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.     

臭氧-混凝耦合工艺污水深度处理特性及其机制

针对传统混凝工艺对溶解性有机物去除效果有限的问题,本文利用臭氧-混凝耦合工艺对污水处理厂二级出水进行深度处理.与相同混凝剂投量下的预臭氧-混凝工艺和传统混凝工艺相比,该耦合工艺处理效果明显优于预臭氧-混凝工艺和传统混凝工艺的处理效果.在两种pH条件下耦合工艺对溶解性有机污染物的去除率最大,分别为37.96%和39.66%.为了进一步明确该耦合工艺去除溶解性有机物的机制,测定了两种pH和有无混凝剂Al Cl3·6H2O存在时对臭氧衰减的影响,结果表明较高的pH和有混凝剂存在时都能够加快臭氧的分解速度.同时,选择羟基自由基(·OH)的指示剂对氯苯甲酸(p-CBA)间接计算了·OH的暴露量,结果表明耦合工艺中存在涉及·OH产生的高级氧化机制,而混凝剂可以提高臭氧化工艺中·OH的产量.当混凝剂与臭氧接触后,铝系混凝剂及其水解产物将作为催化剂促进臭氧分解为氧化能力更强的·OH,强化臭氧化效果,提高溶解性有机物的去除效率.     

电凝聚臭氧化耦合工艺混凝剂水解形态分析 ——基于单/双电极排布

探究了不同初始pH值和不同电极布置条件下电凝聚臭氧化耦合工艺(E-HOC)中混凝剂的水解形态特征,同时进行了效能分析.结果表明,初始pH值为5时,E-HOC工艺具有更高的有机物去除效率,与单极排布的E-HOC工艺相比,双极排布的E-HOC工艺的有机物去除效率提高了12.29％,能耗降低了1.74kWh/g,法拉第效率提...     

基于2D-COS分析的难凝聚有机物臭氧化特性研究

基于二维相关光谱分析,对污水厂二级出水难凝聚有机物的臭氧化特性进行了研究.结果表明,混凝很难去除污水厂二级出水中的溶解性有机物,污水厂二级出水溶解性有机物大部分属于难凝聚有机物,以腐殖酸类物质为主.臭氧氧化可以降低二级出水混凝后上清液的色度及UV₂₅₄,去除率分别可达到70%和40%以上,但是对难凝聚有机物的去除率较低,去除率在10%以下,只是与难凝聚有机物进行了反应,改变其性质.同时,臭氧可以降低二级出水中难凝聚有机物的荧光强度,其中腐殖酸类物质的荧光强度降低较为明显.基于不同臭氧投加量下难凝聚有机物的同步荧光分析,可以得到二级出水难凝聚有机物的二维相关光谱,结果表明,腐殖酸类物质对臭氧氧化最为敏感,腐殖酸类物质与富里酸类物质相比会优先和臭氧反应.     

芬顿阴极-电凝聚臭氧气浮工艺处理MBR出水特性

为去除垃圾渗滤液MBR出水有机物,以铝(Al)为阳极,碳聚四氟乙烯(C-PTFE)为阴极构建了芬顿阴极-电凝聚臭氧气浮工艺,通过与常规电絮凝阴极(Al和SS)对比,探明了该工艺对垃圾渗滤液MBR膜出水的去除特性.结果表明:在pH5和臭氧流量为300mL/min时,芬顿阴极体系相比于SS和Al阴极体系对COD的去除率分别...     

臭氧-紫外预处理对高有机物原水混凝效果的影响

以腐殖酸为模型污染物,分别考察了臭氧氧化、紫外照射及臭氧-紫外联合预处理过程对高有机物原水混凝性能的影响.结果表明,3种预处理方式均对原水中的溶解性腐殖酸具有明显的矿化作用.紫外及臭氧-紫外联合预处理还对后续的混凝过程具有强化作用.随着臭氧投量的增加和紫外照射时间的延长,混凝过滤出水的TOC和浊度呈明显下降趋势.当臭氧浓度(O3/C)达到9.0 mg/mg时,预处理对腐殖酸的去除率可以达到47%,过滤出水TOC含量为3.5 mg/L,浊度为2.6 NTU;紫外光照射3 h可去除原水中52%的溶解性有机物,其出水TOC为2.0 mg/L,浊度低于1.0 NTU.臭氧-紫外联合预处理后的混凝效果要明显优于二者单独作用的系统.在联合预处理系统中,当预臭氧浓度(O3/C)为1.0 mg/mg紫外照射时间为1 h时,过滤出水TOC为2.6 mg/L,且浊度低于1.0 NTU.不同预处理条件下的矿化作用主要是通过.OH实现的,同时.OH还对溶解性腐殖酸的团聚结构产生破坏作用,使其稳定性降低,从而促进了混凝过程对有机物的去除.     

高藻原水预臭氧强化混凝除藻特性研究

采用有机物表观分子量分级、树脂分级等手段表征了原水有机物特征,通过实验室试验和中试运行对预臭氧强化混凝藻类去除效果、溶解性有机物（dissolved organic carbon,DOC）的变化和去除、消毒副产物的控制等进行了研究,并利用藻类活性测试研究了预臭氧强化混凝除藻机制.结果表明,采用适当浓度的臭氧（如1.0 mg·L^-1）进行预氧化,可有效提高藻类去除率,从常规混凝沉后水的55%～85%上升到95%左右,最高去除率达到99.3%（预臭氧1.0 mg·L^-1,PACl 3.0 mg·L^-1）;THMFP(trihalomethanes formation potential)总体去除效果从常规处理的117 μg·L^-1降至46 μg·L^-1;高投量（≥2.0 mg·L^-1）预臭氧,促进了藻类灭活,但影响了有机物的去除.藻类活性评价臭氧氧化和常规水处理过程对藻类作用存在显著差别.常规混凝对藻类活性影响不明显,不同剂量混凝剂对藻类活性影响差异不大;而臭氧对水体中的藻类有灭活作用,在0.5～2.0 mg·L^-1臭氧条件下,藻类活性降低至12以下,且该指标随着臭氧剂量的加大显著降低.紧随其后的混凝过程中,混凝剂或者其水解过程的某些成分对臭氧灭活藻类有增效/催化作用.与传统的显微计数法相比,藻类活性试验更明确地表征水处理过程对藻类生存状态的影响,为水处理除藻机制研究和工艺设计提供更清晰的信息.     

城市污水地下回灌深度处理技术

以城市污水地下回灌为回用目的,研究了不同的污水深度处理工艺,并着重研究了去除二级生物处理出水中有机物的处理工艺.研究结果表明,采用臭氧氧化和粉末活性炭预处理后再经土壤渗滤回灌,可大大改善水质,水中溶解性有机碳浓度可降至3mg／L以下,通过静态吸附实验选出了适于处理二级出水的粒状活性炭,并运用ADSA软件对有机物在活性炭上的吸附行为进行分析.将活性炭的动态实验同混凝、过滤结合起来,研究不同组合工艺对有机物的去除效果,筛选出了适于城市污水处理厂二级出水地下回灌的预处理工艺,其出水溶解性有机碳浓度低达3～4．5mg／L以下.     

臭氧耦合陶瓷膜过滤对膜性能及出水消毒副产物的影响

利用臭氧（O₃）-陶瓷膜过滤（CMF）处理常规工艺出水,研究了不同O₃-CMF耦合方式对膜性能和消毒副产物（DBPs）的影响.结果表明,与单独CMF相比,异位O₃-CMF和原位O₃-CMF均可以有效缓解膜污染,原位O₃-CMF控制效果最佳.异位O₃-CMF对进水（常规工艺出水） DOC去除率（26.25%）略高于原位O₃-CMF（22.31%）,但是其SUVA去除率（83.91%）明显低于原位O₃-CMF（93.10%）.羟基自由基（·OH）生成特征表明原位O₃-CMF可促进O₃产生更多的·OH.在O₃、·OH氧化和陶瓷膜截留协同作用下,异位O₃-CMF和原位O₃-CMF出水中总荧光响应强度和相对分子质量大于0.3×10³,有机物含量降低,进而使得出水中含碳消毒副产物（C-DBPs）生成量分别降低了21.86%和32.35%,含氮消毒副产物（N-DBPs）生成量分别降低了16.16%和19.13%.但O₃和·OH氧化后生成的小分子有机物因难以被CM截留导致其在出水中含量增加,进而增加了卤代酮（HKs）、水合氯醛（CH）和三卤硝基甲烷（THNMs）的产生.本研究对于不同O₃-CMF方式下O₃与CM的协同机制的探讨,改善膜性能和提升DBPs前体物的去除具有一定指导意义.     

臭氧-混凝交互作用对混凝效果的影响

采用臭氧-混凝联用(臭氧与混凝剂同时投加)和预臭氧混凝(预臭氧后待水中臭氧浓度为0后再投加混凝剂)两种方式处理水样,分析其氧化、混凝效果和消毒副产物生成势(DBPFP)等的差异,研究臭氧-混凝交互作用对处理效果的影响.结果表明,联用和预臭氧混凝效果之间存在明显差异.联用工艺中臭氧与混凝剂间发生交互作用,导致混凝剂水解形态分布发生改变是影响混凝效果的重要原因.联用处理后水样的浊度高于预臭氧混凝,主要原因之一在于臭氧降低了混凝剂水解形态分布中Alb的含量;Cl-DBPFP低于预臭氧混凝出水,是混凝剂Al Cl3及其某些水解形态对臭氧具有催化氧化的作用,促进了消毒副产物前驱物的氧化降解所致.联用对MCAA和CF生成势的去除效果显著强于预臭氧混凝,其中MCAAFP分别为5.6μg·L-1和16.9μg·L-1,CFFP分别为12.5μg·L-1和24.1μg·L-1.臭氧与混凝剂交互作用显著影响混凝效果及消毒副产物的生成,是臭氧和混凝配合使用安全性研究中需要重点关注的内容.因而,相关科研和实际水处理工艺中必须明确预臭氧及混凝剂投加位点和相对次序.     

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.     

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.     

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。     

微气泡臭氧催化氧化-生化耦合工艺深度处理煤化工废水

采用微气泡臭氧催化氧化-生化耦合工艺对煤化工废水生化出水进行深度处理,考察耦合系统处理性能及不同臭氧投加量和进水COD量比值的影响.结果表明,微气泡臭氧催化氧化处理能够有效降解废水中难降解含氮芳香族污染物,去除部分COD并释放氨氮,显著提高废水可生化性,臭氧利用率接近100%,无需进行臭氧尾气处理;同时为生化处理提供充足溶解氧(DO),实现生化处理对COD和氨氮的进一步有效去除,生化处理无需曝气.在系统出水回流比为30%、臭氧投加量和进水COD量之比为0.44 mg·mg~(-1)的运行条件下,耦合系统处理性能较好.微气泡臭氧催化氧化处理对COD去除率为42.5%,臭氧消耗量与COD去除量比值为1.38 mg·mg~(-1),臭氧利用率为98.0%;生化处理对COD去除率为42.3%;耦合系统整体COD去除率为66.7%,最终平均出水COD浓度为91.5 mg·L~(-1),估算整体臭氧消耗量与COD去除量比值为0.68 mg·mg~(-1),具有较优的技术经济性能.     

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.      

混凝沉淀-UF工艺去除二级出水中ARGs效能研究

为了研究混凝沉淀-UF工艺对城市污水处理厂二级出水中ARGs（抗生素抗性基因）去除的影响,以PACl（聚合氯化铝）和PFS（聚合硫酸铁）作为混凝剂,采用qPCR（实时荧光定量聚合酶链式反应）和EEM（三维荧光光谱）等分析混凝沉淀-UF工艺对ARGs的削减及其影响因素.结果表明:① PACl、PFS投加量（分别以Al、Fe计,下同）分别为0.85、0.50 mmol/L时,与直接UF工艺相比,混凝沉淀-UF工艺对水中各类ARGs的去除量高2~3个数量级,其中PACl-UF工艺的效果更好,去除量为2.51~3.52个数量级;对水中DOC（溶解性有机碳）、富里酸类及溶解性微生物代谢产物的去除效果更好,DOC去除率由18%升至36%.②直接UF、PACl-UF、PFS-UF 3种工艺膜进、出水的线性拟合结果显示,ARGs浓度与ρ（DOC）、16S rDNA浓度均呈显著正相关.研究显示,混凝沉淀-UF工艺可以有效去除二级出水中的ARGs,且有机物、16S rDNA的去除有助于ARGs的削减.