污水物质与组分分离.ppt

污染废水组分分析 及分离方法 主体框架 1 污染废水组分分析 2 有机污染物的分离方法 3 总结与展望 常规有机污染物的组分特性 1.常规有机物的粒径 /分子质量分布 常规有机污染物的组分特性 (1)颗粒物 颗粒物中含有原生动物、藻类、细菌絮体和单细胞 个体、微生物废物。颗粒物常用悬浮性固体 （ SS） 表征。 颗粒物浓度与水浊度有一定的关系。水处理中经 混 凝沉淀 和 沙滤工艺 处理后可使浊度明显降低。 (2)溶解性有机物 在水处理领域，通常将水中粒径小于 0.45m 的有 机物称为溶解性有机物。由于其粒径很小难以检测 ，通常用分子质量（ molecular weight， Mw）表征 有机物分子的大小。 分子质量 /Da 粒径 /nm 5 10 0.39 1 10 0.50 1 104 1.1 1 105 10 2 1.0nm 3 3 2 1.0w ）（）粒径（ M 常规有机污染物的组分特性 常规有机污染物的组分特性 2.溶解性有机物的极性和酸碱性分布 污水中常规有机污染物可以分为亲水性物质 （ HIS ）、疏水酸性物质（ HOA）、疏水碱性物质（ HOB）和疏水中性物质（ HON）。 二级处理出水中溶解性有机物组分的极性和酸碱性特征 DOC含量 /% SUVA/*L/(mmg)+ 亲水性物质 62.4 8.1 1.79 0.90 疏水酸性物质 27.0 7.8 2.23 1.1 疏水碱性物质 5.7 4.5 0.88 0.6 疏水中性物质 11.7 6.7 1.27 1.0 3.溶解性有机氮化合物 溶解性有机氮化合物（ DON）包括蛋白质、脂肪胺 、核酸、肽聚糖（来自细胞壁）、脂多糖和浓缩产 物（蛋白黑素类似结构）的氨基化合物等。 除了蛋白质、多肽、脂肪胺以外，污水处理中的 DON还包括人工合成的螯合剂、药品和个人护理品 。 常规有机污染物的组分特性 4.溶解性微生物代谢产物 二级处理出水的溶解性微生物产物（ soluble microbial product， SMP），包括蛋白质、氨基酸、 碳水化合物（多糖等）、烷基苯磺酸、腐殖酸、富 里酸、有机酸、抗生素、固醇类、胞外酶、细胞结 构组件和能量代谢物等。 SMP分为与营养物质代谢有关的 SMP和与细胞衰减 有关的 SMP两种。 常规有机污染物的组分特性 废水中 COD组分的划分 1.根据物化特性划分 在早期的研究中，依据粒径将废水组成划分为： 可 沉淀的 ， 超胶体 ， 胶体 和 溶解性 的 4类组分。这些 早期研究的重要结论之一是将粒径 1.0m的组分 近似认为是真正的溶解性组分，比粒径 1.0m的 物质更快地生物降解 从微生物生理学的角度应该认识到溶解性分子必须 是足够小，能够通过多孔性蛋白传质膜（典型内孔 径约 1nm，相当于分子量 600-5000Da） 废水组分的特征粒径被定义为：溶解性： 1nm， 胶体： 1nm 1m，超胶体： 1 100m，沉淀物： 100m 废水中 COD组分的划分 2.根据组分的生物学特性进行的划分 废水 COD划分为 微生物体 、 易降解 COD、 慢速降 解 COD和 不可生物降解 COD。 1986年以来，国际水协 IWA(International Water Association)陆续推出的 4套活性污泥模型（ ASM1 ， ASM2， ASM2d， ASM3）对废水 COD组分划分 理论和方法进行了发展和应用 模板的使用 城市污水 COD组分划分（虚线框内为 ASM1的组分，实线框内为 ASM2和 ASM2d组分，框外为少数研究人员提出的新的组分） 例：对造纸废水组分的分析 以十七烷酸为内标试剂，用甲基叔丁基醚对水样进 行液 -液萃取后，用三甲基氯代硅烷和 N-O-双 -(三甲 基硅烷基 )三氟乙酰胺进行硅烷化处理，以吡啶为 溶剂，用 GC-MS仪对造纸厂二次纤维造纸车间的污 水样进行定性和相对含量分析。 1.芳香酸及其衍生物 在 废纸制浆和漂白 过程中，木素成分会发生降解溶 出具有苯丙烷结构的小分子物质。 废纸的 油墨、颜料和塑料 等杂物中，含有苯环结构 的添加剂及杀虫剂等有机物。 造纸过程添加的 防腐剂和杀虫剂 含有苯甲酸及其羟 基衍生物、 2， 2-双 (4-羟苯基 )丙烷类有机物。 苯二甲酸及其酯类物质在造纸涂料中用来改善涂料 的流动性，也可在废纸脱墨过程中用作起泡剂。 2.树脂酸及其衍生物 树脂酸类化合物的化学性质稳定，不易降解。在 制 浆、漂白和抄纸 过程污水中含量较高，是造纸废水 排放造成水污染的主要有毒物质。 3.脂肪酸、甘油酯及甾醇类物质 二次纤维造纸 各段污水中脂肪酸类物质含量最大。 脂肪酸类物质是造纸污水中的主要有机污染物，所 以二次纤维造纸排放废水必须严格控制各种脂肪酸 类物质的含量，以降低对环境的危害。 溶解性有机污染物分离方法 1.树脂吸附层析分离 树脂吸附层析分离是利用不同吸附特性的树脂对溶 解性有机物进行分离的一种方法。利用该方法可将 溶解性有机物分为 亲水性酸性物质 、 亲水性碱性物 质 、 亲水中性物质 、 疏水酸性物质 、 疏水碱性物质 和 疏水中性物质 等组分。 XAD-8树脂常用于腐殖质（腐植酸与富里酸）的分 离或者疏水酸性物质、疏水碱性物质、亲水性物质 等分离 第 1步 再生水 5L 膜过滤 第 5步 甲醇索氏 提取 疏水中性 物质 疏水酸性 物质 第 4步 0.1N NaOH 反洗 第 2步 0.1N HCl 反洗 疏水碱性 物质 亲水性物质 用 1N HCl 调至 pH2 第 3步 *N为当量浓度， 1N=(1mol/L)离子价数 2.超滤 以压力为推动力的膜分离技术之一。以大分子与小 分子分离为目的，膜孔径在 20 1000A 之间 水溶液在压力推动下，流经超滤膜膜表面，小于膜 孔的溶剂（水）及小分子溶质透水膜，成为净化液 （滤清液），比膜孔大的溶质及溶质集团被截留， 随水流排出，成为浓缩液。超滤过程为 动态过滤 （ 防止浓度极差化产生），分离是在流动状态下完成 的。溶质仅在膜表面有限沉积，超滤速率衰减到一 定程度而趋于平衡，且通过清洗 可以恢复 。 超滤膜（ Mw=10kDa） 疏水酸性物质 疏水酸性物质 （ Mw1kDa） 超滤膜（ Mw1kDa） 疏水酸性物质 （ Mw10kDa） 疏水酸性物质 （ 10kDaMw1kDa） 滤出液 滤出液 截留液 截留液 超滤过程示意图 3.体积排阻色谱 利用不同孔径的 多孔凝胶色谱柱 对水中的溶解性有 机物进行分离的一种方法。当水中溶解性有机物流 经凝胶时，水中大分子有机物无法进入凝胶，在较 短时间内便通过色谱柱，因而出峰时间较短。而小 分子有机物则可进入多孔凝胶内，而且分子量越小 的有机物在凝胶中运动路径越长，出峰时间亦越长 。 体积排阻色谱法常与紫外检测器、荧光检测器、示 差折光检测器等联用，通用检测经体积排阻色谱分 离得到的各组分紫外吸光度、荧光强度、折光系数 来表征溶解性有机物的分子质量分布。 4.场级分离 场流分离（ Field flow fractionationFFF）作为一种 新的分离技术，最早是由 Giddings博士在 1966年提 出的，它可用于大分子、胶体和微粒的分离。 Giddings提出在相距很近的上下平板间构成扁平带 状流道，载流液流于其中。载流为层流，其流型为 抛物线型， 越往中心位置速度越大 。侧向场从侧面 垂直 于流动方向施加，侧向场导致不同成分处在距 下壁不同的位置上，从而有不同的移动速度，在此 前提下进行分离。 混合粒子注入到分离流道 内，在没有场时均匀散布 开。此阶段被称为 样本注 入 。 注入 施加侧向场后，混合微粒 团被压缩靠近积聚壁，各 微粒距积聚壁距离不同。 松弛 载液流动后，不同粒子按 不同的速度移动起来，移 动速度取决于微粒距积聚 壁的距离。 分离 其他分离方法 微乳液相转变分离有机污染物 溶剂浮选法对工业废水中痕量有机污染物进行分离 富集 总结与展望 笔者查阅资料发现常见废水如化工方面废水组 分分析的资料甚少，而有关印染废水组分分析的 文献更是寥寥无几。一般工艺水处理后检测的指 标仍停留在 COD、 BOD、色度、浊度、 SS等指标 上，然而如二甲苯胺等一些处理过后产生的高毒 性物质，被人们所忽略。深入分析印染废水中的 组分，有利于加强对印染废水治理，调整废水回 用工艺，防止污染加重情况的发生。因此今后加 强印染废水组分分析工作十分具有意义 。 谢谢 观赏