污水厂二级出水中难凝聚有机物的臭氧化特性

以城市污水处理厂二级出水为原水,研究臭氧化处理对水中难凝聚有机物的去除效果.结果表明单独混凝对水中有机物的去除率较低,混凝过程中未被去除的有机物属于难凝聚有机物,加入臭氧进行氧化,随着臭氧投加量的增加,二级出水色度和UV254去除率逐渐增大,而DOC去除率变化较小.当臭氧投加量(以O3/DOC计)增加至1.5 mg·mg-1时,色度、UV254和DOC的去除率分别为45%、34%和20%,说明臭氧易于与不饱和结构有机物反应,而直接氧化的矿化能力较弱.为进一步明确二级出水有机物种类和含量的变化,测定了混凝和不同臭氧投加量下有机物的相对分子质量和三维荧光光谱.结果表明混凝对有机物含量的影响很小,而臭氧能够优先氧化分解难凝聚有机物中的大分子物质,明显减弱腐殖质类物质的荧光峰强度,但不改变荧光峰位置.同时采用光电子能谱分析有机物结构的变化规律,结果表明混凝能够去除含羧基类官能团有机物,而臭氧则易于与含苯环类难凝聚有机物反应,随着臭氧投加量的增大,脂肪类饱和有机物含量有所升高.     

再生水中色度物质的识别及其臭氧去除特性

针对我国再生水普遍存在的色度问题,以天津市某污水厂二级出水为研究对象,采用三维荧光光谱和GC/MS技术对其进行组成分析,结果表明:再生水中主要带色物质为富里酸与腐殖酸类物质,同时还存在偶氮二甲酸二乙酯、N,N-二甲基乙醇胺、苄醚、1,4-二甲基吡啶氯化物等导致再生水色度的带色有机物。在再生水的臭氧降解实验中,臭氧可有效降解再生水中的富里酸与腐植酸类物质,去除率分别达到96.5%、97.3%。臭氧对再生水的色度与CDOM(有色溶解有机物)的降解也表现出了良好的效果,2 min内去除率可分别达到93.1%、86.2%。并且在色度物质的臭氧降解过程中,臭氧的直接反应占据主导地位,而并非与·OH的间接反应。该结果对再生水臭氧氧化工艺的设计应用有现实的指导意义。     

电凝聚臭氧化耦合工艺的有机物处理特性及去除机制解析

以污水厂二级出水溶解性有机物强效去除为目的,本研究构建了电凝聚臭氧化耦合（E-HOC）体系,明确了该体系对污水厂二级出水及布洛芬的处理特性,探明了有机物的强化去除机制.结果表明,在pH5条件下,E-HOC工艺对二级出水溶解性有机物的去除效果更优,相较于臭氧氧化、电絮凝工艺、预臭氧化-电絮凝工艺、电絮凝串联臭氧工艺以及化学混凝工艺分别提高了46.4%、20.0%、19.4%、36.1%和49.7%.为进一步明确该耦合工艺去除溶解性有机物的机制,基于淬灭实验和EPR特征峰谱图分析,证实了金属盐混凝剂可作为催化剂有效地提高羟基自由基（·OH）的产量,揭示了该耦合体系存在臭氧混凝协同增效（SOC）反应.傅立叶红外的分析结果表明,Al阳极电解产生的混凝剂水解物表面羟基为SOC反应中产生·OH的活性位点.基于有机物在E-HOC体系中的动力学特性,解析了耦合体系中有机物的去除机制,SOC反应和臭氧氧化反应在E-HOC体系的有机物去除过程中作用显著,SOC反应为·OH的生成提供了一种新的途径.     

臭氧/活性炭协同作用去除二级出水中DON

为探讨臭氧氧化和活性炭吸附对城市污水厂二级出水中溶解性有机氮(DON)的去除机制,首先测定二级出水DON、溶解性有机炭(DOC)、UV254、pH值等指标.接着通过臭氧氧化试验和活性炭吸附试验来考察二级出水中DON、DOC和UV254变化,以及DON分子量分布和DON亲疏水性变化,并应用三维荧光光谱对二级出水中DON变化进行表征.结果表明,当臭氧投加量为8mg/L,DON的去除率大约为33.9%,DOC和UV254去除率约21.2%、66.7%;当活性炭投加量为2.0g/L,DON、DOC和UV254的去除率大约为43.4%、27.6%、92.2%;臭氧氧化和活性炭吸附组合试验时,对DON的去除率大约为83.3%和81.5%;臭氧氧化提高小分子量( 20kDa)的DON所占比例;活性炭吸附降低小分子量( 20kDa)DON所占比例为;臭氧氧化和活性炭吸附都提高亲水性DON所占比例,而降低疏水性和过渡性DON所占比例;三维荧光光谱证实,二级出水中DON变化与3个主要峰有关,分别代表物质为色氨酸类蛋白质、芳香族类蛋白质和富里酸类物质.     

MIEX中试实验对二级出水中有机物去除的3DEEM解析

利用三维荧光光谱研究了磁性离子交换树脂（magnetic ion exchange resin,MIEX）对污水厂二级出水中有机物的去除特征.结果表明,磁性树脂处理二级出水过程中,两级反应过程和进水流量对DOC和UV254有较显著的去除效果,去除率分别达到25.5%～53.5%和27.6%～52.2%,其中50 L.h-1流量条件下,出水中DOC和UV254浓度分别为3.29 mg.L-1和0.057cm-1.水中芳香族蛋白质或酚类物质和类腐殖酸物质荧光强度较高,磁性树脂使二级出水中色氨酸类芳香族蛋白质、芳香族蛋白质、腐殖酸类荧光强度分别下降38.2%、85.8%和85.7%,腐殖酸和富里酸峰消失,并露出溶解性微生物代谢产物荧光峰.不同进水流量条件下,色氨酸类芳香族蛋白质荧光强度下降率和芳香族蛋白质或酚类物质荧光强度下降率与进水流量的负相关性最好,50～100 L.h-1流量条件对各类荧光物质的去除率影响最大.磁性树脂与二级出水中色氨酸类芳香族蛋白质和芳香族蛋白质或酚类物质有更好的线性置换关系（R2=0.834 8）,磁性树脂对二级出水中芳香族蛋白质或酚类物质的置换作用则最显著（a=850.2）.     

基于PARAFAC分析的二级出水DOM臭氧化特性研究

基于三维荧光平行因子分析(PARAFAC analysis),对污水处理厂二级出水溶解性有机物(DOM)在不同臭氧投加量下的反应特性进行了研究,PARAFAC分析确定了污水厂二级出水中共有3个荧光组分,其中组分1为蛋白质类物质,组分2和3为腐殖质类物质.当臭氧为0.98mgO3/mgTOC时,3个组分中的荧光基团均可以和臭氧发生比较彻底的反应.线性回归分析表明,臭氧与组分1和组分2中荧光基团的反应可以很好地解释臭氧化对色度、UV254、UV280的去除.HPLC-SEC的结果进一步验证了PARAFAC的分析结果.同时,对于蛋白类物质组分1而言,臭氧主要和其中小分子物质的荧光基团发生反应,与其大分子物质几乎不发生反应.     

臭氧氧化二级出水有机物可生化性研究

通过臭氧氧化北京3个典型城市污水处理厂二级出水,考察臭氧对二级出水有机物可生化性的提高作用.采用批量试验方法,通过调整臭氧投加时间控制臭氧投加浓度为2、4、6、8、10 mg/L.结果表明,UV254与比紫外消光度SUVA(UV254/DOC)随臭氧投加量而降低,臭氧投加量为6 mg/L时,UV254与SUVA分别降低54.4%与56.6%以上;BOD5/COD、BDOC与BDOC/DOC分别提高30%、360%与360%以上,表明适当的臭氧投加量可提高二级出水难降解有机物的可生化性;三维荧光指纹光谱分析臭氧氧化前后二级出水中有机物的变化规律,表明该污水处理厂二级出水的荧光有机物主要为芳香族蛋白类物质和腐殖质类物质,臭氧可显著去除该类有机物.     

污水厂二级出水溶解性有机物臭氧化特性研究

采用液相色谱荧光检测器将三维荧光图谱与凝胶色谱分子量分布相结合,对污水处理厂二级出水溶解性有机物(EfOM)的臭氧化反应特性进行了研究.结果表明臭氧会使得二级出水溶解性有机物三维荧光强度明显降低.HPLC-SEC的结果表明臭氧不会改变腐殖质类物质的分子量分布,但臭氧会与小分子蛋白类物质发生反应.根据制备液相的分析结果,小分子蛋白类物质中含有大量苯环及其他共轭结果物质,因此臭氧会优先与小分子蛋白类物质发生反应.同时,XPS分析结果表明臭氧在低投加量下就会与苯环结构反应,提高脂肪类饱和有机物含量,随着投加量进一步升高,含氧官能团(羰基,羧基)数量有所升高.     

电凝聚臭氧化耦合工艺的二级出水处理特性与机理研究

构建电凝聚臭氧化耦合工艺对城市污水处理厂二级出水进行深度处理,研究了不同初始pH值、臭氧投加量和电流密度对二级出水处理效果的影响.结果表明,当初始pH值为5、臭氧投加量为1.5 mg·mg^-1、电流密度为15 mA·cm^-2时,该工艺处理效果达到最佳,二级出水中溶解性有机物的去除率可达到58.6%.与单独电絮凝和臭氧氧化工艺相比,耦合工艺对有机物有更好的去除效果.由于金属盐水解产物可以作为臭氧化的催化剂,为了甄别其活性点位,将磷酸盐引入体系中,结果表明磷酸盐占据了混凝剂水解产物表面的羟基,从而阻碍了臭氧与水解铝盐混凝剂之间的反应,使得有机物的去除率降低,傅立叶红外（FT-IR）分析的结果进一步证明表面羟基是产生的铝盐混凝剂催化臭氧化的活性点位.为了进一步明确该耦合工艺去除溶解性有机物的机理,选择对氯苯甲酸（pCBA）探针法间接证明和电子顺磁共振（EPR）实验直接证明体系中羟基自由基（·OH）的存在,结果表明,电凝聚臭氧化耦合工艺较单独臭氧氧化工艺产生了更多的·OH,说明电絮凝产生的铝盐混凝剂水解产物可以作为催化剂催化臭氧产生·OH,提升体系对有机物的去除效率.     

强化混凝对二级处理出水中溶解性有机物特性的影响

以沈阳市B污水处理厂二级处理出水为研究对象,采用FeCl3.6H2O作为混凝剂,研究了强化混凝对二级处理出水中溶解性有机物(DOM)的卤代活性和荧光特性的影响.按照DOM在XAD树脂上的吸附特性将其分为5个部分:疏水性有机酸(HPO-A)、疏水性中性有机物(HPO-N)、过渡亲水性有机酸(TPI-A)、过渡亲水性中性有机物(TPI-N)和亲水性有机物(HPI).结果表明,强化混凝(混凝剂投加量为80mg.L-1,pH=5.00)对DOC的去除率为55.3%.强化混凝对HPO-A的去除率最高,而对HPI的去除率最低.强化混凝后,HPO-N的三卤甲烷生成活性(STHMFP)上升,而其他4种DOM组分的STHMFP下降.强化混凝能够有效去除类富里酸荧光物质和具有高环数和高聚合度的稠环类芳香性荧光物质.强化混凝对DOM组分的去除率和DOM组分的荧光强度下降率的相关性不显著.     

Tracking the reactivity of ozonation towards effluent organic matters from WWTP using two-dimensional correlation spectra

The characteristics of effluent organic matter (EfOM) from a wastewater treatment plant (WWTP) during ozonation were investigated using excitation and emission matrix (EEM) spectra, Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and high-performance size exclusion chromatography (HPSEC) at different ozone dosages. The selectivity of ozonation towards different constituents and functional groups was analysed using two-dimensional correlation spectra (2D-COS) probed by FT-IR, synchronous fluorescence spectra and HPSEC. The results indicated that ozonation can destroy aromatic structures of EfOM and change its molecular weight distribution (MWD). According to 2D-COS analysis, microbial humic-like substances were preferentially removed, and then the protein-like fractions. Terrestrial humic-like components exhibited inactivity towards ozonation compared with the above two fractions. Protein-like substances with small molecular weight were preferentially reacted during ozonation based on 2D-COS probed by HPSEC. In addition, the selectivity of ozone towards different functional groups of EfOM exhibited the following sequence: phenolic and alcoholic CO groups?>?aromatic structures containing CC double bonds?>?aliphatic CH. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) further elucidated the preferential reaction of aromatic structures in EfOM during ozonation.     

Degradation of dissolved organic matter in effluent of municipal wastewater plant by a combined tidal and subsurface flow constructed wetland

Dissolved organic matter (DOM) is an important constituent of wastewater treatment plant (WWTP) effluent. A novel combined tidal and subsurface flow constructed wetland (TF-SSF-CW) of 90 L was constructed for a ten-month trial of advanced treatment of the WWTP effluent. Excitation emission matrix (EEM) fluorescence spectroscopy, parallel factor (PARAFAC) analysis and a two end-member mixing model were employed to characterize the composition and removal process of the effluent DOM (EfOM) from the WWTP. The results showed that the TF-SSF-CW performed an efficient EfOM removal with dissolved organic carbon (DOC) removal rate of 88% and dissolved organic nitrogen (DON) removal rate of 91%. Further analysis demonstrated that the EfOM consisted mainly of two protein moieties and two humic-like groups; protein moieties (76%) constituted the main content of EfOM in raw water and humic-like groups (57%) became the dominating contributor after treatment. The EfOM from the WWTP was mainly of aquatic bacterial origin and evolved to a higher proportion of terrigenous origin with higher humification in the TF-SSF-CW effluent. A common controlling treatment-related factor for determining the concentrations of the same kind of substances (protein groups or humic-like groups) was revealed to exist, and the ratio of removal rates between the same substances in treatment was calculated. Our study demonstrates that the TF-SSF-CW can be a novel and effective treatment method for the EfOM from WWTPs, and is helpful for understanding of the character of EfOM in wetland treatment.     

ASBR处理食品废水中DOM转化过程的荧光光谱

利用厌氧序批式反应器(ASBR)处理食品废水,结合三维荧光光谱技术考察不同反应时段废水中溶解性有机物(DOM)的光谱特征和物质来源,并建立DOM特征峰荧光强度与氨氮浓度的关系.工艺运行结果表明:食品废水经过ASBR处理后,进水的COD从1100mg/L降至91mg/L,COD去除率达到91.73%,说明ASBR反应器可有效降解食品废水中的有机物质.三维荧光光谱显示,5种物质的特征荧光峰,即高激发波长色氨酸(峰A)、低激发波长色氨酸(峰B)、可见光区富里酸(峰C)、紫外光区富里酸(峰D)、类腐殖酸(峰E).随着厌氧生物处理的进行,峰A、峰B和峰C的荧光强度表现为先增加后减少的趋势;峰D荧光强度表现为微弱增加趋势;峰E荧光强度为先减少后增加趋势.荧光光谱指数FI、HIX、BIX表明,废水具有明显生物源特征.建立高激发波长色氨酸、低激发波长色氨酸特征峰荧光强度与色氨酸荧光强度之和与氨氮浓度在反应周期内的相关性,其相关系数分别为0.8136、0.9390、0.9153,说明可通过三维荧光光谱技术快速监测食品废水厌氧生物处理过程中的氨氮浓度.     

HRT对城市污水厂尾水反硝化深度脱氮的影响

污水厂尾水回用作为水源时,其ρ(TN)较高是亟待解决的问题. 在调研污水厂尾水水质的基础上,利用MBBR(移动床生物膜反应器)对其进行深度脱氮,并考察HRT(水力停留时间)对不同填料(聚乙烯和陶粒)的MBBR运行效果的影响. 结果表明,NO₃--N是尾水中氮的主要形态,其质量浓度约占ρ(TN)的80.8%±8.4%. HRT分别为12、8和4 h时,对NO₃--N去除率影响不大,均能达到90%以上,但反硝化能力随着HRT的缩短而成倍增加;HRT为4 h时各反应器的反硝化能力最大,聚乙烯和陶粒MBBR中分别为(28.4±14.5)和(27.4±14.3)mg/(L·d)(以NO₃--N计). 随着HRT的减少,COD_Cr去除率呈降低趋势. 三维荧光分析表明,进、出水中均含有类富里酸和类蛋白质等DOM物质. HRT为8 h时MBBR对DOM的去除率最高,聚乙烯填料MBBR对有机污染物的去除效果略优于陶粒填料. 综合考虑氮和有机污染物去除效能,聚乙烯和陶粒填料MBBR优化HRT均为8 h.      

超声强化下多相催化臭氧体系处理印染尾水

随着我国对水环境质量要求逐步提高,对于纺织印染废水处理提出了更为严格的排放要求.臭氧(O₃)工艺已常用于纺织印染废水深度处理,但存在臭氧利用率低、氧化不彻底等问题.该研究通过自制陶粒催化剂,构建多相催化臭氧氧化体系,以期改善接触条件,提高处理效率,同时在此基础上引入超声波进一步强化体系处理效率.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)表征了陶粒催化剂,考察了催化剂投加量、超声波频率对印染尾水的COD_Cr去除率,并通过三维荧光光谱、GC/MS等分析了反应前后尾水中有机物的变化特征.结果表明:①自制陶粒催化剂表面较为粗糙,晶面尺寸在36~50 nm之间,投入后可提高臭氧(O₃)体系对印染尾水的COD_Cr去除率(提高了10%~15%),具有较好的催化效率.②引入超声波可进一步提升体系的氧化效率,当超声频率为200 kHz时,出水ρ(COD_Cr)可达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅴ类要求.③自制陶粒催化剂与超声波的引入主要促进了芳香性蛋白和溶解性微生物代谢产物的氧化分解,且有效地破坏了长链烷烃、环状烷烃、复杂苯系物等有机物,从而实现印染尾水中ρ(COD_Cr)的进一步降解.研究显示,自制陶粒催化剂协同超声波可提高O₃体系对印染尾水的矿化效率且绿色环保,可为我国水环境敏感区域内纺织印染企业或园区废水深度处理工艺的选择提供参考依据.      

超声波催化臭氧去除滤后水中有害有机物

文章以松花江水为原水,研究其滤后水的深度处理,包括臭氧氧化、超声波处理及超声波催化臭氧氧化工艺。研究重点为有毒有害有机物(POPs)在深度处理前后的变化。采用GC-MS进行了定性与半定量分析。结果表明超声波催化臭氧氧化对有毒有害类物质有非常明显的去除效果。超声处理、臭氧氧化、超声波催化臭氧氧化10min后有毒有害有机物的去除率高达62.8%、88.0%、90.6%;其中内分泌干扰物(EDCs)的去除可分别达到17.88%、5.77%和94.93%。可见超声波催化臭氧氧化对有毒有害及内分泌干扰类物质去除有十分明显的优势。