二级处理水中DOM在炉渣改性土壤含水层系统中的去除性能

论文摘要

水资源的缺乏与水质恶化使世界的各个行业均面临着水危机。土壤含水层处理技术（Siol-aquifer treatment, SAT）由于具有诸多优点而受到广泛关注。溶解性有机物（Dissolved organic matter, DOM）是再生水加氯消毒中消毒副产物的重要前体物质,是近年来SAT技术研究的热点。DOM种类多样,结构复杂,难以用常规的化学手段进行分析。本研究采用XAD树脂技术,根据DOM中不同组分在XAD树脂上的不同吸附特性,将DOM分为五类性质不同的物质,即疏水性有机酸（Hydrophobic acids, HPO-A）,疏水性中性有机物（Hydrophobic neutral, HPO-N）,过渡亲水性有机酸（Transphilic acids, TPI-A）,过渡亲水性中性有机物（Transphilic neutral, TPI-N）及亲水性有机物（Hydrophilic fraction, HPI）。针对传统SAT系统吸附作用弱,对疏水性强、分子量大的物质去除效果不佳的问题,本研究以燃煤炉渣为添加剂改性传统SAT系统,以溶解性有机碳（Dissolved Organic carbon, DOC）、紫外254 nm处的吸光度（UV-254）、三卤甲烷生成势（THMFP）、三卤甲烷生成活性（STHMFP）及三维荧光光谱（Three-dimensional excitation and emission matrix ?uorescence spectroscopy, EEM图谱）、红外光谱等手段对DOM在炉渣改性SAT系统中的去除进行了探讨,并对出水的回用开展了健康风险评价。此外,本研究将活性炭（GAC）吸附与传统SAT处理组成一个系统（活性炭吸附+土壤含水层处理系统,GAC+SAT系统）,研究DOM在其中的去除行为,作为炉渣改性SAT系统的对比系统。GAC吸附二级出水DOM的实验结果表明,GAC对大分子物质具有优先去除作用,对小分子物质的去除优势不明显。GAC对HPO-A组分中芳香性物质可以优先去除,但对HPI组分的芳香性物质却无明显作用。GAC+SAT系统对HPI组分具有优异的去除效果,表明HPI组分更易被生物降解,GAC对大分子物质的优先吸附与土壤生物降解作用相结合使该系统的处理效率较单纯GAC有较大提高。炉渣的吸附实验表明,粒径与二级出水DOM的去除有密切关系,酸性条件有利于炉渣的吸附反应,温度升高对炉渣吸附DOM具有积极作用。炉渣改性的SAT系统对二级出水DOM及其分级组分的DOC、UV-254均有较大幅度的去除,尤其是传统SAT系统去除效果不佳的HPO-A组分。对HPI组分,炉渣改性的SAT系统也具有较好的处理效果。由于HPO-A及HPI组分是二级出水DOM中芳香性贡献最大的两个组分,因此对HPO-A及HPI组分的有效去除对控制出水水质意义重大。炉渣改性SAT系统对THMFP的普遍高效去除也证明了以炉渣来改性SAT系统是有意义的。各系统出水的EEM光谱图及红外光谱图表明,炉渣的添加的确影响了土壤中微生物的活动,但并不强烈。另外在炉渣改性SAT过程中保留上层25 cm的土壤层也具有一定的必要性。炉渣改性的SAT系统对HPI组分DOC的去除率低于GAC+SAT系统,表明炉渣的添加在一定程度上可能影响了土壤柱中的微生物活动。保留上层25 cm的土壤层对系统保持良好的生物降解能力有重要作用。炉渣改性的SAT处理系统出水的健康风险评价表明,回用中,各系统出水中的化学致癌物质及化学非致癌物质的风险值均低于国际辐射防护委员会推荐值,处于可接受范围内。对非饮用回用,在三种不同的污水回用途径中,致癌物质的致癌风险及非致癌物质的健康危害风险均低于控制值,且致癌物质的健康风险远高于非致癌物质。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 我国水资源现状及污水回用的必要性
• 1.1.2 污水回用的主要途径及处理技术
• 1.2 土壤含水层处理技术（SAT）
• 1.2.1 概念
• 1.2.2 净化机理
• 1.2.3 研究现状
• 1.3 土壤含水层处理强化技术
• 1.3.1 前置深度处理技术
• 1.3.2 土壤含水层系统改性技术
• 1.4 炉渣的性质及其应用实践
• 1.4.1 炉渣的性质
• 1.4.2 炉渣在水处理中的应用及研究进展
• 1.5 溶解性有机物（DOM）
• 1.5.1 DOM 特性
• 1.5.2 DOM 环境影响
• 1.6 污水再生回用健康风险评价
• 1.7 课题研究意义及研究内容
• 1.7.1 课题的研究意义
• 1.7.2 课题的研究内容
• 1.7.3 技术路线
• 第2章 实验材料与方法
• 2.1 引言
• 2.2 实验装置与材料
• 2.2.1 实验装置
• 2.2.2 实验材料
• 2.2.3 实验仪器与设备
• 2.3 实验分析方法
• 2.3.1 常规水质指标分析方法
• 2.3.2 溶解性有机物XAD 树脂分级方法
• 2.3.3 溶解性有机物结构分析方法
• 2.3.4 三卤甲烷生成势测定方法
• 第3章 GAC+SAT 系统对二级出水DOM 的去除
• 3.1 引言
• 3.2 GAC 对二级出水DOM 及其有机组分的去除
• 3.2.1 投加量对GAC 吸附二级出水 DOM 的影响
• 3.2.2 温度对GAC 吸附二级出水 DOM 的影响
• 3.2.3 DOC 的去除
• 3.2.4 UV-254 的去除
• 3.2.5 三维荧光光谱变化
• 3.3 GAC+SAT 系统对二级出水 DOM 及其有机组分的去除
• 3.3.1 DOC 的去除
• 3.3.2 UV-254 的去除
• 3.3.3 三维荧光光谱变化
• 3.4 本章小结
• 第4章 炉渣改性SAT 系统对二级出水DOM 的去除
• 4.1 引言
• 4.2 炉渣对二级出水中DOM 吸附的影响因素
• 4.2.1 投加量
• 4.2.2 pH 值
• 4.2.3 温度
• 4.3 炉渣改性SAT 系统对二级出水DOM 的去除
• 4.3.1 DOC 的去除
• 4.3.2 UV-254 的去除
• 4.3.3 THMFP 的去除
• 4.3.4 STHMFP 的去除
• 4.3.5 三维荧光光谱变化
• 4.3.6 红外光谱变化
• 4.4 本章小结
• 第5章 炉渣改性SAT 系统出水的回用风险评价
• 5.1 引言
• 5.2 炉渣改性SAT 系统出水的金属离子含量
• 5.3 污水再生回用的风险评价定义及方法
• 5.3.1 风险评价的定义
• 5.3.2 风险评价的方法
• 5.4 饮用回用风险评价
• 5.4.1 化学致癌物的风险评价
• 5.4.2 化学非致癌物的风险评价
• 5.4.3 微生物风险评价
• 5.5 非饮用回用风险评价
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果
• 致谢