污水再生消毒过程中卤乙酸生成规律及预测模型的研究

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城市污水再生利用是缓解水资源短缺的有效途径,作为再生水源的污水厂二级出水仍含有大量有机物和致病微生物,消毒是保障再生水安全的必要环节。加氯消毒是目前运用最广泛的消毒方式,但氯在消毒过程中可以与水中部分有机物反应生成具有“三致”作用的消毒副产物,其中,卤乙酸(HAAs)是已知再生水消毒副产物中具有较高生物毒性的物质,其含量仅次于三卤甲烷(THMs)。因此,有效进行再生水消毒副产物的调控对污水再生利用特别是生态回用具有重要意义。本研究以西安市某污水处理厂二沉池出水为对象,进行混凝沉淀、过滤、加氯消毒试验,对温度(T)、pH、DOC、加氯量(Cl2)和溴离子(Br-)及HAAs等指标进行测定,分析影响HAAs生成的关键因素,建立再生水消毒的HAAs预测模型。在此基础上,利用模型拟合优度、显著性检验、内部验证及预测值和实测值的相关关系对HAAs预测模型进行检验。同时,以色氨酸作为再生水中消毒副产物前体物质的典型代表,采用间隔加氯方式进行模拟消毒,研究色氨酸在消毒过程中HAAs的生成规律及毒性。通过研究,旨在为污水再生处理过程中消毒副产物的预测提供一定的技术支持和理论依据。主要结论如下:(1)以城市污水二级出水为对象开展混凝沉淀、过滤、消毒试验,研究结果表明,污水再生消毒过程生成的卤乙酸(HAAs)中以三氯乙酸(TCAA)为主,其它类型的HAAs浓度较低甚至低于检出限。通过各影响因素(温度、pH、DOC、加氯量和溴离子等)对HAAs生成量的相关性分析,发现在消毒过程中加氯量和温度是影响HAAs生成的关键因素,而pH、DOC和溴离子是影响HAAs生成的次要因素。(2)在综合考虑各影响因素相关关系的基础上,建立了适合再生水消毒过程的HAAs多元线性回归模型和多元非线性回归模型,模型分别为:L-TCAA CTCAA=-50.713+0.468T+7.320pH-0.175DOC+2.802Cl2-45.826Br-L-HAAsCHAAs=-61.088+1.011T+9.460pH+0.685DOC+4.734Cl2-80.515Br-NL-TCAA CTCAA=3.675·10-13·T1.064·pH10.581·DOC-0.514·Cl23.153Br--0.080NL-HAAs CHAAs=3.346·10-5·T0.788·pH3.188·DOC0.117·Cl21.942Br--0.760两种预测模型的拟合优度均较高,通过了显著性检验;内部验证的结果表明,HAAs的非线性回归模型的预测准确率较高,而TCAA的线性回归模型的预测准确率较高;从实测值和预测值的相关性分析可知,针对HAAs的预测而言,非线性回归模型要优于线性回归模型。(3)以色氨酸为消毒副产物前体物的典型代表进行卤乙酸生成势试验,研究结果表明,生成的HAAs中主要为TCAA,其它类型HAAs有生成但所占比例较少。在以间隔加氯的方式进行氯胺消毒试验时发现,间隔加氯时间为0min时(即氯和氨同时投加),生成的Cl-HAAs的量最多;间隔加氯时间为5min时,生成的Cl-HAAs的量最少,而Br-HAAs的量最多;间隔时间为1min时,生成的Br-HAAs的量最少。说明以色氨酸为前体物质进行间隔加氯消毒时,可以有效的降低卤乙酸的成量,并且随着间隔时间的缩短生成HAAs的毒性随之降低。
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