城市污水MBR处理工艺出水回用消毒副产物的生成与控制
发布时间：2024-01-25 08:01
水资源短缺已经成为制约全球社会经济发展的重要因素之一,是未来50年人类社会发展亟需解决的重大问题。城市污水再生利用不仅可以改善水环境污染现状,还可以有效缓解水资源短缺问题,是提高水资源综合利用率的有效途径。但是,再生水利用过程中健康和生态风险的分析和控制是污水再生回用领域面临的重要问题。本文研究了膜生物反应器(MBR)在城市污水处理与回用中的污染物去除效能,分析了MBR出水氯消毒过程中消毒副产物(DBPs)的生成情况,系统研究了消毒条件、MBR出水溶解性有机物(DOM)特性对氯消毒DBPs生成的影响,并通过实验手段,将不同生长时期微生物分泌的代谢产物进行分离,分析了其DBPs生成情况,研究了MBR系统内微生物代谢活动特征对出水消毒DBPs生成的影响；利用差异光谱技术定量分析了消毒导致的DOM光谱特性变化与DBPs生成的相关性,探讨MBR出水消毒DBPs的生成机制；同时,本研究还分析了粉末状活性炭(PAC)对MBR出水氯消毒DBPs生成的控制作用。主要研究结果如下：1.MBR对城市污水中的悬浮物和可降解有机物有较高的去除能力,去除效率分别达100%和98%。MBR出水可满足我国城市非饮用...
【文章页数】：207 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 引言
1.1 本文的研究背景、研究目的与意义
1.1.1 本文的主要研究背景
1.1.2 本文主要研究目的与意义
1.2 本文所要解决的关键问题、主要研究内容及创新之处
1.2.1 本文所要解决的关键问题
1.2.2 本文的主要研究内容
1.2.3 本文的主要创新之处
1.3 本文的主要课题来源及资助情况
第二章 文献综述
2.1 污水再生利用研究现状
2.1.1 污水再生利用的意义
2.1.2 污水再生利用国内外研究现状
2.2 城市污水再生回用处理技术
2.2.1 物理法
2.2.2 化学法
2.2.3 生物法
2.3 膜生物反应器(MBR)出水水质特征
2.3.1 MBR出水常规水质特征
2.3.2 MBR出水溶解性有机物(DOM)特征
2.4 污水再生消毒副产物研究现状
2.4.1 污水再生回用常见的消毒方法
2.4.2 再生水消毒副产物(DBPs)的生成
2.4.3 DBPs的毒性
第三章 实验材料与方法
3.1 实验药品与仪器设备
3.1.1 实验药品
3.1.2 实验仪器与设备
3.2 膜生物反应器(MBR)的构建、运行与维护
3.2.1 MBR污水处理系统的构建
3.2.2 MBR污水处理系统的污泥接种与驯化
3.2.3 膜组件的清洗
3.3 氯消毒实验方法
3.3.1 消毒剂配制
3.3.2 氯消毒实验操作方法
3.3.3 氯消毒剂投加量的确定
3.4 消毒副产物测定方法
3.4.1 卤代消毒副产物的测定方法
3.4.2 N-亚硝基二甲胺(NDMA)的测定方法
3.5 溶解性有机物(DOM)的表征方法
3.5.1 DOM分子量分布的测定方法
3.5.2 DOM的树脂分离方法
3.5.3 DOM三维荧光光谱(EEM)的测定方法
3.5.4 DOM红外光谱(FTIR)的测定方法
3.6 相关水质指标的测定
第四章 MBR-氯消毒工艺的污水处理效能及三卤甲烷(THMs)生成情况
4.1 MBR对城市污水中常规水质指标的去除效能
4.2 MBR对城市污水中不同特性溶解性有机物(DOM)的处理效能
4.2.1 MBR对不同分子量DOM的去除效能
4.2.2 MBR对城市污水中不同极性DOM的去除效能
4.3 MBR出水氯消毒消THMs的生成量和种类
4.3.1 MBR出水氯消毒总THMs生成潜能
4.3.2 MBR出水氯消毒THMs生成量和种类
4.4 氯消毒条件对MBR出水THMs生成的影响
4.4.1 氯投加量对THMs生成与种类的影响
4.4.2 消毒时间对THMs生成与种类的影响
4.4.3 加氯量和消毒时间对溴、氯结合因子的影响
4.5 本章小结
第五章 MBR出水溶解性有机物(DOM)特征对THMs生成特性的影响
5.1 MBR出水DOM分子量分布对THMs生成特性的影响
5.1.1 MBR出水DOM分子量分布的特点
5.1.2 MBR出水DOM分子量分布对THMs生成活性的影响
5.1.3 MBR出水不同分子量DOM组分对总THMFP的贡献
5.1.4 MBR出水DOM分子量分布对THMs组成的影响
5.2 MBR出水DOM极性/酸碱特性对THMs生成特性的影响
5.2.1 MBR出水中DOM极性/酸碱特性分布
5.2.2 MBR出水DOM极性/酸碱特性对THMs生成的影响
5.2.3 不同极性/酸碱性组分对MBR出水总THMFP的贡献率
5.2.4 MBR出水中DOM极性/酸碱特性对THMs组成的影响
5.3 DOM来源、化学组成与THMs生成特性的相关性
5.3.1 MBR出水不同分子量组分DOM的化学组成与来源
5.3.2 MBR出水不同分子量组分的荧光特性与THMs生成活性及组分的相关性
5.4 本章小结
第六章 MBR中微生物代谢对出水消毒副产物(DBPs)生成特性的影响
6.1 MBR中与生物量相关的产物(BAP)和与基质利用有关的产物(UAP)的产生
6.1.1 MBR系统的启动和运行
6.1.2 MBR反应器内BAP和UAP的产生
6.2 MBR系统中BAP和UAP的特性
6.2.1 BAP和UAP的分子量分布
6.2.2 BAP和UAP的化学组成与来源
6.2.3 BAP和UAP的官能团组成
6.3 MBR系统中BAP和UAP氯消毒后DBPs的生成特性
6.3.1 BAP和UAP氯消毒卤代含碳消毒副产物(C-DBPs)的生成特性
6.3.2 BAP和UAP氯消毒卤代含氮消毒副产物(N-DBPs)的生成特性
6.3.3 BAP和UAP氯消毒N-亚硝基二甲胺(NDMA)的生成特性
6.4 研究结果对污水处理与回用过程MBR工艺运行的指导
6.5 本章小结
第七章 MBR出水消毒过程中消毒副产物(DBPs)生成的光谱定量分析
7.1 MBR出水氯和氯胺消毒后DBPs的生成特性
7.1.1 MBR出水消毒卤代含碳、含氮消毒副产物(C,N-DBPs)的生成特性
7.1.2 MBR出水消毒N-亚硝基二甲胺(NDMA)的生成特性
7.2 MBR出水溶解性有机物(DOM)吸收光谱变化与卤代DBPs生成的相关性
7.2.1 氯和氯胺消毒后MBR出水DOM吸收光谱的变化
7.2.2 MBR出水DOM吸收光谱的变化与卤代DBPs生成的相关性
7.3 MBR出水DOM三维荧光光谱变化与卤代DBPs生成的相关性
7.3.1 氯和氯胺消毒后MBR出水DOM的三维荧光(EEM)光谱变化
7.3.2 MBR出水DOM荧光光谱的变化与卤代DBPs生成的相关性
7.4 MBR出水DOM的光谱变化与N-亚硝基二甲胺(NDMA)生成的相关性
7.5 本章小结
第八章 粉末活性炭对MBR污水处理效能及出水THMs生成的影响
8.1 MBR处理城市污水的启动特性
8.1.1 MBR启动过程中污泥浓度的变化特性
8.1.2 MBR启动过程中对COD的去除特性
8.1.3 MBR启动过程中对氨氮的去除特性
8.1.4 MBR启动过程中对DOC和UV254的去除特性
8.2 粉末活性炭(PAC)对MBR工艺污染物去除效能的影响
8.2.1 PAC/MBR与MBR工艺对有机污染物去除效能的比较
8.2.2 PAC/MBR与MBR工艺对氨氮去除效能的比较
8.2.3 PAC/MBR与MBR工艺对浊度去除效能的比较
8.3 PAC对MBR膜污染的影响
8.3.1 PAC/MBR与MBR实际运行中膜污染对比
8.3.2 两种工艺污泥上清液中DOM对超滤膜的污染对比
8.4 PAC对MBR出水DOM特性的影响
8.4.1 PAC对出水DOM分子量分布的影响
8.4.2 PAC对出水DOM极性/酸碱特性分布的影响
8.4.3 PAC对出水DOM化学组成和来源的影响
8.5 PAC对MBR出水氯消毒THMs生成特性的影响
8.5.1 PAC对MBR出水THMFP的影响
8.5.2 PAC对MBR出水THMs生成动力学的影响
8.5.3 PAC对MBR出水THMs组成的影响
8.6 消毒条件对PAC/MBR出水氯消毒THMs生成及组份的影响
8.6.1 加氯量对MBR和PAC/MBR出水THMs生成及组分的影响
8.6.2 消毒时间对MBR和PAC/MBR出水THMs生成及组分的影响
8.7 本章小结
第九章 结论与展望
9.1 结论
9.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间学术成果
附录一
附录二
附录三
学位论文评阅及答辩情况表
本文编号：3884443
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【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 引言
1.1 本文的研究背景、研究目的与意义
1.1.1 本文的主要研究背景
1.1.2 本文主要研究目的与意义
1.2 本文所要解决的关键问题、主要研究内容及创新之处
1.2.1 本文所要解决的关键问题
1.2.2 本文的主要研究内容
1.2.3 本文的主要创新之处
1.3 本文的主要课题来源及资助情况
第二章 文献综述
2.1 污水再生利用研究现状
2.1.1 污水再生利用的意义
2.1.2 污水再生利用国内外研究现状
2.2 城市污水再生回用处理技术
2.2.1 物理法
2.2.2 化学法
2.2.3 生物法
2.3 膜生物反应器(MBR)出水水质特征
2.3.1 MBR出水常规水质特征
2.3.2 MBR出水溶解性有机物(DOM)特征
2.4 污水再生消毒副产物研究现状
2.4.1 污水再生回用常见的消毒方法
2.4.2 再生水消毒副产物(DBPs)的生成
2.4.3 DBPs的毒性
第三章 实验材料与方法
3.1 实验药品与仪器设备
3.1.1 实验药品
3.1.2 实验仪器与设备
3.2 膜生物反应器(MBR)的构建、运行与维护
3.2.1 MBR污水处理系统的构建
3.2.2 MBR污水处理系统的污泥接种与驯化
3.2.3 膜组件的清洗
3.3 氯消毒实验方法
3.3.1 消毒剂配制
3.3.2 氯消毒实验操作方法
3.3.3 氯消毒剂投加量的确定
3.4 消毒副产物测定方法
3.4.1 卤代消毒副产物的测定方法
3.4.2 N-亚硝基二甲胺(NDMA)的测定方法
3.5 溶解性有机物(DOM)的表征方法
3.5.1 DOM分子量分布的测定方法
3.5.2 DOM的树脂分离方法
3.5.3 DOM三维荧光光谱(EEM)的测定方法
3.5.4 DOM红外光谱(FTIR)的测定方法
3.6 相关水质指标的测定
第四章 MBR-氯消毒工艺的污水处理效能及三卤甲烷(THMs)生成情况
4.1 MBR对城市污水中常规水质指标的去除效能
4.2 MBR对城市污水中不同特性溶解性有机物(DOM)的处理效能
4.2.1 MBR对不同分子量DOM的去除效能
4.2.2 MBR对城市污水中不同极性DOM的去除效能
4.3 MBR出水氯消毒消THMs的生成量和种类
4.3.1 MBR出水氯消毒总THMs生成潜能
4.3.2 MBR出水氯消毒THMs生成量和种类
4.4 氯消毒条件对MBR出水THMs生成的影响
4.4.1 氯投加量对THMs生成与种类的影响
4.4.2 消毒时间对THMs生成与种类的影响
4.4.3 加氯量和消毒时间对溴、氯结合因子的影响
4.5 本章小结
第五章 MBR出水溶解性有机物(DOM)特征对THMs生成特性的影响
5.1 MBR出水DOM分子量分布对THMs生成特性的影响
5.1.1 MBR出水DOM分子量分布的特点
5.1.2 MBR出水DOM分子量分布对THMs生成活性的影响
5.1.3 MBR出水不同分子量DOM组分对总THMFP的贡献
5.1.4 MBR出水DOM分子量分布对THMs组成的影响
5.2 MBR出水DOM极性/酸碱特性对THMs生成特性的影响
5.2.1 MBR出水中DOM极性/酸碱特性分布
5.2.2 MBR出水DOM极性/酸碱特性对THMs生成的影响
5.2.3 不同极性/酸碱性组分对MBR出水总THMFP的贡献率
5.2.4 MBR出水中DOM极性/酸碱特性对THMs组成的影响
5.3 DOM来源、化学组成与THMs生成特性的相关性
5.3.1 MBR出水不同分子量组分DOM的化学组成与来源
5.3.2 MBR出水不同分子量组分的荧光特性与THMs生成活性及组分的相关性
5.4 本章小结
第六章 MBR中微生物代谢对出水消毒副产物(DBPs)生成特性的影响
6.1 MBR中与生物量相关的产物(BAP)和与基质利用有关的产物(UAP)的产生
6.1.1 MBR系统的启动和运行
6.1.2 MBR反应器内BAP和UAP的产生
6.2 MBR系统中BAP和UAP的特性
6.2.1 BAP和UAP的分子量分布
6.2.2 BAP和UAP的化学组成与来源
6.2.3 BAP和UAP的官能团组成
6.3 MBR系统中BAP和UAP氯消毒后DBPs的生成特性
6.3.1 BAP和UAP氯消毒卤代含碳消毒副产物(C-DBPs)的生成特性
6.3.2 BAP和UAP氯消毒卤代含氮消毒副产物(N-DBPs)的生成特性
6.3.3 BAP和UAP氯消毒N-亚硝基二甲胺(NDMA)的生成特性
6.4 研究结果对污水处理与回用过程MBR工艺运行的指导
6.5 本章小结
第七章 MBR出水消毒过程中消毒副产物(DBPs)生成的光谱定量分析
7.1 MBR出水氯和氯胺消毒后DBPs的生成特性
7.1.1 MBR出水消毒卤代含碳、含氮消毒副产物(C,N-DBPs)的生成特性
7.1.2 MBR出水消毒N-亚硝基二甲胺(NDMA)的生成特性
7.2 MBR出水溶解性有机物(DOM)吸收光谱变化与卤代DBPs生成的相关性
7.2.1 氯和氯胺消毒后MBR出水DOM吸收光谱的变化
7.2.2 MBR出水DOM吸收光谱的变化与卤代DBPs生成的相关性
7.3 MBR出水DOM三维荧光光谱变化与卤代DBPs生成的相关性
7.3.1 氯和氯胺消毒后MBR出水DOM的三维荧光(EEM)光谱变化
7.3.2 MBR出水DOM荧光光谱的变化与卤代DBPs生成的相关性
7.4 MBR出水DOM的光谱变化与N-亚硝基二甲胺(NDMA)生成的相关性
7.5 本章小结
第八章 粉末活性炭对MBR污水处理效能及出水THMs生成的影响
8.1 MBR处理城市污水的启动特性
8.1.1 MBR启动过程中污泥浓度的变化特性
8.1.2 MBR启动过程中对COD的去除特性
8.1.3 MBR启动过程中对氨氮的去除特性
8.1.4 MBR启动过程中对DOC和UV254的去除特性
8.2 粉末活性炭(PAC)对MBR工艺污染物去除效能的影响
8.2.1 PAC/MBR与MBR工艺对有机污染物去除效能的比较
8.2.2 PAC/MBR与MBR工艺对氨氮去除效能的比较
8.2.3 PAC/MBR与MBR工艺对浊度去除效能的比较
8.3 PAC对MBR膜污染的影响
8.3.1 PAC/MBR与MBR实际运行中膜污染对比
8.3.2 两种工艺污泥上清液中DOM对超滤膜的污染对比
8.4 PAC对MBR出水DOM特性的影响
8.4.1 PAC对出水DOM分子量分布的影响
8.4.2 PAC对出水DOM极性/酸碱特性分布的影响
8.4.3 PAC对出水DOM化学组成和来源的影响
8.5 PAC对MBR出水氯消毒THMs生成特性的影响
8.5.1 PAC对MBR出水THMFP的影响
8.5.2 PAC对MBR出水THMs生成动力学的影响
8.5.3 PAC对MBR出水THMs组成的影响
8.6 消毒条件对PAC/MBR出水氯消毒THMs生成及组份的影响
8.6.1 加氯量对MBR和PAC/MBR出水THMs生成及组分的影响
8.6.2 消毒时间对MBR和PAC/MBR出水THMs生成及组分的影响
8.7 本章小结
第九章 结论与展望
9.1 结论
9.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间学术成果
附录一
附录二
附录三
学位论文评阅及答辩情况表
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