典型持久性有機(jī)污染物在城市污水處理過(guò)程中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律研究.pdf

1、持久性有機(jī)污染物(POPs)作為具有高毒性、難降解性、生物蓄積性的有毒有害物質(zhì)對(duì)生態(tài)環(huán)境、生物體及人類健康具有嚴(yán)重危害。隨著現(xiàn)代石化產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,石化產(chǎn)品的不完全燃燒、垃圾燃燒和塑料產(chǎn)品的大量使用,使POPs對(duì)環(huán)境的危害日益嚴(yán)重,而城市污水作為人們生活和生產(chǎn)過(guò)程中污染物排出(或排泄)的載體,集中了大量包括POPs在內(nèi)的各類污染物質(zhì)。在城市污水再生利用已成為必然趨勢(shì)的情況下,回用水中可能殘余的各種有毒有害物質(zhì)尤其是POPs的健康和環(huán)境影

2、響問(wèn)題日益?zhèn)涫荜P(guān)注。因此,有必要系統(tǒng)性研究POPs在城市污水中POPs的存在水平以及在常規(guī)污水處理中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。
　　本課題是國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(50838005)的部分研究?jī)?nèi)容,選擇4類POPs—多環(huán)芳烴(PAHs)、鄰苯二甲酸酯(PAEs)、多氯聯(lián)苯(PCBs)和有機(jī)氯農(nóng)藥(OCPs)作為研究對(duì)象,針對(duì)西安市某污水處理廠的氧化溝處理工藝,開(kāi)展了污水廠各階段出水的長(zhǎng)期水質(zhì)監(jiān)測(cè),結(jié)合實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn),研究了典型POPs在污水二

3、級(jí)生化處理過(guò)程中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律,建立了典型POPs去除的數(shù)學(xué)模型,通過(guò)模擬計(jì)算和理論分析,論述了POPs的去除作用機(jī)理。論文的主要工作和成果如下:
　　(1)優(yōu)化了污水中PAHs、PAEs、PCBs、OCPs的分析檢測(cè)方法,通過(guò)GC-MS對(duì)4類POPs的44種標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行了定性分析,確立了每類POPs的最佳色譜分離和質(zhì)譜檢測(cè)條件:對(duì)于16種PAHs和6種PAEs,宜通過(guò)GC-FID檢測(cè)進(jìn)行外標(biāo)法定量分析;對(duì)于6種PCBs和16種O

4、CPs,宜通過(guò)GC-ECD檢測(cè)進(jìn)行外標(biāo)法定量分析。優(yōu)化的GC-FID和GC-ECD檢測(cè)法具有檢測(cè)時(shí)間短(34.47min和26.62min)、色譜圖分離效果好的特點(diǎn)。通過(guò)各種試樣前處理?xiàng)l件比較,確立了實(shí)現(xiàn)4類POPs同時(shí)回收的固相萃取法,在優(yōu)化的條件下,4類POPs的回收率均可達(dá)到70％以上。
　　(2)針對(duì)西安市某污水廠的氧化溝處理工藝,進(jìn)行了為期1年的各工藝段出水的水質(zhì)監(jiān)測(cè),結(jié)果表明,在進(jìn)廠污水中主要監(jiān)測(cè)到8種PAHs、5種P

5、AEs、5種PCBs和5種OCPs,其中,PAEs濃度最高,為100～102μg/L量級(jí),PAHs濃度次之,為100μg/L量級(jí)及以下,而PCBs和OCPs的濃度水平則在101ng/L量級(jí)及以下。氧化溝工藝對(duì)各種POPs均有明顯的去除效果,多數(shù)POPs的去除率為50%～100%,且POPs的去除主要在生化處理單元完成,沉砂池和二沉池對(duì)POPs去除的作用不明顯。
　　(3)選擇進(jìn)廠污水中檢出濃度較高的萘(NAPT)、菲(PHEN)、

6、芘(PYR)等3種PAHs,鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)、鄰苯二甲酸二-(2-乙基己基)酯(DEHP)等2種PAEs作為典型POPs,通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究了石英砂、高嶺土和黃土等3種無(wú)機(jī)顆粒和實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的活性污泥對(duì)典型POPs的吸附去除過(guò)程。吸附試驗(yàn)結(jié)果表明,無(wú)機(jī)顆粒對(duì)5種典型POPs的吸附符合Langumuir吸附等溫式,且具有放熱過(guò)程的特點(diǎn),但吸附能力有限;而活性污泥對(duì)典型POPs的吸附符合Freundlich吸附等溫式,且具有吸熱過(guò)程

7、的特點(diǎn),吸附能力較無(wú)機(jī)顆粒高出1個(gè)數(shù)量級(jí)以上。無(wú)機(jī)顆粒對(duì)POPs的吸附呈單層吸附的特征,比表面積是影響其吸附能力的重要因素;而活性污泥的網(wǎng)狀絮體構(gòu)造使其對(duì)POPs的吸附具有多層吸附的特征,從而吸附能力增大。對(duì)于作為吸附質(zhì)的典型POPs而言,其辛醇-水分配系數(shù)(lgkow)直接影響其在顆粒上的吸附,lgkow大的POPs易于被吸附去除。
　　(4)根據(jù)污水二級(jí)生化處理的工藝特點(diǎn),研究了污水廠中POPs去除的揮發(fā)作用、吸附作用和生物降

8、解作用機(jī)理,建立了三種作用的定量計(jì)算方程式。各種典型POPs在三種作用下的去除均與其分子結(jié)構(gòu)和物化參數(shù)有關(guān),其中吸附作用下的去除取決于POPs在液固兩相間的分配系數(shù)Kp,它與吸附等溫式的參數(shù)密切相關(guān),通過(guò)污水處理過(guò)程物料平衡關(guān)系分析,提出了基于上述三種作用的典型POPs去除量計(jì)算數(shù)學(xué)模型。以監(jiān)測(cè)的污水廠為例確定了與污水處理工藝相關(guān)的計(jì)算參數(shù),對(duì)三種作用去除的分析計(jì)算結(jié)果表明,揮發(fā)在各種POPs去除中的作用極小,可忽略不計(jì);不同的POPs

9、生化降解性不同,NAPT、DBP和PHEN的生化降解去除率分別為13.7%、3.5%和1.5%,而PYR和DEHP的生化降解去除率均在0.1%以下,說(shuō)明吸附是POPs去除的主要作用機(jī)理。針對(duì)吸附作用建立了基于吸附分配系數(shù)Kp的POPs吸附去除率計(jì)算模型,在以氧化溝中活性污泥作為POPs吸附主體的條件下,計(jì)算結(jié)果表明POPs吸附去除率隨Kp值增大而增大,且在較高Kp值時(shí)趨于一定值。污水廠的實(shí)測(cè)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果具有良好的吻合性。
　　論