混凝和活性炭吸附去除微污染水源水中DON的研究

溶解性有机氮(dissolved organic nitrogen,DON)作为饮用水中新兴氮消毒副产物(nitrogenous disinfection by-products,N-DBPs)的前体物逐渐受到国内外学者的关注.为探讨混凝和活性炭吸附对微污染水源水中DON的去除机制,首先测定原水中DON、溶解性有机炭(dissolved organic carbon,DOC)、NH4+-N、UV254、pH和溶解氧(dissolved oxygen,DO)等指标和DON、DOC分子量分布;接着通过混凝和活性炭吸附试验来考察原水中DON、DOC和UV254变化,并应用三维荧光光谱对原水中DON变化进行表征.结果表明,微污染水源水中DON、DOC和UV254分别为1.28 mg.L-1、8.56 mg.L-1和0.16 cm-1,DOC与DON比值(DOC/DON)为6.69 mg.mg-1,SUVA为1.87 m-1.(mg.L-1)-1;小分子量(<6 000)DON占较高比例约为68%,大分子量(>20 000)DON占的比例为22%;当混凝剂投加量为10 mg.L-1,DON的去除率大约为20%,DOC和UV254去除率约26%、70%;当活性炭投加量为1.0 g,DON、DOC和UV254的去除率大约为60%、35%、100%;混凝和活性炭吸附组合试验时,对DON、DOC的去除率大约为82%和64%;三维荧光光谱证实,原水中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.     

臭氧预氧化强化混凝对二级出水中DON作用机制探讨

城市污水厂出水越来越多被中水回用或排入河流间接地作为下游水源水,其中所包含的溶解性有机氮(dissolved organic nitrogen,DON)被认为是含氮消毒副产物(nitrogenous disinfection by-products,N-DBPs)的前体物,受到国内外学者的高度关注.为探讨臭氧预氧化强化混凝对二级出水中DON作用机制,不仅分析了不同相对分子量和亲疏水性DON组分变化,而且还考察氯化消毒副产物(disinfection by-products,DBPs)生成潜势;最后结合三维荧光(3DEEM)分析技术,对强化混凝前后DON组成、化学结构特征进行研究.结果表明,臭氧预氧化可以显著提高混凝对DON、DOC和UV254去除效果,其中DON最大去除率提高到3.7倍;pH对臭氧预氧化强化混凝有着重要的影响.随着pH值的增加,DON、DOC和UV254去除率呈下降趋势;Ca~(2+)是臭氧预氧化提高混凝效果的关键因素.随着臭氧浓度增加到8 mg·L~(-1)时,ζ电位由-33 m V上升到-8 m V,Ca~(2+)浓度则从116 mg·L~(-1)下降到89 mg·L~(-1).ζ电位和溶解性Ca~(2+)浓度的线性关系(R~2=0.97)可以表明,只有当Ca~(2+)浓度较高时臭氧预氧化才能显著地提高混凝效果;臭氧预氧化强化混凝处理后,相对大分子量(20×103)和疏水性DON所占比例显著下降,相对小分子量(6×103)和亲水性DON所占比例增加.DBPs的生成潜势总和明显降低,由120.1μg·L~(-1)下降到65.2μg·L~(-1);最后,经3DEEM光谱分析可知,在臭氧预氧化强化混凝过程中DON浓度和DBPs生成潜势变化与3DEEM光谱中3个主要荧光峰有关,分别代表色氨酸类蛋白质、芳香族类蛋白质和富里酸类物质.     

污水中溶解性有机氮类化合物的氯化反应特性及其消毒副产物生成潜能

为探讨城市污水厂二级出水中溶解性有机氮(dissolved organic nitrogen,DON)类化合物的氯化消毒副产物生成潜能及其化学结构变化,首先测定DON、溶解性有机炭(dissolved organic carbon,DOC)、NH4+-N和UV254等指标以及与氯反应前后DON相对分子质量分布,并采用气相色谱测定消毒副产物(disinfection by-products,DBPs)质量浓度,最后应用红外光谱和三维荧光光谱对与氯反应前后的水样进行表征.结果表明,城市污水厂二级出水中DON、DOC、UV254和NH4+-N分别为2.47mg·L-1、14.45 mg·L-1、15.88 m-1和5.42 mg·L-1,DOC与DON比值[m(DOC)/m(DON)]为5.85 mg·mg-1,SUVA为1.09L·(m·mg)-1;与氯反应后,小相对分子质量(Mr<6 000)DON所占比例由70%提高到78%,大相对分子质量(Mr>20 000)DON所占比例从21%降到14%,占较小比例的中等相对分子质量(Mr6 000～20 000)DON基本不变;氯化消毒副产物生成潜能中一氯一溴乙腈(BCAN)质量浓度最大为6.887μg·L-1,三氯乙腈(TCAN)质量浓度最小仅为0.217μg·L-1;与氯反应前,水样的红外光谱出现6个主要吸收区域分别在3 500～3 400、2 260～2 200、1 700～1 640、1 500～1 450、1 150～1 100和850～800 cm-1;与氯反应后水样的红外光谱在1 380～1 350 cm-1和600～550 cm-1增加两个吸收区域;三维荧光光谱证实,与氯反应前后水样中变化与3个主要特征峰有关,分别代表色氨酸类蛋白质、芳香族类蛋白质和富里酸类等物质.     

微污染水源中溶解性有机氮组成规律及其水处理特性

以上海市黄浦江和青草沙长江原水为对象,研究了两大水源水中溶解性有机氮(DON)的含量变化、分子组成特征及其在常规净水工艺中的去除效果,并对DON与常规水处理指标间的相关性进行了分析.结果表明:两种原水以DOC、DON和UV254表征的有机物含量均以小分子量(<5kDa)和亲水性有机物为主;微污染黄浦江原水中同时存在外源性及内源性污染,而青草沙长江原水中内源性污染占主导地位;饮用水常规净水处理工艺对黄浦江原水中DON的去除率为40%,优于长江原水DON的去除率16.7%;黄浦江和长江原水DON浓度与DOC和UV254相关性良好,其相关系数分别为0.59,0.52和0.74,0.51;鉴于常规处理对DON去除效果有限,而DON是导致强三致特性含氮消毒副产物(N-DBPs)的总前体物,因此水厂应通过强化常规、深度处理等手段改善DON在净水工艺中的去除效果.     

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.     

混凝-吸附处理黄河水及对氯消毒中氯衰减的影响

选用2种无机高分子混凝剂聚合氯化铁(PFC)和聚合氯化铝(PAC)处理黄河水,考察了混凝剂的投加量对浊度、UV254、DOC和高锰酸盐指数的去除效果,并结合混凝出水的Zeta电位分析其混凝机制.选择粉末活性炭与混凝联用,研究了混凝剂和吸附剂投加量以及二者的投加顺序对有机物去除效果的影响,并对混凝吸附后出水进行加氯消毒,考察水中残余氯随时间的变化.结果表明,2种混凝剂均有较高的浊度去除率(﹥90%).PAC对UV254、高锰酸盐指数和DOC的去除率分别为29.2%、26.1%和27.9%;PFC对三者的去除率分别为32.3%、23.3%和32.9%.PAC在混凝过程中,电中和作用占主导地位;PFC在混凝过程中,吸附架桥和电中和同时发挥作用.混凝-吸附联用处理黄河水样时,有机物的去除率随混凝剂和吸附剂投加量的增加而升高.先混凝后吸附工艺对UV254和DOC的去除效果优于先吸附后混凝工艺.先使用PAC混凝后吸附对UV254和DOC的去除率分别为95.2%和99.9%;对于PFC,先混凝后吸附对UV254和DOC的去除率分别为90.1%和99.9%.但是先投加粉末活性炭能提高矾花的沉降性能,且处理出水在保持持续消毒效果方面优于前者.     

臭氧-生物活性炭对有机物分子量分布的影响

测定了南方某水厂中试规模的臭氧-生物活性炭工艺不同处理阶段(原水、沉淀水、砂滤水、臭氧化水、生物活性炭出水)有机物(TOC和UV254)的分子量(MW)分布.分析了原水中生物可同化有机碳(AOC)的分子量分布.结果表明,AOC主要属于天然有机物(NOM)中MW<1kDa的部分.MW<1kDa的部分占可溶解性有机碳(DOC)的53%～67%,而AOC只占DOC的2.65%～5.91%,表明去除大部分DOC的臭氧-生物活性炭工艺并不能有效去除AOC.     

微污染水源中溶解性有机氮组成规律及其水处理特性

以上海市黄浦江和青草沙长江原水为对象,研究了两大水源水中溶解性有机氮(DON)的含量变化、分子组成特征及其在常规净水工艺中的去除效果,并对DON与常规水处理指标间的相关性进行了分析.结果表明:两种原水以DOC、DON和UV254表征的有机物含量均以小分子量(5kDa)和亲水性有机物为主;微污染黄浦江原水中同时存在外源性及内源性污染,而青草沙长江原水中内源性污染占主导地位;饮用水常规净水处理工艺对黄浦江原水中DON的去除率为40%,优于长江原水DON的去除率16.7%;黄浦江和长江原水DON浓度与DOC和UV254相关性良好,其相关系数分别为0.59,0.52和0.74,0.51;鉴于常规处理对DON去除效果有限,而DON是导致强三致特性含氮消毒副产物(N-DBPs)的总前体物,因此水厂应通过强化常规、深度处理等手段改善DON在净水工艺中的去除效果.     

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.     

臭氧预氧化对城市污水二级出水可生化性的影响

以臭氧预氧化强化后续曝气生物滤池对城市污水二级出水中难降解有机物净化效率为目的,研究了臭氧预氧化对二级出水可生化性的影响。臭氧投量为10mg/L、接触时间为4min时,臭氧氧化对COD和TOC去除率分别达到25.7%和16.5%;臭氧氧化使二级出水的生物可降解有机碳(BDOC)值提高为原来的2.45倍;臭氧氧化使二级出水中有机物的分子量分布发生了明显的变化:大分子有机物比例减少,小分子有机物比例增加,使分子量小于1kDalton的有机物的比例由原来的52.9%提高到72.6%;通过UV254值变化可知,臭氧氧化能将大多数含有C=C、C=O双键等活性基团破坏;臭氧氧化后,GC/MS检测到的有机物种类和数量明显增多,氧化前后烷烃种类明显增多,而环状结构、羧酸和醇类化合物明显减少。     

臭氧氧化深度处理二级处理出水的研究

以某城市污水处理厂二级处理出水为原水,研究了臭氧氧化深度处理对水中残留有机物以及病原微生物的降解和去除效果.结果表明,臭氧投加量达到6mg/L时,DOC、UV254、色度的去除率分别为15.49%、36.36%、73.61%,环境激素类痕量有机物邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)的去除率分别为37.29%和14.6%,三维荧光光谱荧光峰的各区域有机物质平均去除率在80%以上,DBP出水浓度为2.64mg/L,DEHP出水浓度为1.4mg/L,满足《城市污水再生利用地下水回灌水质》(GB/T 19772-2005)的标准.臭氧投加量达到10mg/L时,出水中指示性微生物粪大肠菌群仍接近103CFU/L,5mg/L有效氯消毒后出水粪大肠菌群仍接近10CFU/L,6mg/L臭氧与5mg/L有效氯组合消毒出水的粪大肠菌群下降至3CFU/L,满足《城市污水再生利用景观环境用水水质》(GB/T 18921-2002)的标准.三卤甲烷(THMs)的生成量随着有效氯投加量的增加而增加,臭氧与氯组合消毒过程与氯单独消毒过程相比,THMs生成量减少了78.08%.     

Effect of different molecular weight organic components on the increase of microbial growth potential of secondary effluent by ozonation

Ozonation has been widely applied in advanced wastewater treatment. In this study, the effect of ozonation on assimilable organic carbon （AOC） levels in secondary effluents was investigated, and AOC variation of different molecular weight （MW） organic components was analyzed. Although the removal efflciencies were 47%-76% and 94%-100% for UV2s4 and color at ozone dosage of 10 mg/L, dissolved organic carbon （DOC） in secondary effluents was hardly removed by ozonation. The AOC levels increased by 70%-780% at an ozone dosage range of 1-10 mg/L. AOC increased significantly in the instantaneous ozone demand phase, and the increase in AOC was correlated to the decrease in UV254 during ozonation. The results of MW distribution showed that, ozonation led to the transformation of larger molecules into smaller ones, but the increase in low MW （〈1 kDa） fraction did not contribute much to AOC production. The change of high MW （〉100 kDa and 10-100 kDa） fractions itself during ozonation was the main reason for the increase of AOC levels. Furthermore, the oxidation of organic matters with high MWs （〉 100 kDa and 10-100 kDa） resulted in more AOC production than those with low MWs （1-10 kDa and 〈1 kDa）. The results indicated that removing large molecules in secondary effluents could limit the increase of AOC during ozonation.     

Kinetics and equilibrium of adsorption of dissolved organic matter fractions from secondary effluent by fly ash

Fly ash was used as a low-cost adsorbent for removing dissolved organic matter (DOM) in secondary effluent. Batch experiments were conducted under various adsorbent dosages, pH, contact time, temperatures and DOM fractional characteristics. Under the optimum conditions of fly ash dosage of 15 g/L, temperature of 303 K and contact time of 180 min, a removal of 22.5% of the dissolved organic carbon (DOC), 23.7% of UV-254, 25.9% of the trihalomethanes precursors in secondary effluent was obtained. The adsorption of DOM fractions onto fly ash all followed the pseudo second-order kinetic model, and the hydrophilic fraction adsorption by fly ash also fitted the intraparticle diffusion model quite well. Freundlich and Langmuir models were applicable to the fly ash adsorption and their constants were evaluated. The maximum adsorption capacities of the adsorptions revealed that fly ash was more effective in adsorbing hydrophilic fraction than the acidic fractions. Structure changes of the DOM fractions after fly ash adsorption were also characterized via spectrum analyzing. Those mechanisms presented critical step toward improved efficiencies of fly ash adsorption via further surface-modification.     

Comparison of different combined treatment processes to address the source water with high concentration of natural organic matter during snowmelt period

The source water in one forest region of the Northeast China had very high natural organic matter(NOM) concentration and heavy color during snowmelt period. The efficiency of five combined treatment processes was compared to address the high concentration of NOM and the mechanisms were also analyzed. Conventional treatment can hardly remove dissolved organic carbon(DOC) in the source water. KMn O4pre-oxidization could improve the DOC removal to 22.0%. Post activated carbon adsorption improved the DOC removal of conventional treatment to 28.8%. The non-sufficient NOM removal could be attributed to the dominance of large molecular weight organic matters in raw water, which cannot be adsorbed by the micropore upon activated carbon. O3+ activated carbon treatment are another available technology for eliminating the color and UV254 in water. However, its performance of DOC removal was only 36.4%, which could not satisfy the requirement for organic matter. The limited ozone dosage is not sufficient to mineralize the high concentration of NOM. Magnetic ion-exchange resin combined with conventional treatment could remove 96.2%of color, 96.0% of UV254 and 87.1% of DOC, enabling effluents to meet the drinking water quality standard. The high removal efficiency could be explained by the negative charge on the surface of NOM which benefits the static adsorption of NOM on the anion exchange resin. The results indicated that magnetic ion-exchange resin combined with conventional treatment is the best available technology to remove high concentration of NOM.     

UV/H2 O2法对印染废水生化出水中不同种类有机物的去除效果

采用UV/H2O2高级氧化法对印染废水生化出水的处理进行研究,探讨了不同反应时间、H2O2投加量、反应初始pH值等因素对UV254,ADMI7.6、DOC和COD去除效果的影响.结果表明,以UV254、ADMI7.6、DOC和COD的去除率为筛选依据,确定出最佳参数组合为:反应初始pH值为原水pH 7.4～8.1,H2O2投加量为4.5 mmol.L-1,紫外光照射时间为50 min,在最佳处理条件下,UV254、ADMI7.6、DOC和COD的去除率分别达到77%、94%、40%和69%.通过XAD-8/XAD-4吸附树脂联用技术将印染废水生化出水中溶解性有机物分为疏水酸、非酸疏水物质、弱疏水物质及亲水物质4类有机物,研究了UV/H2O2氧化工艺对生化出水中各种有机物及色度的去除效果.实验结果表明,对于该印染废水的生化出水,疏水性物质是引起色度的主要物质,所占比例以ADMI7.6表征时为92%,其中以非酸疏水物质的贡献最大,达到53%.UV/H2O2高级氧化法处理此水样中的弱疏水性有机物、疏水酸和非酸疏水物质均有较好的处理效果,对亲水性有机物的处理效果较差.实验表明,相对分子质量>10 000的大分子有机物对DOC和ADMI7.6的去除贡献较大,对UV254的去除贡献接近一半.     

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.     

MIEX预处理技术对长江原水中有机物的去除效能

利用烧杯试验研究了磁性离子交换树脂（magnetic ion exchange resin,MIEX）预处理对长江原水中有机物的去除效能,以总溶解有机碳(DOC)、254 nm紫外吸收值(UV254)、有机物相对分子质量分布、有机物分级、紫外扫描以及消毒副产物生成量等指标进行表征.结果表明,长江水源水中的有机物主要为小分子亲水性有机物,其含量占有机物总量的50%以上;MIEX预处理可以有效降低水中有机物的含量,投加量为10 mL/L、接触时间为15 min时,DOC的去除率超过35%,相对分子质量和分级的测定结果表明,小分子亲水性部分有机物的去除导致了DOC去除效果的改善;从紫外扫描结果可看出,MIEX预处理对在190～250 nm波长时有强吸收的有机物去除效果非常明显,但对在高于250 nm波长处有吸收的有机物去除效果与混凝阶段的效果相近.