改良土壤含水層處理系統(tǒng)對溶解性有機物的去除效能.pdf

1、將城市污水處理廠(WWTP)二級出水經土壤含水層處理(SAT)后回用對于解決當前我國水資源短缺意義顯著。由于溶解性有機物(DOM)是再生水加氯消毒過程中三氯甲烷(THMs)等消毒副產物的前體物質，受到環(huán)境學者越來越多的關注。本研究首先采用XAD樹脂分級技術將DOM分為疏水性有機酸(HPO-A)、過渡親水性有機酸(TPI-A)、疏水性中性有機物(HPO-N)、過渡親水性中性有機物(TPI-N)和親水性有機物(HPI)，并借助加氯消毒實驗、

2、紅外光譜、三維熒光光譜等多種實驗手段分別考察了WWTP各構筑物在冬夏兩季運行過程中對生活污水中DOM的去除特點，二級出水DOM在后續(xù)SAT處理過程中的去除機制；在此基礎上，為了強化傳統(tǒng)SAT的去處效果，進而研究了粉煤灰及爐渣改良SAT系統(tǒng)對二級出水中DOM的去除機理；最后本文對粉煤灰及爐渣對DOM的吸附機制及吸附特性進行了系統(tǒng)研究。
　　HPI為生活污水DOM最主要的組分(夏季占原生活污水總有機物的60.5％，而冬季為57.4%)

3、，其次為HPO-A組分(夏季為20.3%，冬季為23.2%)，而HPO-N、TPI-A及TPI-N組分的含量相對較低。通過WWTP的運行，生活污水中89.7%的溶解性有機碳(DOC)、52.6%的UV-254及86.4%的THMs前體物質在夏季運行過程中被有效去除，在冬季運行過程中，生活污水中DOC和THMs前體物質在污水處理廠運行過程中的去除率分別下降至88.2%和85.5%。WWTP中初次沉淀池(PST)構筑物對生活污水DOM中疏水

4、性組分中芳香性物質及THMs前體物質去除有效(特別在冬季低溫條件下)。A/O構筑物能夠有效去除生活污水中含量最高、分子量最小的HPI組分，尤其在夏季運行條件下。與此同時，PST構筑物對酸性組分和疏水性組分中THMs前體物(C=C和C=O相關)的去除上意義顯著。
　　HPI和HPO-A為二級出水 DOM中最主要組分(分別占總 DOC含量的45.5%和30.0%)，其中HPO-A為二級出水 DOM中最主要的芳香性物質(占總UV-254

5、的50.0%)和三氯甲烷(THMs)前體物質(占總 THMFP的45.4%)。二級出水 DOM經 SAT系統(tǒng)運行后去除了65.1%，其中HPI能夠在 SAT系統(tǒng)中優(yōu)先去除(去除率76.6%)，HPO-A和HPO-N的去除率亦相對較高。但SAT系統(tǒng)對二級出水中芳香性物質和THMs前體物質的去除率分別為45.7%和45.2%，相對較低。SAT中的吸附作用對二級出水中HPO-A、HPO-N及TPI-A的去除效果較好，而生物作用對 TPI-N和

6、HPI組分優(yōu)先降解。SAT系統(tǒng)中土壤吸附作用較生物降解作用對 DOM的去除貢獻率較低，可通過在 SAT處理前進行GAC強化吸附來達到對二級出水THMs和芳香性物質的高效去除。
　　通過在 SAT系統(tǒng)中添加粉煤灰(FA)及爐渣可大幅提升 SAT系統(tǒng)對二級處理出水中DOM的吸附去除效果，但須降低FA/爐渣的加入對SAT中生物降解作用的不利影響。二級出水 DOM中芳香性有機化合物及 THMs前體物質在FA及爐渣改良 SAT系統(tǒng)中去除率大

7、幅提升。由于FA及爐渣的添加增強系統(tǒng)吸附性的同時降低了土壤中生物活性，故有必要在SAT系統(tǒng)表層(表層25 cm)保留土壤層?？傮w上，HPI易于被土壤微生物降解，而 HPO-A更易于被 FA/爐渣吸附去除。爐渣在SAT系統(tǒng)中的添加較FA的添加對二級出水中DOM的去除效率較高。
　　在15 g/L的粉煤灰投加量、303K和3 h接觸時間的情況下，粉煤灰對二級處理出水中DOC、UV-254及THMs前體物質的去除率分別為22.5%、23

8、.7%和25.9%。FA對DOM各組分的吸附均符合準二級吸附動力學模型，其中粉煤灰對DOM中HPI組分的吸附亦符合內擴散模型。從FA對DOM各組分的最大吸附量(Q0)和吸附過程吉布斯自由能的變化(ΔG0)可得出FA對HPI組分的吸附最強，但對DOM中酸性組分的吸附能力較弱。相較于Freundlich吸附方程，F(xiàn)A對DOM酸性組分的吸附更符合Langmuir模型，但對HPI的吸附模擬方面，F(xiàn)reundlich模型要優(yōu)于Langmuir模型

9、。爐渣較粉煤吸附需要較長的吸附平衡時間(12 h)，且其吸附受到爐渣粒徑的影響，粒徑大于250目的爐渣在15 g/L的投加量、303K和12 h條件下，可去除二級出水中28.6%的DOM。此外，酸性條件有利于爐渣對DOM的高效吸附。爐渣對二級出水DOM各組分的吸附均符合準二級吸附方程和Freundlich吸附等溫式，且其對HPO-A組分優(yōu)先吸附，且吸附能力較強。
　　粉煤灰/爐渣改良 SAT可用于實際 SAT系統(tǒng)對二級出水的處理廠