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题名	含溴水源水臭氧氧化过程中溴酸盐的生成潜力评价及生物去除研究
作者	刘娟
学位类别	博士
答辩日期	2012-11
授予单位	中国科学院研究生院
授予地点	北京
导师	杨敏
关键词	含溴水源 臭氧氧化 溴酸盐 生物活性炭 饮用水 bromide-containing source water ozonation bromate biological activated carbon drinking water
其他题名	Study on bromate formation potential during ozonation of bromide-containing source water and biological reduction of bromate
学位专业	生态学
中文摘要	随着人们对饮用水水质要求的提高，以臭氧为核心的深度处理技术在我国日益受到关注。然而，对于含溴离子的水源水来说，臭氧氧化会导致具有致癌性的溴酸盐的产生。我国饮用水标准中规定溴酸盐的限值为10 μg/L。为此，本研究以消减、控制含溴水源水在臭氧氧化过程中生成的溴酸盐为主要目标，深入调查了全国主要城市水源水中溴离子浓度水平，运用实验室建立的溴酸盐评价方法对所调查水源水进行了溴酸盐生成势评 估，并以此为基础建立了溴酸盐生成势预测模型；在实验室开展溴酸盐生物分解实验研究，确认了利用现场中试系统中的生物活性炭构建的实验室生物活性炭系统对于溴酸盐生物去除的有效性，筛选到两株具有溴酸盐降解性能的纯菌，并对若干实际水厂臭氧-生物活性炭系统中溴酸盐生成与去除情况进行了初步考察。     选取全国38 个重点城市86 个水源水进行溴离子浓度水平调查，溴离子浓度范围是0-510 μg/L，与氯离子浓度存在一定的相关性（R2 =0.52）。有6 个河流水与5 个湖库水溴离子未检出，河流水、湖库水与地下水的溴离子浓度中值分别为61.7 μg/L、26.0 μg/L、47.5 μg/L；按照地区分类，东北、华北、华东、华南、华中、西北和西南的溴离子浓度中值分别为29.0、45.5、70.5、28.2、50.3、5.1、24.2 μg/L，华东和华中地区溴离子水平高于其他地区。当臭氧消耗量达到3mg/L 时，分别有26%、40%、57%的河流水、湖库水和地下水溴酸盐超标；按照区域，有50%、25%、50%和50%的华北、华东、华中、西南地区的水源水溴酸盐超标；PCA 和皮尔森相关系数分析表明，在本研究条件下， 碱度（碳酸根与碳酸氢根是影响溴酸盐生成势的最重要的参数，这是地下水具有较高的溴酸盐生成势的主要原因。基于调查数据，利用多元线性回归 (Multiple LinearRegression, MLR)、模型选择标准(Model selection criteria, MSC)以及逐步回归选择参数的方法建立了溴酸盐生成预测经验模型，该模型具有较好的预测精度 (R2=0.729)。     利用现场中试系统中具有溴酸盐分解功能的生物活性炭构建了实验室用填充柱，在进水溶解氧为饱和的条件下(DO = 8.0 mg/L)，生物活性炭可以利用添加的乙酸盐将水中溴酸盐彻底还原为溴离子。通过DGGE、16S rRNA 基因克隆文库对启动前以及运行稳定期的BAC 样品微生物群落结构进行比较分析，发现稳定运行期的微生物群落以Beta变形菌的红环菌科和伯克氏菌科为主，其中红环菌科和丛毛单胞菌科相关的细菌可能与溴酸盐降解有关。分离得到两株溴酸盐降解菌Sphingomonas sp.和Deinococcus sp.，它们分别属于鞘脂单胞菌目、鞘氨醇单胞菌属和异常球菌目、异常球菌属，其中的异常球菌属细菌经过生理生化特性表征、16S rRNA 序列比对、脂肪酸、呼吸醌分析等，表明该菌株是一株未经报道的新菌。两者均能在硝酸盐存在情况下对溴酸盐进行生物去除，但接种到活性炭填充柱后无法在好氧条件下去除溴酸盐。     进一步，为了调查实际水厂臭氧-生物活性炭系统中溴酸盐生成与分解情况，分别于2009 年8 月和2011 年8 月两次对国内9 个水厂进行了采样调查。结果表明，尽管原水中含有较高浓度的溴离子(除1 个水厂未检出外，溴离子浓度为33-201 μg/L)，所有水厂臭氧池出水中均未发现溴酸盐的产生，这可能与水厂臭氧投加量低有关。对生物活性炭的微生物群落结构分析结果显示，Alpha 变形菌是存在于生物活性炭系统中最为主要 的微生物类群，同时存在的还有Beta、Gamma、Delta 变形菌、酸杆菌、放线菌、浮霉菌、拟杆菌、绿弯菌、硝化螺菌、厚壁菌等。其中，历史数据显示产生过溴酸盐的两个水厂的生物活性炭克隆文库中，发现有多个序列与可能具有溴酸盐分解能力的红环菌科、丛毛单胞菌科细菌高度相似。
公开日期	2014-08-22
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/7640]
专题	生态环境研究中心_环境水质学国家重点实验室
推荐引用方式 GB/T 7714	刘娟. 含溴水源水臭氧氧化过程中溴酸盐的生成潜力评价及生物去除研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2012.

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