城市污水處理廠環(huán)境激素類污染物控制技術研究.pdf

1、環(huán)境激素(EDCs)作為具有高毒性、生物累積性的難降解有機污染物，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，在環(huán)境中的檢出率越來越高，對生態(tài)和人類健康的危害日益嚴重。城市污水是回用水的主要來源，已成為緩解水資源緊缺的必然趨勢，但是回用水中含有的環(huán)境激素類物質(zhì)對污水回用產(chǎn)生的生態(tài)風險日益?zhèn)涫荜P注。因此，對城市污水處理廠環(huán)境激素類污染物控制技術的研究，具有重要的理論指導意義和實際應用價值。
　　本課題是山東省高等學?？萍加媱濏椖?J11LB18)的主要研究

2、內(nèi)容，以三類典型EDCs-多環(huán)芳烴(PAHs)、多氯聯(lián)苯(PCBs)和鄰苯二甲酸酯（PAEs）為研究對象，分析確定了城市污水處理廠典型環(huán)境激素在各污水處理單元的分布和去除規(guī)律;采用水熱法合成了光助Fenton氧化專用納米α-Fe2O3催化劑，并運用XRD、TEM、SEM技術表征了其納米結構;研制了光助活性炭負載納米α-Fe2O3催化氧化固定床反應器，優(yōu)化了光催化氧化固定床反應器的運行參數(shù);測定了其對城市污水處理廠二沉池出水中三類環(huán)境激素

3、的去除效果，探討了環(huán)境激素類污染物的光催化氧化降解反應機理。主要研究工作和成果如下:
　　(1)建立了環(huán)境樣品中PAHs、PCBs和PAEs的GC-MS-MS檢測分析方法，確定了三類EDCs的固相萃取預處理方法、氣相色譜分離條件和質(zhì)譜條件。分析確定了光大水務（濟南）有限公司二廠典型環(huán)境激素在各處理單元的分布和去除規(guī)律:在各處理工藝單元處均檢測到6種PCBs、4種PAHs和6種PAEs，其中，二氯、三氯、四氯聯(lián)苯濃度較高，4種PAH

4、s含量無明顯占優(yōu)的種類，而6種PAEs中DEHP濃度最高;夏季水樣中EDCs含量較冬季高，而污泥中的含量相反;水廠出水中∑PCBs和苯并芘濃度均高于地表水環(huán)境質(zhì)量標準限值，且苯并芘的濃度高出一個數(shù)量級，出水PAEs中DEHP濃度最高，但低于地表水環(huán)境質(zhì)量標準限值;污泥中EDCs的含量遠高于污水中的含量，含量均滿足農(nóng)用標準關于三類環(huán)境激素的含量要求。傳統(tǒng)的污水處理工藝對EDCs的去除效果欠佳，甚至部分環(huán)境激素只是從污水吸附轉(zhuǎn)移到污泥中。<

5、br>　　(2)在課題組前期研究基礎上，探索出一種不需添加任何額外有機試劑且能合成新型光助Fenton氧化用α-Fe2O3納米催化劑的高溫高壓水熱液相合成方法，合成的α-Fe2O3納米粒子形態(tài)為典型的四方體結構，大小70nm左右，尺寸分布較均勻，并且具有良好的分散性。研究了合成溫度對納米晶體形態(tài)的影響（從無規(guī)則到納米方體），以及反應時間對產(chǎn)品物相的影響（時間不足時產(chǎn)品含有α-FeOOH相），得出最佳合成溫度和時間分別為180℃和6h。應

6、用合成納米α-Fe2O3催化Fenton的氧化效果和速率較傳統(tǒng)光Fenton氧化均有顯著提高，且減少40％的FeSO4-Fe投加量。對比普通市購Fe2O3，研究合成的納米α-Fe2O3催化活性更強，使反應體系對紫外光利用率更高，對水中難降解有機物的去除效果和降解速率均有較大提高。
　　(3)制備出適用于本研究的帶擋板廊道式重力流不循環(huán)光催化氧化固定床反應器，光源為紫外光，納米α-Fe2O3催化劑載體為椰殼活性炭，活性炭的改性處理為

7、HNO3氧化改性與N2還原改性相結合方式，催化劑的負載采用高溫吸附固定。反應器主體長107cm，寬45cm，高38cm，實際水深25cm，單廊道寬15cm，反應區(qū)總?cè)莘e約120L。優(yōu)化出反應器的最佳運行條件為:pH=3.0，H2O2投加量40.0mmol/L，CAC投加量800g，F(xiàn)eSO4投加量1.8mmol/L，進水流量Q為0.8 L/min，即相應的水力停留時間T為150min。在最佳運行條件下，光催化反應器對模擬廢水中苯酚的去除

8、率可達90％以上，且反應器的運行穩(wěn)定性高，可靠性強。
　　(4)反應器對三類環(huán)境激素的去除效果顯著，反應器出水α-苯并芘及PCBs、PAEs總量均低于《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》的標準限值。從去除效果看，4種PAHs中萘的去除率最高，熒蒽次之，蒽和α-苯并芘的去除率稍低;隨著聯(lián)苯上被取代的氯原子數(shù)量的增加，去除率有所降低;以氯原子取代的1或1'為參考位置，含有對稱對位取代氯原子的多氯聯(lián)苯去除率稍低，而鄰、間位取代的多氯聯(lián)苯去除率較高;6

9、種PAEs中側(cè)鏈越短越簡單者，越易被氧化去除，側(cè)鏈越長越復雜者，越難以被氧化降解;反應器對PAHs、PCBs和PAEs三類環(huán)境激素的去除率分別為87.20％、82.52％和86.60％。
　　(5)納米α-Fe2O3光催化Fenton氧化體系中，納米α-Fe2O3受到光激發(fā)產(chǎn)生電子-空穴對，光生空穴α-Fe2O3(h+)可直接將環(huán)境激素類物質(zhì)氧化為各種有機自由基，再將自由基降解為小分子物質(zhì)或CO2和H2O;光生電子α-Fe2O3(