强化混凝和改性活性炭对二级出水DON的作用机制

探讨强化混凝和改性活性炭对城市污水厂二级出水中溶解性有机氮（DON）作用机制,分析相对分子量以及亲疏水组分变化,并考察氯化消毒副产物生成势变化特征,结合三维荧光（3DEEM）光谱分析手段,对强化混凝和活性炭吸附前后DON组成,化学结构特征进行研究.结果表明：强化混凝可以明显提高DON的去除效果,DON去除率通过pH值强化混凝提高到1.45倍,臭氧强化混凝提高到2.06倍,PAC强化混凝提高到2.09倍,PAM强化混凝提高到1.96倍.活性炭对DON吸附过程更符合准二级动力学模型.DON吸附过程中,酸改性活性炭表面主要是π-π色散力作用机理,而碱改性活性炭表面主要是给电子-受电子复合物形成机制.在强化混凝和活性炭吸附作用下,DON的相对分子量和组分发生较大变化,而消毒副产物的生成势大幅下降.经3DEEM和光谱区域体积积分法（FRI）分析,在强化混凝和活性炭吸附过程中DON及消毒副产物生成潜势与荧光区域Ⅱ和区域Ⅳ所代表物质有关.     

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.     

臭氧-混凝交互作用对水体有机物的影响

研究臭氧在纯水和混凝剂[Al_2(SO_4)_3]溶液中残余浓度的变化;采用差异吸收分析(differential absorbance,DA)、三维荧光(three dimensional fluorescence excitation-emission matrix spectroscopy,3D-EEM)和气相色谱(gas chromatograph,GC)、总有机碳分析(total organic carbon analyser,TOC)等研究水体有机物(富里酸)光谱特征、有机物和消毒副产物(DBPs)生成量在预臭氧、预臭氧-混凝(POC)以及臭氧-混凝联用(OC)后的差异;研究臭氧和混凝联合作用对有机物氧化程度及其对DBPs生成的影响.结果表明POC与OC作用存在明显差别,臭氧与混凝剂Al_2(SO_4)_3存在交互作用.交互作用主要体现在:(1)臭氧-混凝联用时臭氧降解速率加快;且臭氧降解中自由基产量相对增加.当臭氧投量2 mg·L~(-1),Al3+含量为1 mg·L~(-1)、3 mg·L~(-1)时,自由基捕获量比单独臭氧分别高15.2%和23.9%.(2)联用和预臭氧-混凝对有机物反应的差异,体现在OC有机物去除率低于POC,二者对有机物的反应途径不同;进而导致有机物与消毒剂反应的差异以及DBPs生成的差异.联用对DOC的去除能力明显强于单独臭氧和单独混凝,但弱于预氧化-混凝.当O3浓度为1 mg·L~(-1)、Al3+1 mg·L~(-1)时POC处理后二氯乙酸生成势(DCAAFP)和三氯乙酸生成势(TCAAFP)分别为47μg·L~(-1)和20.5μg·L~(-1),三氯甲烷生成势(CFFP)为97.8μg·L~(-1),较原水分别降低51%、64.6%和41.5%;而相应臭氧-混凝处理后DCAAFP和TCAAFP分别为48.4μg·L~(-1)和21.4μg·L~(-1),CFFP为117.3μg·L~(-1);较原水分别降低49.6%、63%和29.5%.同等臭氧投量下,增加混凝剂的剂量,POC和OC处理效果的差异进一步扩大.为保证用水安全和处理效率,臭氧和混凝联用时对臭氧的浓度、投加位置、混凝剂的种类等都需要进一步的研究论证,慎重选择.     

KMnO4预氧化强化混凝沉淀对太湖高藻水DON去除研究

利用小试试验研究了KMnO₄预氧化强化混凝沉淀对模拟太湖高藻水中的溶解性有机氮(DON)的去除效能,并通过分子量分布测定、双向电泳等手段初步分析了其作用机理。结果表明,当KMnO₄浓度为1.00 mg∕L,预氧化时间为30 min,PAC浓度为20 mg∕L时,对DON去除率为36.0%,浊度去除率和藻细胞去除率分别为88.3%、93.0%。KMnO₄预氧化强化混凝沉淀可作为水源水高藻爆发时去除DON的应急处理预案。     

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。     

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.     

微污染原水预臭氧化-强化混凝处理及其安全性

以强化混凝和臭氧氧化技术为核心建立了中试水处理设备,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及其THMFP特征;通过实验室试验和中试运行对预臭氧和强化混凝技术应用中有机物去除效果、消毒副产物THM的产生和消除进行了研究;研究了臭氧应用中可能形成的相关副产物甲醛、溴酸盐等对饮用水安全性影响的问题.结果表明:预臭氧-强化混凝处理效果较好,采用适当浓度的臭氧(如1.0mg·L-1)进行预氧化,可以有效提高有机物去除率,从常规混凝滤后水的33.7%提高到48%,有机物浓度降到1.385mg·L-1;THMFP总体去除效果从常规处理的131μg·L-1降至53μg·L-1;未出现甲醛、溴酸盐超标的问题,对余铝没有显著影响,安全性较高;但是,AOC含量比常规混凝和强化常规混凝升高,可能增进微生物的繁殖和对管网等的腐蚀,需要进一步控制.     

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.     

臭氧氧化工艺对污水处理厂二级出水的处理特性

城镇污水处理厂深度处理单元采用臭氧氧化和臭氧催化氧化工艺可对溶解性难降解有机物进行强化去除。针对臭氧氧化的选择性和臭氧催化氧化去除COD的稳定性,以污水处理厂二级出水为研究对象进行臭氧氧化小试和中试试验,考察不同进水水质情况下臭氧氧化的效果,臭氧氧化后污水可生化性和NH₃-N的变化情况以及臭氧催化氧化去除COD的稳定性。研究结果表明:臭氧氧化对不同水质进水COD的去除效果差异较大,对含有较多饱和有机酸的污水处理效果有限,且臭氧氧化处理后污水BOD₅和NH₃-N均未升高。臭氧催化氧化去除COD的效果与催化剂的吸附饱和程度相关。因此,建议设计城镇污水处理厂臭氧氧化和臭氧催化氧化工艺前需进行小试实验明确对COD的去除效果,臭氧催化氧化小试实验需进行90 d以上或试验至臭氧催化剂达到吸附饱和,不建议在臭氧氧化工艺后增设生物滤池和曝气生物滤池。     

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.     

强化混凝技术处理二沉池出水的正交试验研究

某城市污水处理厂二沉池出水拟采用强化混凝技术进行深度处理后用作邻近发电厂的冷却用水。为了指导生产运行,采用正交试验对强化混凝技术的主要影响因素进行了研究。结果表明：影响因素的主次顺序为助凝剂投加量>搅拌转速>接触污泥浓度>絮凝阶段的pH。强化混凝技术处理该二沉池出水的最佳运行工况：PAM浓度为0.3 mg/L,接触污泥浓度为2.5 g/L,搅拌转速为80 r/min,pH为6.0。在最佳运行工况下,浊度由10.0 NTU降至0.5 NTU以下,TP浓度由1.5 mg/L左右降至1.0 mg/L以下,最低可达0.2 mg/L,优于GB/T 19923—2005《城市污水再生利用 工业用水水质》的相关要求。     

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.     

Cu2+在混凝中对富里酸氯化消毒副产物的影响

混凝实验采用硫酸铝作为混凝剂,以富里酸（FA）为目标物,考察Cu²⁺对浊度、溶解性有机碳（DOC）去除效果和氯化消毒副产物生成势（DBPsFP）的影响,并采用三维荧光光谱（3DEEM）和超滤膜分级对混凝出水进行表征.结果表明,Cu²⁺可以通过络合反应提高混凝过程对FA中亲水性组分和芳香结构DBPs前驱体的去除效果.在pH> 7时,可以使二氯乙酸生成势（DCAAFP）和三氯甲烷生成势（TCMFP）明显降低.Cu²⁺-混凝的作用更倾向于影响FA中分子量级分处于10~30kDa的物质,提高其对DOC和DBPs生成势的去除效果.     

臭氧对有机物混凝的影响

采用PDA(Photometric Disperse Analysis)和有机物表观分子量分级、有机物化学极性分级技术从絮体形成过程、絮体表现、有机物分子水平变化等方面研究了臭氧预氧化对混凝过程的影响;并对比了不同混凝剂在预臭氧条件下的混凝过程和效率.结果表明:臭氧预氧化对混凝过程有复杂的影响,其剂量和水体有机物特征决定了其对混凝的整体影响效果.有机物分级显示,臭氧化对有机物结构有重要影响,导致有机物极性、亲水性组分含量大幅提高(36.7%),小分子量组分(<10×10³)大幅增高(100%左右);但总的DOC去除率不高(3.28%).对PACl而言,在中、低剂量(O₃/TOC<0.7)下,臭氧对絮体形成过程影响较小,但对絮体沉降性和浊度去除已经有阻碍作用.在中、高剂量下(O₃/TOC>0.7),对絮体形成有显著滞后,浊度、有机物去除效率下降.AlCl₃对臭氧化作用反应敏感,臭氧化在试验剂量条件下,对絮体形成和浊度、有机物去除都有明显的阻碍作用.     

低温污水前置强化混凝

研究低温对强化混凝过程的影响,合成新型复合混凝剂(Synth A),利用膜分离分级、三维荧光光谱(3DEEM)和紫外差异分析等技术研究常温、低温(2~5℃)条件下强化混凝对溶解性有机物、溶解性有机氮等的去除特征及其对后续生物处理的影响.结果表明,常温下氯化铝(AlCl_3)、聚合氯化铝(PACl)和Synth A混凝后浊度去除率和颗粒态COD、N去除率,胶态COD、N去除率高度相关;与相应溶解态指标关系不明确.混凝对溶解性有机物荧光响应值的去除率远高于溶解态COD的去除率.溶解性有机氮(DON)是除颗粒氮(PN)和胶态氮(CN)外,前置混凝分离去除总氮(TN)的主要部分.低温对强化混凝的影响主要体现在,低温抑制上述3种混凝对浊度和COD去除,且抑制程度依次为AlCl_3PAClSynth A;低温对颗粒态、胶态和溶解态COD、N的混凝去除效果产生不同程度的影响,且对颗粒态和胶态COD、N的负面影响较大.低温原水溶解性有机物荧光响应值较常温原水大幅度升高.低温混凝对荧光响应值及紫外差异吸收的影响较常温更为显著.低温条件下,Synth A对TN、DN及DON的去除率较常温略有提高,保持了对PN和CN的去除能力,投量为30 mg·L-1以上时,DON去除率约为28.5%~41.7%,而常温仅为17%~31.4%.采用前置混凝分离去除大量COD和一定量的TN,能大幅减少曝气池停留时间,稳定TN控制效果.因而冬季采用Synth A等低温适应性强的混凝剂强化前置混凝可以在一定程度上弥补生化效率降低,缓解脱氮压力,稳定处理效果.