典型难生物降解污水的毒性鉴别和高效处理技术研究

发布时间：2020-08-10 09:24

【摘要】：随着人类生活水平的提高和现代工业的发展，排放到环境中的污染物的种类和数量也日益增加。其中，尤为令人担忧的就是难生物降解的污水，这些污水通常具有毒性大，易生物积累等特点，如不加以妥善处理，其必然对人类的生存环境造成巨大影响。本论文主要研究了三种典型的难生物降解污水：化工废水，老龄垃圾渗滤液和目前引起广泛关注的药品与个人护理用品污水的毒性鉴别和相关处理措施，具体可分为如下3个部分： 1.以老龄化工废水为例，创新的采用小麦根伸长抑制毒性试验和传统的大型蚤急性毒性试验，鉴别出了化工废水中的主要有毒污染物为Cl-和重金属Cu~(2+)，Pb~(2+)和Zn~(2+)。根据该废水的高盐度特点，研究发现附近泰达污水处理厂的连续间歇曝气(DAT-IAT)工艺对生活污水与化工废水混合污水的化学需氧量(COD)，总磷(TP)和总氮(TN)的去除率可达85.08%，89.29%和96.54%，处理后的污水毒性可降低到0.5TU。证明对化工废水和生活污水共处理是一种可行且成本较低的方法。 2.从常规污染物去除和生态毒性削减两方面，研究了混凝吸附联用法对垃圾渗滤液的处理效果，结果表明：聚合硫酸铁(PFS)对老龄垃圾渗滤液的处理效果最佳，在投加量为0.3gFe~(3+)/L，pH为5.5时，COD去除率为70%，浊度去除率为99%，悬浮固体(SS)去除率为93%，毒性去除率为74%。以PFS处理后的垃圾渗滤液为活性炭吸附法的进水，在活性炭剂量为10g/L，反应时间为90min时，残留COD约为407mg/L。混凝吸附联用法总的COD去除率可达86%，毒性削减率可达78%。 3.研究了Fenton法和类Fenton法对污水处理厂出水中常检测到的药品与个人护理用品(PPCPs)：对乙酰氨基芬，安替洛尔，双氯芬酸，美托洛尔，狄兰汀，已酮可可碱，咖啡因，碘普罗胺，氟西汀，甲氧卞氨嘧啶，普奈洛尔，磺胺甲恶唑，布洛芬，奈普生，二甲苯氧庚酸，避蚊胺，立痛定，氧苯酮，双酚A和阿特拉津的降解效率优化和降解动力学，以及在Fenton和类Fenton反应过程中，二级出水中有机物(EfOM)的迁移转化规律和氧化副产物，并探讨了EfOM的紫外光谱参数和荧光光谱参数与PPCPs降解率的关系，具体结论如下： (1)综合考虑PPCPs降解效率和处理成本，Fenton法降解PPCPs的较优条件为：H_2O_2/Fe~(2+)摩尔比2.5，Fe~(2+)剂量为10mg/L，pH为3，反应时间为30min。类Fenton法降解PPCPs的较优条件为：H_2O_2/Fe~(3+)摩尔比2.5，Fe~(3+)剂量为10mg/L，pH为3，反应时间为120min。在污水总溶解有机碳(DOC)为8.287mg/L和较优条件下，PPCPs的去除率都可达到90%以上。 (2) Fenton对PPCPs的降解动力学符合联合一级反应动力学；类Fenton法对双氯酚酸，氟西汀和二甲苯氧庚酸的降解符合二级反应动力学；对其余PPCPs的降解符合一级反应动力学。 (3)采用竞争动力学模型计算了Fenton和类Fenton反应中OH氧化PPCPs的反应速率常数kPPCPs-OH，除了由于反应条件差异造成避蚊胺，甲氧卞氨嘧啶，布洛芬，双氯芬酸，咖啡因和二甲苯氧庚酸与报道值有偏差外，其余都和报道值接近，这证明了在Fenton和类Fenton反应中，PPCPs本质上是被OH氧化降解，而不是被混凝作用去除的。 (4) Fenton法和类Fenton法通过OH氧化和混凝共同作用对DOC的去除率最大可达30%和38%，分子排阻色谱(SEC)数据表明，Fenton法和类Fenton法优先去除高表观分子量的有机物，并且可以将大分子量有机物氧化分解为小分子量有机物。 (5) Fenton法和类Fenton法氧化EfOM的产物为甲酸、乙酸、草酸和浓度相对较低的甲醛、乙醛、丙醛和乙醇醛，其中，在H_2O_2/Fe~(2+)摩尔比2.5，Fe~(2+)剂量为20mg/L，pH为3，反应时间为30min的条件下，Fenton法中羧酸类有机物和醛类有机物的产率分别为11.62%和1.01%；在H_2O_2/Fe~(3+)摩尔比2.5，Fe~(3+)剂量为20mg/L，pH为3，反应时间为120min的条件下，类Fenton法中羧酸类有机物和醛类有机物的产率分别为13.2%和1.34%。 (6)随着Fenton和类Fenton试剂剂量和反应时间的增加，污水EfOM的紫外光谱逐渐降低。EfOM的差值吸光度光谱在波长265-275nm范围内有一个较明显的峰。这个峰和UV254，SUVA254值的降低可能表明Fenton法和类Fenton法会优先去除芳香族有机物。污水的紫外吸光光谱容易受无机离子的影响，在消除干扰的情况下，对于同一种废水，在Fenton反应或类Fenton反应中，波长254nm处的吸光度的相对变化(A_(254)/A_(254)~0)与PPCPs降解，OH暴露和羧酸浓度都具有一致的关系，且该关系不受时间或剂量条件影响，说明A_(254)/A_(254)~0可以用来监测Fenton高级氧化过程中的PPCPs的降解和EfOM氧化程度。 (7)根据污水EfOM的三维荧光光谱，可将EfOM分为分为蛋白质类有机物/可溶性微生物代谢产物，腐殖酸类有机物和富里酸类有机物三种，其中，蛋白质类有机物/可溶性微生物代谢产物最容易被Fenton法和类Fenton法去除；腐殖酸类有机物的区域总荧光强度相对变化(TF0腐殖酸类/TF腐殖酸类)和峰荧光强度相对变化(PF腐殖酸类/PF0腐殖酸类)与PPCPs降解，OH暴露和羧酸浓度变化存在一致的关系，且该关系不受Fenton反应或类Fenton反应或反应条件影响。因此，该参数可用来监测高级氧化过程中PPCPs的降解和EfOM氧化。
【学位授予单位】：南开大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X703
【图文】：

循环过程,给水厂,城市污水处理厂,污水处理厂

第一章绪论或进入地表水；人类的使用和排泄则是环境 PPCPs 的最大来源。药品进入人体或牲畜体内后，经过肾代谢以尿液的形式或经过胆代谢以粪便的形式排入下水道；对于个人护理用品，使用后随洗漱过程进入城市污水处理厂；过期的 PPCPs可能会直接被丢弃到下水管道或以垃圾形式被直接丢弃而进入固体废物处理系统，总之，污水处理厂是 PPCPs 的最大汇集地[17,18]。图 1.1 表明了 PPCPs 化合物在环境中的主要循环过程。PPCPs 进入污水处理厂后，经过各种工艺降解和转化后，仍然有大量 PPCPs 不能被完全降解。研究表明，城市污水处理厂的二级出水还包含许多不同的 PPCPs[20]。未被降解完全的PPCPs以及PPCPs的代谢产物可能会排放到受纳水体中。环境水体中的PPCPs又可以通过饮用水取水口进入给水厂，经给水厂的处理工艺净化后，未被去除的 PPCPs 有可能随城市供水进入日常生活[17]。

地表水,浓度,非处方药,双氯芬酸

第一章绪论3100 ng/L，咖啡因 6000 ng/L，痛可宁 1200 ng/L，双氯芬酸 1030 ng/L，降固醇酸 600 ng/L，地尔硫 79 ng/L，红霉素 1700 ng/L，雌酮 124.6 ng/L，呋塞米 57 ng/L，加乐麝香 141 ng/L，吉非罗尔 790 ng/L，布洛芬 1100 ng/L，酮洛芬 120 ng/L，奈普生 390 ng/L，普里米酮 635 ng/L，罗红霉素 180 ng/L，磺胺甲恶唑 1900 ng/L以及吐纳麝香 46 ng/L[21]。欧洲和北美的城市水体中已经检测到了很多 PPCPs 和它们的代谢产物。欧洲第 5 次 Framework Poseidon 项目报道，地表水中 PPCPs 的暴露浓度很少超过100ng/L，但是经常会高于 10 ng/L[22]。1999 年，Kolpin 等[23]对美国境内 139 条河流研究发现，其中 40%的河流有 80%以上的时间都含有类固醇，杀虫剂和非处方药。类固醇，香水，荷尔蒙，非处方药和驱虫剂的浓度分别占总有机污染物的 20%，1.8%，1.0%，10%和 0.9%。Herberer 等[24]分析了 30 个柏林地表水样品发现，PPCPs 残留物最高浓度可达 1000 ng/L，其中氯贝酸和双氯芬酸的检出浓度常大于 100 ng/L。

三氯化铁,垃圾渗滤液,浊度,剂量

4.1 pH 对三氯化铁去除垃圾渗滤液 SS，浊度和 COD 的影响(三氯化铁剂量为 0.7 gF表 4.2 列出了在 pH 为 5.5 的条件下，不同三氯化铁的剂量(0.3-0.8 gF垃圾渗滤液 COD，SS 和浊度的去除率。在最佳 Fe3+剂量 0.6 gFe3+/L 时，铁对 COD，SS 和浊度的去除率分别为 93%，97%和 68%。当三氯化铁剂 0.6 gFe3+/L 后，COD 的去除率不再增加，其原因可以用电荷中和理论来三氯化铁加入到垃圾渗滤液中时，Fe3+和它的水解离子可以与带负电的胶中和，使胶体脱稳发生混凝，但是当超过一定剂量后，胶体会吸附阳离正电，使胶体粒子因电荷排斥而重新稳定。表 4.2 不同三氯化铁剂量对垃圾渗滤液 SS，浊度和 COD 去除率的影响 (pH=5.5氯化铁剂量(g Al3+/L)SS 去除率 (%) 浊度去除率(%)COD 去除率(%)污泥体积0.3 82 85 55 2380.4 84 92 60 2650.5 91 96 65 292

【参考文献】