污水再生过程中的消毒副产物前体物的变化规律及去除效果研究

发布时间：2020-08-19 19:01

【摘要】：市政污水是主要的再生水来源,具有水量稳定、供给可靠等优点,但消毒过程中通常伴有消毒副产物(DBPs)的生成,如果直接回用可能会危害生态系统和人类健康,因此亟需找到一种高效可靠的深度处理工艺对DBPs进行控制。本文以无锡某市政污水处理厂AAO-MBR工艺沿程出水为研究对象,着重研究AAO和MBR过程对DBPs前体物的影响,同时识别出MBR出水中特征DBPs前体物;并利用斑马鱼作为模式生物,探究了MBR出水经次氯酸钠(NaClO)消毒后生成的DBPs的联合生物毒性;最后通过水平潜流-垂直潜流人工湿地(HF-VF CW)系统的构建,探讨组合人工湿地系统对特征DBPs前体物的去除效果,以期为再生水安全利用提供理论指导。主要研究内容和结果如下:(1)通过对AAO-MBR工艺中DBPs前体物的变化规律研究发现:市政污水中富含亲水性的大分子物质,具有较低的含碳消毒副产物生成势(C-DBPFP);经AAO和MBR处理后,由于微生物代谢作用生成了大量具有不饱和双键的微生物代谢产物(SMPs),易与氯反应生成C-DBPs,导致了C-DBPFP的增加。市政污水的含氮消毒副产物生成势(N-DBPFP)处于较低水平;在AAO过程中生成的小分子SMPs类物质易与氯反应生成N-DBPs,导致N-DBPFP的增加;但经MBR后由于泥龄和污泥浓度的增加,大分子SMPs有所增加,导致了N-DBPFP的降低。AAO过程中由于FP的大量增加,使C-DBPs和N-DBPs前体物质分别增加了90.90%和7.27%;MBR过程中较高的溶解性有机碳(DOC)去除率(74.44%)导致C-DBPs前体物和N-DBPs前体物的大量去除,去除率分别为56.77%和78.05%。因此,市政污水经过AAO-MBR后可去除部分DBPs前体物,但MBR出水FP较高,仍存在SMPs等易与氯反应的物质,消毒时会生成具有毒性的DBPs。(2)通过对比消毒前后MBR出水对斑马鱼体内CAT活性、MDA含量和AchE活性的影响,间接得到DBPs的生物毒性。结果发现当暴露时间达到10 d时,MDA含量显著高于对照,且消毒后MDA含量增幅(91.43%)显著高于消毒前(44.36%);暴露时间达到15 d,CAT活性被显著抑制,且消毒后抑制率(40.22%)显著高于消毒前(15.56%);说明由于DBPs的存在使消毒后MBR出水的抗氧化损伤毒性强于消毒前MBR出水。另外,消毒前后MBR出水均对AchE活性有抑制,抑制率分别为38.49%和48.50%,说明由于DBPs的存在使消毒后MBR出水的神经毒性强于消毒前。因此,经NaClO消毒后的MBR出水中DBPs对斑马鱼的抗氧化防御系统和神经系统具有潜在影响,MBR出水消毒后直接进行回用存在一定风险性。(3)通过HF-VF CW的构建,分析潜流人工湿地对DBPs前体物去除效果,以期降低再生水中DBPs的潜在风险。结果表明,经过HF-VF CW系统后,69.58%的C-DBPs前体物和80.27%的N-DBPs前体物被去除。由于HFCW系统中植物根系为微生物的吸附生长提供了有利条件且HFCW进水中营养物质充足,微生物代谢活跃会生成SMPs物质,因此HFCW对C-DBPs前体物(主要是:SMPs)没有去除效果。由于VFCW系统中沸石层较好的吸附作用,使VFCW出水中SMPs荧光响应明显减少,因此VFCW对C-DBPs前体物具有较好的去除效果。另外,研究发现N-DBPFP与DON/DOC变化趋势一致,由于经过HFCW后DON/DOC明显下降,因此N-DBPs前体物的去除主要发生在HFCW系统。说明HF-VF CW可以针对性的去除特征DBPs前体物,控制DBPs总量。
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703
【图文】：

示意图,分子量,有机物,示意图

第二章 AAO-MBR 污水处理系统中消毒副产物前体物的变化DOM 分为>100 kDa，100~30 kDa，30~10 kDa，10~5 kDa，5~1 kDa 和<1 在分离过程中用高纯氮（99.999%）使压力维持在 0.1MPa。在水样分离前L 超纯水用来清洗超滤膜[56]。分子量分级流程图如 2-2。F1F3F2F4F5

示意图,树脂分离,有机物,示意图

图 2-2 有机物分子量分级示意图Fig.2-2 Schematic diagram of the molecular weight classification2.2.2.2 亲疏水性分离采用 DAX-4 和 XAD-8 大孔吸附树脂（Rohm&has，美国）基于亲疏水中 DOM 分离为疏水性组分（HPO）、亲水性组分（HPI）和弱疏水性组分（分。将大孔吸附树脂装入层析柱中，高度约为 15cm，使用前用纯水清洗至一致，并排出气泡。具体分离步骤如下：首先将用 1.0 mol/LHCl 将 1 L 水2.0，以 2.0 mL/min 的流速依次通过 XAD-8 树脂和 XAD-4 树脂，收集到的然后用 500 mL 的 0.1 mol/L NaOH 以 1.0 mL/min 的流速分别洗脱 XAD-8 脂，洗脱下的分别为 HPO 和 TPI 组分。分离完毕后，各组分 pH 调至 7.0箱中待用[57]。有机树脂分离示意图如 2-3。100 K 30 K10 K5 K1 KStep1：进水（pH 调至 2.0）水样

色谱图,气相色谱图

第二章 AAO-MBR 污水处理系统中消毒副产物前体物的变化根据美国 EPA552[64]标准方法对 HAAs 进行测定。测定过程如下：将 20mL 水样加入 50 mL 样品瓶中；然后向水样中加入 1 mL 浓硫酸；随后立即再加 6 g 高温干燥的无水 Na2SO4，在旋涡振荡器上振荡 1 min 直至溶解；再加入 4 mL MTBE，在漩涡震荡器上萃取 2 min，然后静置 30 min；取 2 mL 上层有机层放入 10 mL 配带四氟乙烯瓶盖的瓶子中，加 2mL 酸化甲醇（含 10%的硫酸）混合均匀，然后将其置于 50℃水浴锅中反应 2h；取出冷却后加 5mL 的 150g/L 的 Na2SO4溶液，振荡静置分层；用移液枪吸取下层水溶液，直至下层水溶液不多于 0.5 mL；然后加入 1 mL 饱和 NaHCO3溶液，混合均匀后打开瓶盖释放气体，静置 5 min；最后用 GC 进行测定。GC 的操作条件：分流进样模式；进样体积 1 μL；进样口温度 220℃；载气为He；流速 1.00 mL/min；升温程序：30℃保持 20 min，以 2℃/min 升温至 43℃，保持 2min，然后以 25℃/min 升温到 210℃保持 6 min。具体 HAAs 色谱图见图 2-5。

【参考文献】