自然光和UV辐照下二级出水DOM及毒性的变化

为了探明自然光和紫外光（UV）对二级处理出水中溶解性有机物（DOM）及其毒性效应的削减特性，研究了在自然光和UV两种不同光源的辐照条件下，二级处理出水中DOM的光谱特性、遗传毒性和植物毒性变化，阐明了毒性效应变化的成因.结果表明：相比于自然光照，UV辐照可以明显降低二级处理出水的UV₂₅₄，并达到21%矿化.自然光和UV均可降低二级处理出水中有色溶解性有机物（CDOM），但去除的组分有所差异.同时，自然光照与UV辐照均可降低二级处理出水的遗传毒性，其削减率分别达到92%和61%.遗传毒性的变化与CDOM荧光强度变化有显著相关性.UV辐照可降低二级处理出水的植物毒性，削减率达到81%，而自然光照对二级处理出水植物毒性的削减率仅为19%，削减效果较差.利用UPLC-MS检测二级出水中的除草剂，发现植物毒性削减的差异主要是由于自然光照下二级处理出水中的阿特拉津降解缓慢，表观降解速率常数为0.0033h^-1；但是UV辐照下二级处理出水中的阿特拉津可快速降解，其表观速率常数为0.2225h^-1.这为污水厂排放水毒性效应控制及生态安全保障提供了一定的依据.     

某微污染水源自来水厂的纳滤深度处理效果研究

采用一级四段纳滤组合工艺处理南方某微污染水源自来水厂的传统净水工艺段出水,考察了纳滤膜工艺对出水水质的提升效果.结果表明,纳滤对常规水质指标与微量有机物有较好的去除效果,对混凝沉淀池出水中TOC和UV_(254)的去除率在95%以上(出水TOC≤0.3 mg·L~(-1),UV254≤0.005 cm~(-1));对卤乙酸、三卤甲烷前体物、多环芳烃和有机氯农药的截留率分别在62%、85%、50%和95%左右,使用UMU-SOS测试的出水遗传毒性低于检出限,不同段纳滤膜对相对分子质量较大的消毒副产物前体物与有机氯农药的去除率未呈现明显差异,但对相对分子质量较小的多环芳烃去除效果呈现明显差异,表明纳滤主要依靠物理截留去除水中相对分子质量较大的有机物,对相对分子质量较小的有机物则存在较大的局限性.与之相比,水厂目前使用的双级臭氧-生物活性炭深度处理工艺对传统净水工艺出水中多环芳烃、有机氯农药、遗传毒性的去除截留率分别仅为17%、62%、80%左右,显示纳滤对微量有机物的去除效果更为理想.     

基于A2/O处理工艺的生活污水的成组生物毒性评价

为了更加准确评估城市生活污水的综合生物毒性以及处理工艺对污水毒性的削减状况,本研究通过发光菌急性毒性、遗传毒性、雌激素活性检测方法对A~2/O工艺处理前后污水的毒性进行评价,同时通过斑马鱼暴露实验分析污水和回用水对水生生物内分泌干扰效应的作用模式.结果表明,污水厂进水具有较强的急性毒性、遗传毒性以及雌激素活性,水质较差.经二级生物处理后,上述毒性显著性降低,污水厂出水水质提高.但污水出水雌二醇当量为1.89 ng·L-1,仍可能会对受纳水体的水生生物产生潜在危害.浓缩2.5倍的水样导致雄性斑马鱼肝脏的卵黄原蛋白基因(vtg1)和雌激素受体基因(esr1)的表达水平显著上升,由此可以得出污水可通过干扰目的基因的表达来调控水生生物的内分泌活动.而esr1基因在肝脏的表达被抑制说明污水可能具有抗雌激素作用,同时反映进行生物毒性效应分析时应从多个组织或器官考虑,以获得比较全面的信息.     

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.     

城市污水中的生物毒性及其臭氧削减效果研究

分别利用酵母双杂交和umu试验对5个城市9个污水处理厂进出水中生物遗传毒性和视黄酸受体(BAR)结合活性进行了调查.并考察了臭氧氧化对这两种生物效应的去除效果.结果表明,城市污水中存在不同程度的生物遗传毒性和视黄酸受体(RAR)结合活性,通过生物处理可以大幅削减污水中的RAR结合活性和生物遗传毒性,但污水厂出水中仍然普遍具有遗传毒性,部分残留RAR结合活性.5～10mg·L-1的臭氧可以有效削减二级出水中残留的BAR结合活性和遗传毒性,是一种有效的提高水质安全性的污水深度处理技术.     

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）.     

TiO_2/MWCNTs光催化氧化法深度处理焦化废水生化尾水

文章采用简单的溶胶凝胶-物理负载法制备了TiO_2/MWCNTs复合光催化剂,利用傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射和紫外-可见漫反射光谱等表征方法对TiO_2/MWCNTs的物理化学性质进行了表征,并将其应用于H_2O_2协同光催化氧化法深度处理焦化废水生化尾水中。结果表明,TiO_2主要为锐钛矿相,MWCNTs掺杂后降低了TiO_2的禁带宽度。MWCNTs掺杂量（MWCNTs/TiO_2质量比）为0.50%时,TiO_2/MWCNTs的光催化活性最高,H_2O_2的加入显著提高了光催化氧化效率。TiO_2/MWCNTs投加量为1.0g/L,H_2O_2的投加量为1.5mL/L,废水初始pH值为3,反应时间为150min时,焦化废水生化尾水的COD、UV_(254)、色度、TOC的去除率分别为65.22%、88.71%、89.74%和46.56%。自由基捕获实验表明,·O_2^-是光催化氧化过程中最主要的活性组分。TiO_2/MWCNTs经5次重复使用后,对焦化废水生化尾水COD和UV_(254)的降解效率仍然可以达到67.49%和83.83%,表明催化剂稳定性良好。     

市政污水A/DAT-IAT系统中溶解性有机物表征与生态安全

为了解决市政污水处理出水水质安全与无害化问题,以改良的SBR——A/DAT-IAT工艺为依托,对A/DAT-IAT工艺进水,连续曝气池(DAT)上清液及间歇曝气池(IAT)出水的溶解性有机物(dissolved organic matter,DOM)采用超滤膜法进行了相对分子质量分级,并进行了TOC、UV254、3D-EEM及发光菌毒性测试,探索市政污水毒性的主要物质来源.结果表明,实验室规模的A/DAT-IAT工艺对市政污水各分子量区间的有机物均有较好的去除效果.腐殖质是污水处理厂出水中主要物质,且天然水体中难去除的腐殖质及处理过程中形成的腐殖质成分是二级出水中主要的荧光物质.沿污水处理流程,DOM的组成呈现出由低分子量向高分子量转化的趋势,相对分子质量<1×103区间的物质芳香性显著增加,导致IAT出水与氯的反应活性增高,产生消毒副产物的风险增加.与进水毒性主要来源于原水中相对分子质量<1×103的小分子物质相同,IAT出水的毒性也主要来源于相对分子质量<1×103的小分子物质,但与原水中的小分子物质不同,主要是生物处理过程中产生的类腐殖质.结合对TOC、UV254、3D-EEM及毒性的分析,小分子的类腐殖质是二级出水有机物含量达标、氯化消毒副产物控制及毒性控制应该重点考虑去除的对象.在之后的研究中,应该根据这部分物质进行工艺调节及针对性处理单元的添加.     

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.     

水中安乃近高级氧化法去除及其产物的毒性评价

在实验室规模下,利用UV、H2O2、UV/H2O2、Fenton和UV/Fenton等高级氧化技术降解安乃近并对其降解产物进行毒性评价.在对各参数(pH值、H2O2投加量、Fe2+投加量、光照时间)优化的基础上,用TOC去除率和降解率对降解效果进行评价.安乃近及其光催化降解中间产物在水溶液中的毒性通过其对普通小球藻的生长抑制作用评价,并以96h的半数效应浓度(EC50)表示.结果表明,UV/Fenton对安乃近的降解率最大(96%),最佳降解条件为pH3,Fe2+、H2O2浓度分别为2,140mg/L.初期降解产物的生物毒性比母体化合物大,其EC50达到最小值(13.65mg/L),随降解时间的延长,EC50值逐渐增大,在180min为44.07mg/L,小球藻生长状况良好,表明含低浓度安乃近的水溶液经过UV/Fenton法处理后对水中生物已不具有危害作用.     

Toxicity-based assessment of the treatment performance of wastewater treatment and reclamation processes

The reclamation and reuse of wastewater is one of the possible ways to relieve the serious fresh water resource crisis in China. Efficient reclamation treatment technologies ensure the safe reuse of reclaimed water. In order to screen out and evaluate technologies appropriate for reclamation treatment, a great deal of efforts have been brought to bear. In the present study, a toxicity-based method including a Photobacterium phosphoreum test for acute toxicity and SOS/umu test for genotoxicity, accompanied by the traditional physicochemical parameters DOC (dissolved organic carbon) and UV₂₅₄ (absorbance at 254 nm), was used to measure the treatment performance of different reclamation processes, including the anaerobic-anoxic-oxic biological process (A²O) and subsequent physical/chemical reclamation processes (ultrafiltration, ozonation, chlorination). It was found that for the secondary effluent after the A²O process, both the toxicity and physicochemical indices had greatly decreased compared with those of the influent. However, chemical reclamation processes such as ozonation and chlorination could possibly raise toxicity levels again. Fortunately, the toxicity elevation could be avoided by optimizing the ozone dosage and using activated carbon after ozonation. It was noted that by increasing the ozone dosage to 10 mg/L and employing activated carbon with more than 10 min hydraulic retention time, toxicity elevation was controlled. Furthermore, it was shown that pre-ozonation before activated carbon and chlorination played an important role in removing organic compounds and reducing the toxicity formation potential. The toxicity test could serve as a valuable tool to evaluate the performance of reclamation processes.     

DNBF-O3-GAC组合工艺深度脱除氮磷及代谢产物

为提高污水厂尾水水质,本研究采用新型缓释碳源复配海绵铁、活性炭作为反硝化生物滤池的复合填料,分别以模拟二级处理出水和实际污水厂尾水为进水,考察了复合缓释碳源填料反硝化生物滤池-臭氧-活性炭(DNBF-O_3-GAC)组合工艺同步脱氮除磷及去除微生物代谢产物的性能,并借助Mi Seq高通量测序技术分析了反硝化生物滤池生物膜中的微生物群落结构特征.结果表明,组合工艺取得了较好的脱氮除磷及微生物代谢产物的效果:模拟配水阶段和实际尾水阶段NO_3~--N平均去除率分别达到88.87%、79.99%;TP平均去除率分别达到87.67%、65.51%;UV254平均去除率分别达到45.51%、49.23%.组合工艺各处理单元具有不同的功能:NO_3~--N、TN、TP、TFe的变化主要发生在反硝化生物滤池反应器中;UV254、三维荧光强度的变化主要发生在臭氧-活性炭反应器中.微生物在属水平进行聚类分析结果表明,反硝化脱氮系统存在硫自养反硝化菌和异养反硝化菌,当实际尾水阶段碳源相对不足时,硫自养反硝化作用有了显著加强,Thiobacillus(硫杆菌属)的占比由7.44%上升至29.62%,硫自养反硝化与异养反硝化形成的这种互补作用延长了新型缓释碳源的使用周期.     

臭氧-曝气生物滤池组合工艺处理石化二级出水的试验研究

采用臭氧-曝气生物滤池组合工艺对石化废水厂二级出水进行深度处理,系统探讨了pH值对臭氧氧化单元的影响,组合工艺对废水中COD、UV254的去除效果,对废水中有机物相对分子质量分布以及荧光物质含量的影响.结果表明,在臭氧投加量为10 mg·L-1,接触时间为4 min,pH值偏碱性时,臭氧预氧化石化二级出水效果较好.臭氧氧化能将大分子有机物转化为小分子物质,使得相对分子质量小于1 000的有机物比例增加约15%,有效提高了废水的可生化性,有利于后续曝气生物滤池的运行.在曝气生物滤池的停留时间为3 h,气水比为3∶1时,组合工艺对COD、UV254的去除率分别达到40.8%和45.8%.在最佳运行条件下,进水平均COD为86.5 mg·L-1时,组合工艺出水平均COD为49.4 mg·L-1.     

不同光源下TiO2/ACF同时脱硫脱硝实验研究

实验室制备了负载型二氧化钛光催化剂TiO₂/ACF,利用自行设计的光催化反应器,在紫外和可见2种光源下进行了同时脱硫脱硝试验,确定了最佳的试验条件,比较了2种不同光源下的脱除效率.结果表明,烟气中氧含量、反应温度、烟气含湿量、光照强度等是影响光催化的主要因素,在紫外光源的照射下,负载型TiO₂/ACF光催化剂脱除SO₂和NO的效率分别达到99.7%和64.3%,在可见光源的照射下,负载型TiO₂/ACF光催化剂脱除SO₂和NO的效率分别达到97.5%和49.6%, 5次平行试验结果表明,平行数据的标准偏差S较小.通过反应后吸收液的离子色谱分析,推测了2种不同光源下同时脱硫脱硝的反应机制.     

不同氧化剂辅助光催化反应对提高木质纤维素酶解效果的影响

木质纤维素以其可再生、丰富等优点成为可替代能源的理想选择,然而木质纤维素的致密结构使得后续的酶解过程极其困难,因此木质纤维素的预处理显得尤为重要.为了探讨氧化剂对光催化反应预处理木质纤维素的影响,在TiO₂/UV体系中添加不同种类的氧化剂对稻秆进行预处理,考察TiO₂/UV体系中影响光催化的因素〔ρ（TiO₂）、溶液pH及光催化时间〕,并进一步探讨在TiO₂/UV体系中添加O₃、SPC（过碳酸钠）、K₂S₂O₈及KIO₄等氧化剂对稻秆酶解效果的影响.结果表明:在TiO₂/UV体系中,当光催化时间为3 h、ρ（TiO₂）为10 g/L、pH为8时,稻秆的酶解效果最佳（310.17 mg/g）.TiO₂/UV/O₃光催化体系对稻秆的预处理效果强于TiO₂/UV/氧化剂体系,TiO₂/UV/O₃体系预处理稻秆酶解后产生的w（还原糖）最高,达到356.40 mg/g.TiO₂/UV/O₃体系预处理稻秆成分分析显示,木质素去除率为15.52%.FE-SEM（场发射扫描电镜）、FT-IR（红外光谱）及PXRD（X-射线粉末衍射）等表征分析结果表明,TiO₂/UV/O₃体系预处理能够对稻秆结构进行破坏.研究显示,TiO₂/UV/O₃光催化体系对稻秆进行预处理能够有效提高酶解效率.      

藻类水体Cd2+毒性快速监测新方法研究

采用藻类生长抑制试验和光合活性抑制试验两种方法对蛋白核小球藻受不同浓度Cd2+胁迫作用下叶绿素浓度及藻活性荧光参数进行测量,依据Sigmoidal曲线拟合及单因素方差分析(one-way ANOVA)的方法对Cd2+不同胁迫时间下藻活性抑制率和96 h比生长率抑制率的相关性进行研究.结果表明,48、53、72、77和96 h的藻活性抑制率和96 h比生长率抑制率间具有较好的S函数关系(R2>0.95),因此可采用藻活性抑制率48 h-EC10和53 h-EC10来代替96 h的藻类半数比生长率抑制率EC50进行Cd2+藻类毒性实验评价.进一步分析了蛋白核小球藻受Cd2+胁迫48 h和53 h藻活性抑制率和Cd2+毒性当量的剂量-效应关系.该方法为实验室内单一Cd2+毒性的监测提供了一种快速有效的新方法,为水环境综合毒性预警提供了一种切实可行的方法依据.     

TiO2光催化联合技术降解苯酚机制及动力学

主要研究了TiO2光催化体系结合H2O2或外加电催化(EC)体系对苯酚催化降解效率的影响,评价比较TiO2/UV、H2O2/UV、TiO2/UV/H2O2、TiO2/UV/EC体系下苯酚降解机制及动力学.结果表明,TiO2/UV/H2O2和TiO2/UV/EC体系下苯酚降解效率明显高于TiO2/UV体系,当苯酚溶液pH值为6,TiO2质量浓度0.2 g·L-1,紫外光照2 h,光催化降解效果达到86%,当电流密度为12 mA·cm-2,则苯酚可达到100%去除.比较了不同催化体系下的能量利用率,苯酚降解15 min,TiO2/UV/EC体系能量利用率最大为0.030 6 g·(kW·h)-1,其能量消耗为0.0640 kW·h-1,说明采用TiO2/UV/EC体系能更多地利用能量降解苯酚.通过不同催化体系下中间产物分析,建立苯酚及其中间产物对苯二酚、邻苯二酚和苯醌的拟一级降解动力学模型,通过模型验证各催化体系下苯酚的降解历程,同时也说明了TiO2/UV/EC体系有利于苯酚及其中间产物的降解.