颗粒活性炭-纳滤对二级出水中条件致病菌和有机物的去除效能

再生水回用是解决水资源短缺的重要途经,被广泛应用于工业生产、城市绿化方面,但其中含有大量的条件致病菌,对环境及人体健康具有潜在威胁。研究拟对污水厂二级出水采用颗粒活性炭(Granular Activated Carbon,GAC)、生物活性炭(Biological Activated Carbon,BAC)两种过滤单元与纳滤(nanofiltration,NF)组合工艺,来达到水中三种条件致病菌(军团菌、铜绿假单胞菌和鸟分枝杆菌)、大肠杆菌和有机物的去除的目的,采用直接NF、GAC-NF和BAC-NF三种处理工艺对去除效果进行分析。结果表明:在GAC过滤的滤速为5 cm/h,NF的过滤压力为0.4 MPa条件下,直接NF及其组合工艺均可实现二级出水中条件致病菌的完全去除,相较于直接NF和GAC-NF,BAC-NF工艺对水中DOC、UV254、微生物代谢副产物类和腐殖酸类有机物的去除率最高,分别为85.2%、74.5%、76.2%和82.0%;水中条件致病菌与大肠杆菌、DOC之间均有显著相关性,可以通过强化水中大肠杆菌和有机物的去除,达到提高不同组合工艺对条件致病菌削减的目的;BAC表面生物膜细菌中的假单胞菌、气单胞菌、硝化螺旋菌和不动杆菌占比最高,上述细菌对条件致病菌的生长繁殖起抑制作用;生物膜真核微生物中的线虫和轮虫占比最高,这两种微生物能通过捕捉的方式实现对水中条件致病菌的削减。

二级出水中有机物深度处理工艺的研究进展

随着我国经济发展,城市污水和工业废水排放量不断增加。由于目前污水处理厂多采用生物法,二次出水中仍含有部分难以被生物降解的有机物,如果不经过处理直接排放,会对人体和生态环境造成威胁。污水二级出水有机物(EfOM)是污水经二级生化处理后剩余的有机物,主要来源于天然有机物、可溶性微生物产物和合成有机化合物。文中介绍了EfOM的主要组成并对其进行了量化和表征,综述了各种深度处理工艺(即混凝、高级氧化、吸附、膜分离)在去除EfOM方面的性能和优缺点,并通过组合工艺对污染物去除效果与单一工艺进行对比分析,为EfOM的有效去除提供理论依据。

慢滤对二级出水中条件致病菌和有机物的去除效能及机制

采用慢滤作为深度处理工艺,探究其在不同运行条件下(进水碳氮比、pH值)对二级出水中条件致病菌(铜绿假单胞菌、军团菌和鸟分枝杆菌)和有机物的去除效能,并分析慢滤表面微生物的群落结构及其对水中条件致病菌的去除机制。结果表明,在不同运行条件下,生物膜慢滤对条件致病菌和有机物的去除效果均大于无生物膜慢滤,当碳氮比为10和pH值为7时,生物膜慢滤对上述污染物的去除效果最佳,且水中DOC浓度与条件致病菌含量均呈正相关性;在进水碳氮比为10时,滤料表面生物膜中根瘤菌属、浮霉菌属等优势菌属的占比较大;当进水pH值为7时,硝化螺旋菌属和变形菌属等优势均属的占比更大;生物膜中的硝化螺旋菌、根瘤菌、拟杆菌和酸杆菌均对条件致病菌的生长起到一定抑制的作用,有利于条件致病菌的削减。

慢滤-低压纳滤对二级出水中有机物和抗生素抗性基因的去除效能研究

抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes,ARGs)作为新型环境污染物,在污水处理厂二级出水中被频繁检出,成为人类健康和生态安全的潜在威胁。本文采用慢滤-低压纳滤(Nanofiltration,NF)组合工艺去除二级出水中ARGs和溶解性有机物(Dissolved Organic Carbon,DOC),探讨该工艺对ARGs和DOC的去除机制及效能。结果表明,生物膜慢滤-NF组合工艺对二级出水中ARGs和DOC的去除效果最好,对DOC的去除率为82.5%,质量浓度降为2.0 mg/L;对富里酸类有机物和腐殖酸类有机物的去除率分别达到87.2%、85.8%,对不同分子质量区间有机物的去除率均在90%以上,其中,对>100 kDa、50~100 kDa以及10~<50 kDa区间有机物的去除率均在95%以上,出水中几乎不含有这类物质;组合工艺对4种ARGs(tet A、tet W、sulⅠ、sulⅡ)的去除量为10^(4.83)~10^(5.67)copies/mL;生物膜慢滤对水中细胞态和游离态ARGs的去除效果优于慢滤,其对细胞态和游离态ARG的削减量分别为10^(1.06)~10^(3.52)copies/mL和10^(1.73)~10^(3.07)copies/mL;水中DOC与不同类型ARGs均具有显著正相关性;生物膜表面生长的变形菌门、放线菌门、假单胞菌属及蛭弧菌属等微生物可以加强对水中ARGs和DOC的去除。综上,慢滤-NF组合工艺可以有效去除二级出水中的ARGs和DOC,可以作为二级出水深度处理的有效方式。

污水二级生化出水有机物(EfOM)性质表征及去除研究现状

污水二级生化出水有机物(EfOM)是污水中经初级和二级生化处理后剩余的难降解有机物,EfOM是影响二级出水排放的主要限制因素,也是污水再生及回用处理中的主要目标去除物质.本文对现有EfOM的表征方法-分子量分布、亲疏水性分离、荧光光谱等进行了分类归纳,进一步总结了现有处理方法对EfOM性质特点的影响.以臭氧为核心的氧化技术和膜滤技术发挥了深度处理效能,降低了运行成本.

煤气化废水二级生化处理出水的有机物特征研究

为了明确煤气化废水二级生化处理出水的水质特征,试验应用超滤对废水进行分子量分级,采用XAD-8树脂进行分离,并进行光谱分析。结果表明,在不同分子量的各组分中,疏水性物质占比大于亲水性物质,其中疏水性中性有机物(HoN)占比最高。三维荧光光谱分析发现,疏水性有机酸(HoA)和HoN腐殖化程度较高,疏水性有机碱(HoB)中芳香族化合物和富里酸类有机物比较多,而亲水性有机物(HI)中富里酸类有机物和溶解性微生物代谢产物较多。

城市污水二级生化出水有机物(EFOM)深度去除研究现状

污水二级生化出水有机物是污水中经初级和二级生化处理后剩余的难降解有机物质。二级生化出水有机物的去除方法种类繁多,就目前二级生化出水有机物的深度处理方法、研究现状、存在的问题等进行了分析和总结。结合二级生化出水特性进行污水深度处理工艺的优化组合,是实现污水回用、缓解水资源短缺的最佳途径。

污水厂二级出水溶解性有机物臭氧化特性研究

采用液相色谱荧光检测器将三维荧光图谱与凝胶色谱分子量分布相结合,对污水处理厂二级出水溶解性有机物(Ef OM)的臭氧化反应特性进行了研究.结果表明臭氧会使得二级出水溶解性有机物三维荧光强度明显降低.HPLC-SEC的结果表明臭氧不会改变腐殖质类物质的分子量分布,但臭氧会与小分子蛋白类物质发生反应.根据制备液相的分析结果,小分子蛋白类物质中含有大量苯环及其他共轭结果物质,因此臭氧会优先与小分子蛋白类物质发生反应.同时,XPS分析结果表明臭氧在低投加量下就会与苯环结构反应,提高脂肪类饱和有机物含量,随着投加量进一步升高,含氧官能团(羰基,羧基)数量有所升高.

二级出水中溶解性有机物的分级表征特性

以城市污水厂二级出水为研究对象,利用大孔吸附树脂将污水中溶解性有机物(Dissolved organic matter,DOM)分离成疏水酸性、中性、碱性物质和亲水性物质等4个组分,同时分析了各组分的有机物特性.结果表明,二级出水溶解性有机物中疏水酸性物质是二级出水溶解性有机物的主要组成部分.4种组分中均含有腐殖质类物质,疏水酸性物质(Hydrophobic acids,HOA)和疏水中性物质(Hydrophobic neutrals,HON)中腐殖酸类峰的荧光强度较大,亲水性物质(Hydrophilic fraction,HI)中的蛋白峰荧光强度较大.腐殖质类物质分子量分布较为单一,主要分布在0.9 k Da左右,而疏水性组分蛋白类物质分子量分布较为广泛,在200 k Da左右及小于9 k Da时均有一定分布,亲水性组分蛋白类物质主要由分子量小于9 k Da的物质组成.X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)分析结果表明,HOA、HON中含有较多的芳香族化合物,而疏水碱性物质(Hydrophobic bases,HOB)、HI中则含有较多的羰基和羧基类官能团.

城市污水二级出水溶解性有机物(DOM)与Cu^(2+)作用的聚集和光谱特性

利用三维荧光光谱法、紫外分光光度法和动态光散射技术,研究城市污水二级出水中溶解性有机物(DOM)与Cu^(2+)作用的粒径变化、光谱特性和络合能力.结果表明,利用修正型Stern-Volmer方程得到二级出水DOM与Cu^(2+)作用的条件稳定常数(lg K)和配位荧光官能团比例分别为1.74—2.59和8.77%—39.44%.在一定实验范围内,随投加Cu^(2+)浓度和pH增大,二级出水DOM和Cu^(2+)作用后的UV253/UV203值增大.pH值为7—9时,随pH增大,荧光强度基本增强而荧光指数降低;相同pH下,随投加Cu^(2+)浓度增加,荧光强度降低而荧光指数增大.表明二级出水DOM络合Cu^(2+),改变两者在水中的存在状态和迁移.pH 7时,DOM与Cu^(2+)有较高的络合稳定性和络合能力.

GAC/H_2O_2对二级出水溶解性有机物的降解研究

颗粒活性炭（GAC）常用作吸附剂，其催化作用未受到重视。为此研究了GAC催化H202氧化（GAC／H2O2）体系对生活污水处理厂二级出水中溶解性有机物的降解效果。结果表明，GAC／H2O2对二级出水COD和UV254去除率明显高于GAC和H2O2单独作用。不同性质的GAC其吸附与催化能力不同；随H2O2投加量增加去除率先增加后降低；降解率随GAC投加量增加而增加；pH在2～10均能实现有机物的降解。对比反应前后溶解性有机物的分子量及亲疏水性分布，发现二级出水中溶解性有机物的成分可能是影响反应效果的一个因素。GAC／H2O2体系常温常压下自发进行，无污泥产生，值得进一步深入研究。

改进型石灰混凝法去除城市污水二级出水中有机物的研究

将石灰混凝处理后的沉淀泥渣进行回流,对石灰混凝法进行改进,研究改进后的石灰混凝法对城市污水二级出水中有机物的去除效果。结果表明,活性泥渣回流有利于提高石灰混凝法对城市污水二级出水中有机物的去除,回流位置在石灰投加前、复合絮凝剂投加后,最佳回流量为新泥渣产生量的100%～200%,活性泥渣回流的最佳pH为11.0～11.5;活性泥渣中CaCO3、Mg(OH)2、Fe(OH)3等沉淀物以及有机高分子絮体均有助于提高其对有机物的去除效果,其中Mg(OH)2沉淀物起主导作用;含循环泥渣的活性污泥回流,对有机物的去除效果无明显影响。

活性炭吸附二级出水中有机物性能的影响研究

为分析不同因素对二级出水有机物活性炭吸附的影响,采用二级出水进行正交试验研究发现最佳条件为温度25°C、p H值8、时间40min、振荡频率100r/min、活性炭用量1.5g/L,其COD去除61.4%,平衡吸附大小为16.33mg/g;碱液与超声波联用可有效地再生活性炭。

臭氧对二级出水中溶解性有机物的氧化特性

利用臭氧对二级出水进行深度处理对于缓解北方地区河流污染问题具有重要意义。为了探究臭氧对二级出水中溶解性有机物的氧化特性,在取自北京市砂河污水处理厂二级出水的水样中分别持续通入不同浓度的臭氧,检测60min内各水样中溶解性有机碳(DOC)、紫外吸收光谱、荧光光谱、分子量分布随时间变化情况。结果发现:水样中DOC去除率与臭氧浓度和通入时间呈正相关,在臭氧浓度为1.31mg/L、通入时间为60min时,可达到最大DOC去除率(70%);通入臭氧5min时,水中溶解性有机物的荧光特性基本消失;紫外吸光度值部分减少;分子量为5~6kDa、1~3kDa和400Da的有机物显著减少,部分转化为分子量为60Da的有机物。经过臭氧氧化处理,二级出水中有机物含量显著减少,大分子有机物几乎被全部降解。

TiO_2光催化预氧化对城市二级出水中溶解性有机物性状影响

以城市污水二级出水为对象,研究了纳米TiO_2光催化预氧化对水中有机物分子量分布、可生化性、反应动力学及三维荧光特性等的影响。结果表明,光催化在60 min时对二级出水中有机物分子量分布影响较大,对有机物的去除也较为明显;二级出水中有机物的去除率及可生化性在30 min时改变最明显;该光催化氧化反应属于准1级反应,其中UV_(254)的反应速率最大(K最大为8.81×10^(-3) min^(-1))、半衰期更短,即二级出水中含π键等不饱和物质在光催化氧化下,比其它有机物更易被降解;随光催化反应时间延长,二级出水中腐殖酸类物质逐渐降解为蛋白质、氨基酸类物质,光催化60 min时对水中荧光物质降解较为明显。

二级出水溶解性有机物与铝盐混凝剂反应特性研究

以污水处理厂二级出水溶解性有机物(EfOM)为考察对象,研究了EfOM与铝盐混凝剂的反应特性及混凝过程中EfOM组分的变化。通过不同投药量下COD和TOC的去除效果比较确定氯化铝混凝剂的最佳投药量为11 mg/L。在此投药量下进行混凝实验,结合原水和混凝水的1H NMR、三维荧光光谱和分子质量分布分析可得:混凝过程中,脂肪族和芳香族的有机物很容易被混凝去除,而消毒副产物的前驱体只能被部分去除;原水中低激发区蛋白类物质荧光强度高于高激发区蛋白类物质,混凝对低激发区蛋白类物质有一定的去除效果,但基本不会改变高激发区蛋白类物质的分子质量分布。铝盐和EfOM络合时有2个结合位点,分别位于203 nm和350 nm,二维紫外相关光谱揭示了铝盐混凝剂和EfOM结合位点的络合顺序,络合首先发生在较长的波长(350 nm)位点,其次是较短的波长(203 nm)位点。

生物膜慢滤对二级出水中条件致病菌和有机物去除效能

城市污水处理厂的二级出水中含有大量条件致病菌,对人体健康构成了潜在威胁。以污水厂二级出水为处理对象,探究慢滤工艺在不同运行条件下(进水碳氮比、钙离子浓度、酸碱性)对水中条件致病菌(铜绿假单胞菌、军团菌和鸟分支杆菌)和溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)的去除效能,并对条件致病菌的含量与DOC和大肠杆菌的浓度分别进行相关性分析。结果表明:在滤速5 cm/h条件下,改变进水水质条件,生物膜慢滤对条件致病菌和DOC的去除效果均优于无生物膜慢滤,当C/N为10,ρ(Ca^(2+))为60 mg/L,pH值为7时,生物膜慢滤对条件致病菌的去除效果最佳;在最佳运行条件下,生物膜慢滤出水中条件致病菌含量与DOC浓度呈正相关;除ρ(Ca^(2+))外,在其他最佳运行条件(C/N为10,pH值为7)下,生物膜慢滤出水中条件致病菌的含量与大肠杆菌浓度均呈正相关。综上,生物膜慢滤工艺可以有效去除二级出水中的条件致病菌和有机物,可作为二级出水深度处理的有效方式,并为再生水回用过程中的水风险提供安全保障。

三维电极氧化处理污水厂二级出水中试研究

污水处理厂的二级出水可以作为再生水水源,其中所含的难降解有机物一直备受关注。为了探究电催化氧化技术对实际污水厂二级出水中难降解有机物的处理效果,采用了连续流的中试反应装置,以COD、氨氮为主要考察指标,结合总氮、总磷的变化,通过三维荧光图谱分析,对比了不同操作条件以及二维和三维电催化氧化体系的处理效能。结果表明:难降解COD优化去除条件为选用钌钛-石墨电极、电流密度4 mA/cm^(2)、极板间距4 cm、进水流量200 L/h。主次影响因素为极板材料>水力停留时间>电流密度>极板间距。在优化参数条件下运行时,COD平均去除率为82.5%,氨氮平均去除率为51.59%;三维电催化氧化体系相比于二维电催化氧化体系COD去除率提升了20%,氨氮去除率提升了25%,能耗降低了17%;三维荧光光谱分析显示,该方法能够有效处理腐殖酸与富里酸类物质。

负载铁改性活性炭对城市污水厂二级出水中溶解性有机物的吸附性能

采用浸渍法对普通煤质活性炭(AC)进行负载铁改性,探究了负载铁改性活性炭(Fe-AC)对城市污水厂二级出水中溶解性有机物(DOM)的吸附性能。EDS、XRD和FTIR等分析表明,铁成功以Fe_(2)O_(3)形式负载在活性炭上。经改性,活性炭比表面积增大29.3%。Fe-AC对二级出水中的DOM有良好的吸附性能,DOC去除率为50.0%~63.5%,UV254去除率为71.3%~88.2%,均明显高于AC。Fe-AC对DOM的吸附可用修正的Freundlich等温线很好地描述。此外,Fe-AC对NO_(3)^(-)和PO_(4)^(3-)也具有良好的吸附效果,去除率分别为55.4%和76.5%。三维荧光光谱和紫外-可见吸收光谱表明,二级出水中的DOM主要为微生物代谢产生的腐植酸类物质,该有机组分可被Fe-AC很好地吸附去除。综上,Fe-AC吸附是一种有效的污水深度处理技术。