將城市污水處理廠(WWTP)二級出水經(jīng)土壤含水層處理(SAT)后回用對于解決當(dāng)前我國水資源短缺意義顯著。由于溶解性有機(jī)物(DOM)是再生水加氯消毒過程中三氯甲烷(THMs)等消毒副產(chǎn)物的前體物質(zhì),受到環(huán)境學(xué)者越來越多的關(guān)注。本研究首先采用XAD樹脂分級技術(shù)將DOM分為疏水性有機(jī)酸(HPO-A)、過渡親水性有機(jī)酸(TPI-A)、疏水性中性有機(jī)物(HPO-N)、過渡親水性中性有機(jī)物(TPI-N)和親水性有機(jī)物(HPI),并借助加氯消毒實驗、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(gòu)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(jī)制;在此基礎(chǔ)上,為了強化傳統(tǒng)SAT的去處效果,進(jìn)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(jī)理;最后本文對粉煤灰及爐渣對DOM的吸附機(jī)制及吸附特性進(jìn)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(jī)物的60.5%,而冬季為57.4%),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(jī)碳(DOC)、52.6%的UV-254及86.4%的THMs前體物質(zhì)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(zhì)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(gòu)筑物對生活污水DOM中疏水性組分中芳香性物質(zhì)及THMs前體物質(zhì)去除有效(特別在冬季低溫條件下)。A/O構(gòu)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(gòu)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(guān))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(zhì)(占總UV-254的50.0%)和三氯甲烷(THMs)前體物質(zhì)(占總THMFP的45.4%)。二級出水DOM經(jīng)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(zhì)和THMs前體物質(zhì)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(xiàn)率較低,可通過在SAT處理前進(jìn)行GAC強化吸附來達(dá)到對二級出水THMs和芳香性物質(zhì)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(jī)化合物及THMs前體物質(zhì)在FA及爐渣改良SAT系統(tǒng)中去除率大幅提升。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。總體上,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(zhì)的去除率分別為22.5%、23.7%和25.9%。FA對DOM各組分的吸附均符合準(zhǔn)二級吸附動力學(xué)模型,其中粉煤灰對DOM中HPI組分的吸附亦符合內(nèi)擴(kuò)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,FA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,Freundlich模型要優(yōu)于Langmuir模型。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(zhǔn)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,在粉煤灰(爐渣)和土壤混合比為1:1,混合層高度為1 m,覆土厚度為0.25 m的情況下運行并對二級出水進(jìn)行處理,粉煤灰(爐渣)的吸附飽和時間分別為602天(1541天)。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：X703.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2819294