混凝联合臭氧工艺处理污水厂二级出水中有机物及PPCPs

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水资源短缺、水源污染问题已成为越来越受关注的社会问题,污水的回用已被提上日程,但以往的研究发现污水中存在的以药物及个人护理用品(Pharmaceutical and Personal Care Products,PPCPs)为代表的微污染有机物(Micropollutants,MP)将对人体健康造成威胁,而传统的污水处理厂所采用的二级处理工艺无法将其有效去除。臭氧(O3)氧化能有效去除污水中的PPCPs,然而污水厂二级出水中的有机物(Effluent Organic Matters,Ef OM)将会影响O3氧化的处理效果。混凝工艺作为常用的预处理工艺,成本较低且能有效去除污水中有机物。因此,本文采用混凝联合O3氧化工艺处理传统活性污泥法(Conventional Activated Sludge,CAS)及膜处理工艺(Membrane biological treatment,MBR)出水,研究有机物及PPCPs的去除效果及反应机理。本文考察了混凝工艺处理CAS和MBR二级出水时混凝剂投加量、pH和温度对水中有机物和PPCPs的去除效果的影响。实验结果表明,混凝能有效去除污水中有机物,在pH 5、25℃及FeCl3混凝剂投加量为0.1 mM条件下,去除效果最好,TOC和UV254去除率能达到50%左右,两种水体中CAS的去除效果更好。混凝处理后,水体中大分子有机物明显减少,小分子有机物去除效果不佳,芳香族蛋白质及可溶性微生物产物去除效果相对较好。而混凝过程对5种目标污染物去除效果不佳,去除率均低于20%。本文考察了O3氧化工艺处理CAS和MBR二级出水时O3投加量、pH和温度对氧化过程以及水中有机物和PPCPs的去除效果的影响。O3暴露、·OH暴露及·OH产率均随着O3投加量增加而不断增加,最高分别为100 mg/L·min、1.2×10-9M·s及90%左右,MBR水体中O3暴露高于CAS水体,·OH暴露低于CAS水体。随着pH增加,水体对·OH捕获能力增加,·OH暴露变化不大,O3暴露减小,从而导致·OH产率增加。随着温度增加,O3暴露逐渐减小,·OH暴露逐渐增加。pH和温度对于有机物去除效果影响不大,TOC、UV254及供电子能力(Electron Donating Capacity,EDC)的去除率分别为10%、60%及40%左右,相对于混凝工艺,TOC去除率较低,但UV254和EDC去除率较高,且表征结果表明,经O3氧化后水体中各分子量大小的有机物均明显减少,UV吸收峰发生略微蓝移,水样中类富里酸和类腐殖酸有机物均可得到有效去除,最终仅剩少量芳香族蛋白质。同时对五类目标污染物有较好的去除效果,O3氧化中污染物的去除与O3暴露、·OH暴露、k O3及k·OH有密切关系。O3氧化对于磺胺甲恶唑(Sulfamethoxazole,SMX)及呋塞米(Furosemide,FRS)等k O3和k·OH较大的有机物去除较好,可达到100%;对于避蚊胺(Diethyltoluamide,DEET)、莠去津(Atrazine,ATZ)等k·OH较大的有机物,去除率最高为100%;对于泛影酸(Diatrizoic Acid,DIA)等k O3和k·OH较小的有机物,去除效果减弱,最高仅有60%。本文考察了混凝联合O3氧化工艺处理CAS和MBR二级出水时O3投加量、pH和温度对氧化过程以及水中有机物和PPCPs的去除效果的影响。随着混凝剂投加量增加,水体对·OH捕获能力减小,O3暴露和·OH暴露逐渐减小,在0.1 mM投加量下,O3暴露和·OH暴露分别为40 mg/L·min和0.8×10-9M·s,小于O3氧化工艺。MBR水体中O3暴露略高于CAS,但·OH暴露略低于CAS。pH和温度的影响与单独O3氧化相同,TOC、UV254及EDC去除率分别为10%、50%及30%左右。分子量分布及EEM结果显示,随着混凝剂投加量增加,各类有机物均在不断减少,大分子的多糖及胶体类有机物减少近80%,类腐殖质和类蛋白质有机物也有明显减少,相比单独O3氧化,其去除效果更好。但在PPCPs去除方面,随着混凝剂投加量增加,五种污染物去除效果略微变差,SMX、FRS及DEET最高去除率为100%,对ATZ和DIA去除率最高为90%和50%。
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