二级出水有机物对典型PPCPs臭氧降解的影响研究

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污水处理厂二级出水是药品和个人护理用品(PPCPs)进入水环境的主要来源,由于传统生物处理工艺效率较低,导致大量难生物降解PPCPs进入水环境中。臭氧氧化是去除污水中PPCPs的有效手段之一,而广泛共存的二级出水有机物(EfOM)及其组成和浓度对PPCPs臭氧氧化降解效率和机制起着至关重要的作用。因此,本文以臭氧氧化为PPCPs污染控制技术,针对模拟EfOM和真实二级出水体系,系统研究了不同初始pH值、臭氧浓度和EfOM浓度对PPCPs臭氧降解规律的影响,重点剖析了 EfOM的四种有机组分对PPCPs臭氧降解效率和机制的影响;对污水处理厂二级出水的水质特性进行了研究,并系统探讨了其中EfOM对典型PPCPs臭氧降解效果的影响。本文研究结果初步揭示了EfOM各组分对PPCPs臭氧降解的不同影响规律和作用机理,为实际二级出水中PPCPs臭氧降解效率变化的原因分析提供了理论依据、为臭氧工艺参数选择和优化提供了方法指导。主要研究成果如下:(1)在模拟EfOM体系(包括超纯水体系)实验中,选取腐殖酸(HA)、牛血清蛋白(BSA)、海藻酸钠(AGS)和葡聚糖(Dextran)作为模型EfOM的四种典型有机组分,考察了其对四种具有不同臭氧反应速率的PPCPs(kO3范围从Dextran≈DW(超纯水)≈AGS>BSA的规律;其中,HA可提高.OH的生成速率从而加快臭氧抗性类型PPCPs降解效率,使反应速率常数提升3倍,去除率提高17.5%;而BSA则明显抑制·OH的生成从而降低臭氧抗性类型PPCPs降解速率。(2)在模拟EfOM体系(包括超纯水体系)实验中,·OH生成量和PPCPs臭氧降解效率均随着溶液初始pH的增加而增大。当pH由7增加至10时,多糖类物质中·OH生成量的增加不显著。溶液初始pH值显著影响HA对臭氧抗性类型PPCPs臭氧降解效果。pH=4时,共存HA可以促进·OH生成及臭氧降解,但随着pH的升高,HA赋存形态发生改变,HA对臭氧抗性类型PPCPs臭氧降解效果表现出抑制作用。HA初始浓度(以TOC计)对臭氧抗性类型PPCPs的臭氧降解效果影响有双重作用:当HA初始浓度为1 mg/LTOC时,其促进作用最为显著;当HA初始浓度提高至10 mg/LTOC时,表现出抑制作用。(3)在真实二级出水体系实验中,以泰兴某化工园区污水处理厂二级出水为研究对象,水质特性分析表明,其浓度在16mg/LTOC以下,pH值为7.89~8.65,Cl-浓度为 14.44~62.23 mM,NO3-浓度为 0.30~0.96 mM,SO42-浓度为 7.63~16.15 mM;二级出水中主要含有两个明显的荧光区域(Ex/Em:250-270/350-380 nm和Ex/Em:220-240/370-390nm),前者代表类溶解性微生物产物(SMPs),后者代表类色氨酸芳香族蛋白质物质。通过XAD-8树脂分别将EfOM按亲疏水性和酸碱性分离成疏水性酸性物质(HOA)、疏水性碱性物质(HOB)、疏水性中性物质(HON)和亲水性物质(HI),发现真实二级出水EfOM以HOA为主。三维荧光光谱显示,HOA腐殖质类有机物含量较多,其他组分中主要以SMPs和蛋白类物质为主。(4)臭氧氧化泰兴某污水处理厂二级出水实验表明,当反应60min时,TOC、UV254和SUVA的去除率分别达到24.55%、90.63%和87.58%。pH为8时,臭氧氧化二级出水TOC去除效果较好。臭氧氧化后,类SMPs峰消失,类色氨酸芳香族蛋白质峰发生了蓝移,这表明SMPs类物质容易被臭氧氧化降解,同时臭氧反应会使EfOM中蛋白质的类型发生改变。(5)泰兴某污水处理厂二级出水中EfOM浓度及臭氧投加量对CA臭氧氧化去除效果有显著影响。当EfOM浓度为12.52 mg/L(以TOC计)及gO3/gDOC为0.67时,CA的降解速率最快。
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