去除水中致癌有機(jī)物的研究背景目的及方法

1、去除水中致癌有機(jī)物的研究背景目的去除水中致癌有機(jī)物的研究背景目的及方法及方法報(bào)告內(nèi)容 一、研究目的及背景 二、水體有毒有機(jī)污染物的主要種類及其來源 三、 水體優(yōu)先污染物的確定 四、水中有機(jī)物處理的常用方法 五、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路一、研究目的及背景 水是生命之源, 潔凈而優(yōu)良的水質(zhì)是人類健康的保障.但是,由于水污染而對人體健康造成直接或間接危害的歷史卻由來己久. 十九世紀(jì)以前, 水主要受到病原微生物的污染而引起霍亂、 傷寒、 脊髓灰質(zhì)炎、 甲型病毒性肝炎等傳染病的爆發(fā)流行.到了二十世紀(jì)中葉,隨著工業(yè)發(fā)展,水體受到重金屬廢水的污染而引起的水俁病( 1953, 日本水俁) 和痛痛病( 1931 1973,

2、 日本富山) 兩大公害病震驚了世界. 而近三十年以來,隨著飲用水消毒技術(shù)的發(fā)展和成熟,病原微生物對水體造成的污染己基本得到根除, 水體重金屬污染的防治和治理技術(shù)也日趨完善, 但與此同時(shí),水體有毒有機(jī)物污染成為了世界各國科學(xué)界和政府關(guān)注的新熱點(diǎn).有毒有機(jī)污染物雖然大多數(shù)在水中含量甚微,但對人類的危害卻很大. 生態(tài)毒理學(xué)的研究表明, 這類污染物有些 極難為生物分解,對化學(xué)氧化和吸附也有阻抗作用, 在急性及慢性毒性實(shí)驗(yàn)中往往并不表現(xiàn)出毒性效應(yīng),但卻可以在水生生物,農(nóng)作物和其它生物體中遷移.轉(zhuǎn)化和富集,并具有三致(致癌、 致畸、 致突變) 效應(yīng),在長周期、 低劑量條件下, 往往可以對生態(tài)環(huán)境和人體健康

3、造成嚴(yán)重的、 甚至是不可逆的影響.所以水中有機(jī)污染物的去除對人類的身體健康具有深遠(yuǎn)的意義。二、水體有毒有機(jī)污染物的主要種類及其來源 1、多氯聯(lián)苯被廣泛用作電器絕緣材料和塑料增塑劑等, 是一種穩(wěn)定性極高的合成化學(xué)物質(zhì),自二十世紀(jì)20年代末開始生產(chǎn)和陸續(xù)人量使用以來,污染范圍已極為廣泛. 該類污染物在環(huán)境中總不易分解, 一般極難溶于水, 但易溶于有機(jī)溶劑和脂肪,其進(jìn)入生物體內(nèi)也相當(dāng)穩(wěn)定, 故一旦侵入肌體就不易排泄, 而易聚集于脂肪組織、 肝和腦中, 引起皮膚和肝臟損壞.隨著水體水分循環(huán), PCBs 污染已成為環(huán)境污染最具代表性的物質(zhì)之一. 2、多環(huán)芳烴( PAHs) 多環(huán)芳烴是含碳化合物在溫度高于

4、 400 時(shí), 經(jīng)熱解環(huán)化和聚合作時(shí)而成的產(chǎn)物, 多由石油、 煤等燃料以及木材和可燃性氣體等在不完全燃燒或高溫處理?xiàng)l件下所產(chǎn)生,排入大氣中后經(jīng)沉降和雨洗等途徑到達(dá)地表,引起地表水和地下水的污染. 生物毒性實(shí)驗(yàn)表明, 許多PAH 具有致癌作用,是公認(rèn)的有毒有機(jī)污染物. PAHs 的種類多達(dá)數(shù)百種,它們的基本結(jié)構(gòu)是芳香烴的多環(huán)同系物,具有相似的物理化學(xué)性質(zhì). 美國環(huán)保局公布的129種優(yōu)先污染物中有16種多環(huán)芳烴. 3、有機(jī)氯農(nóng)藥是一類對環(huán)境具有嚴(yán)重威脅的人工合成有毒有機(jī)化合物, 在世界各國公布的優(yōu)先控制污染物黑名單中都是非常重要的成員. 引起水體污染的有機(jī)氯農(nóng)藥主要包括DDT、 DDD、 艾氏劑、

5、 六六六等, 都屬于持久性農(nóng)藥.有機(jī)氯農(nóng)藥易溶于脂肪和有機(jī)溶劑而不易溶于水, 它們的光學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,在環(huán)境中的殘留時(shí)間長. 4、酚類化合物酚類化合物廣泛存在于自然界中,煤氣、 焦化、 石油化工、 制藥、 油漆等行業(yè)大量排放的工業(yè)廢水中主要含有苯酚.苯酚是產(chǎn)生臭味的物質(zhì),溶于水,毒性較大, 能使細(xì)胞蛋白質(zhì)發(fā)生變性和沉淀.當(dāng)水中酚濃度達(dá)0.1 0.2 mg/L 時(shí),魚肉產(chǎn)生酚味,濃度更高時(shí)可使魚類大量死亡.人長期飲用含酚水,可引起頭昏、 貧血及各種神經(jīng)系統(tǒng)癥狀, 甚至中毒死亡。 5、飲用水中有毒有機(jī)污染物的來源既包括天然水體所受到的點(diǎn)源或面源污染, 也包括自來水加氯消毒過程所導(dǎo)致的二次污染. 天然水

6、體的點(diǎn)和面污染源包括以下幾個(gè)方面: 1、各類工業(yè)生產(chǎn)的有毒有機(jī)廢棄物排放; 2、農(nóng)藥和殺蟲劑的施用; 3、各類化石燃料在不充分燃燒條件下排入大氣中的懸浮粉塵經(jīng)沉降和雨洗等途徑到達(dá)地表. 自來水生產(chǎn)過程中的二次污染主要是指加氯消毒所產(chǎn)生的有毒副產(chǎn)物. 其消毒過程主要是由液氯或漂白粉等消毒劑在水中形成次氯酸,次氯酸分子能夠擴(kuò)散到細(xì)菌表面井穿透細(xì)胞膜, 破壞細(xì)菌的酶組織, 從而起到殺滅細(xì)菌的作用. 但是, 水源水中不可避免地含有腐殖質(zhì)、 氨基酸等天然有機(jī)物以及各種含氮化合物. 消毒劑固然能起到殺菌作用, 但與此同時(shí)還會(huì)與這些有機(jī)物發(fā)生反應(yīng),形成有害物質(zhì).三、 水體優(yōu)先污染物的確定 由于水中有毒污染物

7、品種繁多, 不可能對其每一種都制訂控制標(biāo)準(zhǔn), 而只能有針對性地從中選出一些重點(diǎn)污染物予以控制, 這些優(yōu)先選擇的有毒污染物稱為環(huán)境優(yōu)先控制污染物, 簡稱優(yōu)先污染物(Priority Pollutants) . 我國為了更好控制有毒污染物排放,于20 世紀(jì)80年代末開展了水中優(yōu)先污染物的篩選工作. 這項(xiàng)工作立足于我國的水污染實(shí)際, 從工業(yè)污染源調(diào)查和環(huán)境監(jiān)測著手, 匯總了約 10 萬余個(gè)數(shù)據(jù), 并在此基礎(chǔ)上整理成初始名單, 計(jì) 2347 種有毒化學(xué)物質(zhì).同時(shí), 參考國外有毒化學(xué)物質(zhì)控制名單和毒性數(shù)據(jù)約1 萬余條,進(jìn)而制訂水中優(yōu)先控制污染物黑名單篩選原則并按此原則進(jìn)行初篩,于1990年提出初篩名單2

8、49 種, 通過多次專家研討會(huì),提出了符合我國國情的水中優(yōu)先控制污染物黑名單68 種,為我國優(yōu)先污染物控制和監(jiān)測提供了依據(jù)。 我國為了更好控制有毒污染物排放我國為了更好控制有毒污染物排放,也于也于20 世紀(jì)世紀(jì)80年代末開展了水中年代末開展了水中優(yōu)先污染物的篩選工作優(yōu)先污染物的篩選工作. 這項(xiàng)工作立足于我國的水污染實(shí)際這項(xiàng)工作立足于我國的水污染實(shí)際, 從工業(yè)污染源從工業(yè)污染源調(diào)查和環(huán)境監(jiān)測著手調(diào)查和環(huán)境監(jiān)測著手, 匯總了約匯總了約 10 萬余個(gè)數(shù)據(jù)萬余個(gè)數(shù)據(jù), 并在此基礎(chǔ)上整理成初始并在此基礎(chǔ)上整理成初始名單名單, 計(jì)計(jì) 2347 種有毒化學(xué)物質(zhì)種有毒化學(xué)物質(zhì).同時(shí)同時(shí), 參考國外有毒化學(xué)物質(zhì)

9、控制名單和毒參考國外有毒化學(xué)物質(zhì)控制名單和毒性數(shù)據(jù)約性數(shù)據(jù)約1 萬余條萬余條,進(jìn)而制訂水中優(yōu)先控制污染物黑名單篩選原則并按此原進(jìn)而制訂水中優(yōu)先控制污染物黑名單篩選原則并按此原則進(jìn)行初篩則進(jìn)行初篩,于于1990年提出初篩名單年提出初篩名單249 種種, 通過多次專家研討會(huì)通過多次專家研討會(huì),提出了符提出了符合我國國情的水中優(yōu)先控制污染物黑名單合我國國情的水中優(yōu)先控制污染物黑名單68 種種,為我國優(yōu)先污染物控制和為我國優(yōu)先污染物控制和監(jiān)測提供了依據(jù)監(jiān)測提供了依據(jù)。我國水中優(yōu)先控制污染物黑名單四、水中有機(jī)物處理的常用方法 1、混凝處理：水中的有機(jī)物按其存在的形態(tài)分為：懸浮態(tài)、膠態(tài)和溶解態(tài)三種。混凝、

10、澄清、過濾是常規(guī)給水系統(tǒng)中最前面的處理設(shè)備，我們通常稱之為水的預(yù)處理。在預(yù)處理階段有機(jī)物的去除主要靠混凝澄清。在混凝澄清處理過程中COD的去除率約為20%-60%，去除波動(dòng)范圍很大的主要原因是混凝、澄清對懸浮態(tài)及膠態(tài)有機(jī)物的去除率較高（最大可達(dá)80%-90%），而對溶解態(tài)的有機(jī)物去除率很低。不同水源中有機(jī)物的形態(tài)分布有時(shí)候相差很大。 強(qiáng)化混凝是通過增加混凝劑的投藥量或調(diào)整PH，來提高水中有機(jī)物的去除率。影響強(qiáng)化混凝效果有如下方法： 混凝劑種類：強(qiáng)化混凝劑分為有機(jī)和無機(jī)兩類。就強(qiáng)化混凝而言無機(jī)混凝劑要比有機(jī)混凝劑效果要好。這是由于合成有機(jī)物混凝劑在天然水中的混凝過程中，無法提供有機(jī)吸電位，只有電

11、中和作用參與腐植酸的沉淀，所以混凝效果不好。而無機(jī)混凝劑（Al鹽Fe鹽）既有電中和作用又形成難溶絡(luò)合物，其氫氧化物又能提供表面使有機(jī)物發(fā)生吸附。所以混凝效果要好。 PH值：PH既影響混凝劑的水解產(chǎn)物又影響腐植酸的解離水平。PH低時(shí)有機(jī)物質(zhì)子化能提高，混凝劑需量減少，同時(shí)混凝劑水解物種帶更多正電荷吸附更易發(fā)生。 混凝劑投藥量：投藥量并非越大越好，而是在最佳加藥量時(shí)混凝效果最好?；炷齽┩端幜坎蛔銜r(shí)混凝不充分，但當(dāng)混凝劑過大時(shí)又發(fā)生膠體再穩(wěn)現(xiàn)象時(shí)混凝效果不好。 混凝澄清和強(qiáng)化混凝是現(xiàn)在水處理工作中最常用的，最有效的方法。對于混凝條件的優(yōu)化和新型混凝劑的開發(fā)還需要進(jìn)行跟多的研究。2、吸附處理 以活性炭

12、主要是（粒狀活性炭）為代表的吸附處理工藝，是目前去除水中有機(jī)物的首選技術(shù)，因?yàn)槠湓蟻碓簇S富，比表面積大，對農(nóng)藥及其他有機(jī)物的去除率較高，所以被廣泛應(yīng)用?；钚蕴渴欠菢O性的、弱極性的吸附材料，因此，它對水中絕大多數(shù)極性有機(jī)物，特別是危害較大的鹵代烴吸附效果較差?；钚蕴繉λ杏袡C(jī)物的去除率一般在20%-70%之間。這與水中有機(jī)物的種類、形態(tài)、分子尺寸有關(guān)，非極性、弱極性有機(jī)物，相對分子質(zhì)量不太大，溶解度較小的有機(jī)物容易被吸附去除。 活性炭吸附處理在工業(yè)上應(yīng)用最大的問題是活性炭的再生問題，至今仍沒有滿意的再生方法（較好的再生方法如電再生也只能達(dá)到60%到70%的再生率），從而使活性炭的經(jīng)濟(jì)性變差。3

13、、氧化處理 在水處理中，常用的氧化劑有，Cl2, O3, ClO2, H2O2, KMnO4等。由于它們的氧化能力不同，所以氧化降解有機(jī)物的效率也不同，而且，對于不同種類有機(jī)物表現(xiàn)出來的氧化作用有的相差很大，但這些氧化劑有一個(gè)共同的特點(diǎn)就是它們不能將水中有機(jī)物完全礦化，有時(shí)經(jīng)氧化的水中的COD值反而會(huì)上升，這說明了水中有部分有機(jī)物僅從大分子氧化成小分子而已。常規(guī)的氧化處理很難達(dá)到滿意的效果，另外氧化過程需要大量能量，費(fèi)用較高，很難有工業(yè)上的應(yīng)用價(jià)值。 光氧化法是近年研究較多的一種去除有機(jī)物的新方法，光氧化法主要包括光化學(xué)氧化法和光催化氧化法。光化學(xué)氧化法是將 O3, H2O2，O2等氧化劑的的

14、氧化作用和光（254-365 nm的紫外光）化學(xué)輻射作用相結(jié)合，可產(chǎn)生氧化能力很強(qiáng)的自由基。光催化氧化是在水中加入一定量的半導(dǎo)體催化劑（如TiO2）它在紫外線輻射下能產(chǎn)生強(qiáng)氧化能力的自由基。光氧化法的主要機(jī)理是;1、在紫外線輻射下，有機(jī)物的鍵發(fā)生斷裂而直接分解；2、紫外線輻射下，水 中氧化劑（催化劑存在下）生成強(qiáng)氧化能力自由基，提高了氧化劑對有機(jī)物的氧化能力；3、在紫外線輻射下，使有機(jī)物外層電子處于激發(fā)態(tài)，提高分子自由能，使其易于被氧化。因此光氧化法有機(jī)物較徹底（即使難降解的多氯聯(lián)苯也能有效分解），所以它是去除有機(jī)物潛在的有效方法之一。目前實(shí)驗(yàn)較多的研究工藝有：UV-O3,UV-DO, UV-

15、TiO2,但是該方法目前的成本較高制約了其應(yīng)用推廣，目前較適用的場合僅限于小規(guī)模的水處理系統(tǒng)中，大規(guī)模的水處理系統(tǒng)還有待進(jìn)一步研究其可行性。4、膜處理 膜技術(shù)是當(dāng)今水處理研究中最活躍，其應(yīng)用廣泛。反滲透（RO），納濾（NF），超濾（UF），微濾（MF）不同程度上都能有效去除水中消毒副產(chǎn)物先質(zhì)及其他有機(jī)物和微生物。MF，UF由于其孔徑較大，所以，相對分子質(zhì)量較低（300-400以下）的有機(jī)物去除率很低，這直接影響了有機(jī)物的總?cè)コ?，因?yàn)樘烊凰w中相當(dāng)一部分有機(jī)物是低相對分子質(zhì)量、可溶性有機(jī)物。 RO，NF因其表面層孔徑很?。∟F能去除相對分子質(zhì)量200以上的物質(zhì)，而RO則能去除相對分子質(zhì)量低于200的有機(jī)物分子），因此理論上它們對水中有機(jī)物的去除率非常高，但它們的致命弱點(diǎn)是要求對進(jìn)水進(jìn)行嚴(yán)格的各種預(yù)處理，否則膜易遭受污染和損傷，影響其正常工作，另外膜的投資和運(yùn)行費(fèi)用較高，這些都限制了它們在水處理中更廣泛的應(yīng)用。5、 替代液Cl2消毒劑 由于液Cl2 消毒能夠產(chǎn)生大量氯仿等具有“三致”作用的物質(zhì), 近年來,人們都在設(shè)法尋求替代液Cl2 消毒劑.通過對眾多消毒劑的研究, 發(fā)現(xiàn)二氧化