改良土壤含水層處理系統(tǒng)對(duì)溶解性有機(jī)物的去除效能.pdf

1、將城市污水處理廠(WWTP)二級(jí)出水經(jīng)土壤含水層處理(SAT)后回用對(duì)于解決當(dāng)前我國(guó)水資源短缺意義顯著。由于溶解性有機(jī)物(DOM)是再生水加氯消毒過(guò)程中三氯甲烷(THMs)等消毒副產(chǎn)物的前體物質(zhì)，受到環(huán)境學(xué)者越來(lái)越多的關(guān)注。本研究首先采用XAD樹(shù)脂分級(jí)技術(shù)將DOM分為疏水性有機(jī)酸(HPO-A)、過(guò)渡親水性有機(jī)酸(TPI-A)、疏水性中性有機(jī)物(HPO-N)、過(guò)渡親水性中性有機(jī)物(TPI-N)和親水性有機(jī)物(HPI)，并借助加氯消毒實(shí)驗(yàn)、

2、紅外光譜、三維熒光光譜等多種實(shí)驗(yàn)手段分別考察了WWTP各構(gòu)筑物在冬夏兩季運(yùn)行過(guò)程中對(duì)生活污水中DOM的去除特點(diǎn)，二級(jí)出水DOM在后續(xù)SAT處理過(guò)程中的去除機(jī)制；在此基礎(chǔ)上，為了強(qiáng)化傳統(tǒng)SAT的去處效果，進(jìn)而研究了粉煤灰及爐渣改良SAT系統(tǒng)對(duì)二級(jí)出水中DOM的去除機(jī)理；最后本文對(duì)粉煤灰及爐渣對(duì)DOM的吸附機(jī)制及吸附特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
　　HPI為生活污水DOM最主要的組分(夏季占原生活污水總有機(jī)物的60.5％，而冬季為57.4%)

3、，其次為HPO-A組分(夏季為20.3%，冬季為23.2%)，而HPO-N、TPI-A及TPI-N組分的含量相對(duì)較低。通過(guò)WWTP的運(yùn)行，生活污水中89.7%的溶解性有機(jī)碳(DOC)、52.6%的UV-254及86.4%的THMs前體物質(zhì)在夏季運(yùn)行過(guò)程中被有效去除，在冬季運(yùn)行過(guò)程中，生活污水中DOC和THMs前體物質(zhì)在污水處理廠運(yùn)行過(guò)程中的去除率分別下降至88.2%和85.5%。WWTP中初次沉淀池(PST)構(gòu)筑物對(duì)生活污水DOM中疏水

4、性組分中芳香性物質(zhì)及THMs前體物質(zhì)去除有效(特別在冬季低溫條件下)。A/O構(gòu)筑物能夠有效去除生活污水中含量最高、分子量最小的HPI組分，尤其在夏季運(yùn)行條件下。與此同時(shí)，PST構(gòu)筑物對(duì)酸性組分和疏水性組分中THMs前體物(C=C和C=O相關(guān))的去除上意義顯著。
　　HPI和HPO-A為二級(jí)出水 DOM中最主要組分(分別占總 DOC含量的45.5%和30.0%)，其中HPO-A為二級(jí)出水 DOM中最主要的芳香性物質(zhì)(占總UV-254

5、的50.0%)和三氯甲烷(THMs)前體物質(zhì)(占總 THMFP的45.4%)。二級(jí)出水 DOM經(jīng) SAT系統(tǒng)運(yùn)行后去除了65.1%，其中HPI能夠在 SAT系統(tǒng)中優(yōu)先去除(去除率76.6%)，HPO-A和HPO-N的去除率亦相對(duì)較高。但SAT系統(tǒng)對(duì)二級(jí)出水中芳香性物質(zhì)和THMs前體物質(zhì)的去除率分別為45.7%和45.2%，相對(duì)較低。SAT中的吸附作用對(duì)二級(jí)出水中HPO-A、HPO-N及TPI-A的去除效果較好，而生物作用對(duì) TPI-N和

6、HPI組分優(yōu)先降解。SAT系統(tǒng)中土壤吸附作用較生物降解作用對(duì) DOM的去除貢獻(xiàn)率較低，可通過(guò)在 SAT處理前進(jìn)行GAC強(qiáng)化吸附來(lái)達(dá)到對(duì)二級(jí)出水THMs和芳香性物質(zhì)的高效去除。
　　通過(guò)在 SAT系統(tǒng)中添加粉煤灰(FA)及爐渣可大幅提升 SAT系統(tǒng)對(duì)二級(jí)處理出水中DOM的吸附去除效果，但須降低FA/爐渣的加入對(duì)SAT中生物降解作用的不利影響。二級(jí)出水 DOM中芳香性有機(jī)化合物及 THMs前體物質(zhì)在FA及爐渣改良 SAT系統(tǒng)中去除率大

7、幅提升。由于FA及爐渣的添加增強(qiáng)系統(tǒng)吸附性的同時(shí)降低了土壤中生物活性，故有必要在SAT系統(tǒng)表層(表層25 cm)保留土壤層。總體上，HPI易于被土壤微生物降解，而 HPO-A更易于被 FA/爐渣吸附去除。爐渣在SAT系統(tǒng)中的添加較FA的添加對(duì)二級(jí)出水中DOM的去除效率較高。
　　在15 g/L的粉煤灰投加量、303K和3 h接觸時(shí)間的情況下，粉煤灰對(duì)二級(jí)處理出水中DOC、UV-254及THMs前體物質(zhì)的去除率分別為22.5%、23

8、.7%和25.9%。FA對(duì)DOM各組分的吸附均符合準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)模型，其中粉煤灰對(duì)DOM中HPI組分的吸附亦符合內(nèi)擴(kuò)散模型。從FA對(duì)DOM各組分的最大吸附量(Q0)和吸附過(guò)程吉布斯自由能的變化(ΔG0)可得出FA對(duì)HPI組分的吸附最強(qiáng)，但對(duì)DOM中酸性組分的吸附能力較弱。相較于Freundlich吸附方程，F(xiàn)A對(duì)DOM酸性組分的吸附更符合Langmuir模型，但對(duì)HPI的吸附模擬方面，F(xiàn)reundlich模型要優(yōu)于Langmuir模型

9、。爐渣較粉煤吸附需要較長(zhǎng)的吸附平衡時(shí)間(12 h)，且其吸附受到爐渣粒徑的影響，粒徑大于250目的爐渣在15 g/L的投加量、303K和12 h條件下，可去除二級(jí)出水中28.6%的DOM。此外，酸性條件有利于爐渣對(duì)DOM的高效吸附。爐渣對(duì)二級(jí)出水DOM各組分的吸附均符合準(zhǔn)二級(jí)吸附方程和Freundlich吸附等溫式，且其對(duì)HPO-A組分優(yōu)先吸附，且吸附能力較強(qiáng)。
　　粉煤灰/爐渣改良 SAT可用于實(shí)際 SAT系統(tǒng)對(duì)二級(jí)出水的處理廠