪器厂生产的600型恒温水域控制箱（4）上海雷磁仪器厂生产的pHS-3C型pH计。
试剂： AS：AR级；PACl： 工业级，其中铝含量30.99%，盐基度76.31%； CPAM：工业级； PAC：AR级；其他药剂均为分析纯。 试验用水均为去离子水。
2 结果与讨论
2.1 混凝剂投加量的优化
为了探究AS和PACl兩种混凝剂及它们的投加量对DON去除效果的影响，试验分别采用了AS和PACl两种混凝剂进行搅拌试验研究，混凝剂的投加量从0～50mg/L。两种不同混凝剂AS和PACl的TN、DON、UV254的去除率随投加量的变化见图1。
由图1我们能够得出，在水体之中混凝剂投放的剂量逐渐增多时，AS混凝剂以及PACl混凝剂对于水体之中UV254除去率均表现出了不断增长的发展趋势。在AS混凝剂投入的剂量在40mg/L时，此时对于水体之中的UV254除去效果最好，除去率达到了21.98%。要是不断的加大水体中AS混凝剂的投放数量，在除去UV254方面所拥有的效果并非是随着混凝剂投入量的增加而显著的提升。但是，在使用PACl混凝剂时，在所设定的投入剂量范围之中，其对于UV254除去率却不断的提高。不过，随着PACl投入剂量的不断增加，UV254除去率增加的趋势逐渐平缓。在PACl混凝剂投入的剂量在50mg/L时，此时对于水体之中的UV254除去效果最好，除去率达到了32.23%。
从图1（a）、（b）之中我们能够得出，AS混凝剂以及PACl混凝剂对于水体中TN以及DON的最佳除去位置分别是在40mg/L与30mg/L。另外，我们应当加以关注的是，AS混凝剂以及PACl混凝剂对于水体中DON以及TN的除去过程几乎是相同的。造成这种现象的原因主要是由于混凝阶段，对于水体中TN的除去基本上是通过DON的除去实现的，这也和焦卫东等[9]学者的研究结果基本上一致。
通过对图1（a）和图1（b）进行对比我们还能够得出，若是混凝剂投入剂量一致的情况下，PACl混凝剂对水体之中的UV254、TN、DON去除率都要比AS混凝剂的除去率相对要高。出现这种现象的原因是因为PACl混凝剂要较AS混凝剂的电中和性能更加优越，同时也具有较高的分子量。PACl分子能够在水中发生电离反应，电离处带有正电荷的一些离子，例如，电离出Al2（OH）5+离子、 Al13（OH）345+离子等。另外，水解过程中所形成的产物会发生羟基桥联反应，形成带有正电荷的羟基络合物，而在絮凝过程中起到桥架作用的正是上述反应所产生的一些羟基络合物[10.11]。
2.2 CPAM混凝效果分析
CPAM絮凝剂属于有机高分子化合物，其可以和分散在水体之中的一些悬浮粒子发生吸附反应，具有非常强的絮凝效果。CPAM用于水净化处理中的结果显示：在CPAM投入的剂量在0.03mg/L-0.04mg/L时，所拥有的效果最好。所以，在此次强化试验的过程中，基于AS混凝剂与PACl混凝剂的最佳投放量前提下，把CPAM投放的剂量设定为0.05mg/L、0.1mg/L、.0.2mg/L、0.3mg/L、0.4mg/L。此种工艺对于TN、DON、UV254去除效果见图2。
UV254代表的是水体之中有机物质在波长为254nm的紫外光下所呈现出来的吸光度大小，其主要是代表了包含有芳香环分子结构的一些有机物质。通过图2中的数据我们能够得出，基于AS混凝剂与PACl混凝剂的最佳投放量前提下，向水体之中投放CPAM之后，对于UV254带来的影响相对较小。个别的情况下，当投放CPAM之后，还会发生除去率下降的问题。造成这一现象的原因很多，其中极有可能是因为CPAM分子之中包含有C=O双键结构，或者是因为之前水体之中所包含的UV254数值原本就相对低。
通过图2我们能够得出，当处于我们所设定的混凝剂投入数量范围之中时，AS混凝剂以及PACl混凝剂对于水体之中的DON以及TN除去率在CPAM投放量不断加大的过程中，表现出了先增加而后减小的发展趋势。AS混凝剂以及PACl混凝剂对于水体中DON最高除去率可以达到31.79%与43.02%，较没有投放CPAM时分别增长了约16%与25%，这要比没有投放CPAM的情况下明显有所提升。这主要是因为CPAM带有正电荷，其正好和混凝剂发生水解反应以后所产生的正电荷进行叠加，从而产生了促进效果，使得AS混凝剂以及PACl混凝剂均呈现出了更为优异的性能。但是，对于TN除去率的影响不太显著，较没有投放CPAM时分别增长了约4%与2%这主要是是因为TN的浓度相对较高，而且进行混凝时，CPAM也会释放出一定数量的无机氮，导致对TN的除去率提升不明显。
3 结论与展望
（1）进行单独的混凝剂试验过程中，在混凝剂投放的剂量不断增加时，AS混凝剂与PACl混凝剂对于UV254的去除率都表现出不断增加的发展趋势。而AS和PACl对DON的去除过程与TN的去除过程基本一致。两种混凝剂的最佳投加量分别为40mg/L和30mg/L，且PACl的混凝效果要较AS的混凝效果好。
（2）向水体中投放一定的CPAM，对于水体中UV254去除率不会产生较大的影响。不过，对于水体之中TN以及DOC的去除率影響来说，要是CPAM的投放剂量相对小时（不超过0.2mg/L），要比仅仅投放混凝剂所带来的效果好很多，AS混凝剂以及PACl混凝剂对于水体中DON最高除去率可以达到31.79%与43.02%。
（3）PAC强化混凝则取得了更为优良的混凝效果。将AS作为混凝剂，对于水体之中TN、UV254以及DON的最高去除率能够达到19.81%、50.92%以及68.42%。
参考文献
[1]李伟，徐斌，夏圣骥等.DON的水处理特性及生成NDMA潜能的分析[J].中国给水排水，2009，25（17）：35-38.
[2]许金丽，古励，刘冰等. 活性炭对溶解性有机氮类化合物（DON）的吸附特性研究[J]. 给水排水，2011，37（s）：5-9.
[3]张晓晓. 改性麦草吸附剂用于水中溶解性有机氮去除的行为研究[D]. 山东：山东大学，2014.
作者简介：张雯，女，本科 ，研究方向为水污染 。
