典型城市污水厂二级出水水质特征分析及混凝深度处理技术研究

论文摘要

目前，水资源短缺和用水量需求增加的矛盾日益突出，严重制约着我国经济与社会的协调发展，水资源的循环利用已成为解决当前水资源危机的重要途径之一。城市污水处理厂二级出水作为再生水源，因其具有很好的经济效益与环境效益而受到人们的广泛关注。城市污水经二级处理后出水中仍含有种类繁多的有机污染物、病原微生物及N、P等植物性营养元素，这些物质的存在会对再生水的安全利用造成潜在威胁。因此采用适宜的深度处理技术来降低水中污染物质的含量，对于提高再生水回用的生态安全性显得尤为必要。本课题针对以上问题，研究分析了城市污水处理厂二级出水中的溶解性有机物（DOM）的分级特征及在深度处理过程中DOM的降解转化规律，为深入了解城市污水处理厂二级出水的水质特性、合理选择深度处理工艺、降低深度处理出水在回用过程中的健康与生态风险奠定理论基础。本课题的研究内容包括：（一）不同进水水质、不同处理工艺对城市污水处理厂二级出水水质特性的影响及各个阶段水质的生物毒性变化；（二）以三氯化铁和聚合氯化铝作为混凝剂研究了污水处理厂二级出水的混凝深度处理对有机物去除的效果，并考察了低投量PAM的助凝效果以及二氧化氯预氧化作用对混凝效果的影响及其对二级出水的消毒作用，在此基础上，采用XAD树脂分离技术和超滤膜法研究了混凝前后DOM的亲疏水特性、分子量分布规律的变化。（一）青岛市典型污水处理厂各阶段出水的有机物特性及生物毒性研究结果如下：各污水厂的初沉池出水经生物处理之后对总DOC的去除效率均可以达到80%以上，说明各污水厂初沉池出水的生物降解性均很高；在B污水厂和C污水厂水质都是以生活污水为主的条件下，其初沉池出水的各个分子量区间的有机物、亲水性有机物与疏水性有机物及酸性有机物与非酸性有机物的含量占总DOC含量的比例均相近。与初沉池出水相比，三个污水厂的二级出水亲水性有机物所占总DOC含量的比例显著降低，说明生物处理对亲水性有机物的去除效率更高。经过混凝深度处理之后，分子量区间介于3k10kDa的有机物和分子量区间介于30k100kDa的有机物的量增加，且疏水性有机物和酸性有机物的含量占总DOC含量的比例降低，说明混凝处理对疏水性有机物和酸性有机物的去除效率更高。各污水厂初沉池出水的生物毒性均较高，生物处理可以降低污水的生物毒性，但A厂的初沉池出水和二级出水对发光细菌的抑制率最高。经过混凝处理后出水的生物毒性增大，且水中DOC含量的大小，与生物毒性的大小具有一定的指示关系。（二）混凝处理工艺优化试验研究结果如下：（1）结合《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级A标准，确定两种混凝剂的最佳投加量为FeCl330mg/L、PAC60mg/L；在二级出水中TP、色度、COD等指标含量相对较低的前提下，投加PAM后的助凝效果不明显；混凝前投加ClO2可以强化对色度的去除，但对其TP、COD、浊度等的去除效率的提高没有明显的效果，同时，在这种投加方式下，若无后续消毒，则最终出水的粪大肠杆菌的数目会出现超标的现象；混凝后投加ClO2可以有效降低粪大肠杆菌的数目，当ClO2的投加量达到3.5mg/L时，其粪大肠杆菌的去除率可达92.3%。（2） FeCl3对含碳碳不饱和双键及芳香环的有机物的去除效果优于PAC；FeCl3对小分子有机物的去除效率更高，而PAC对分子量>100kDa的大分子有机物的去除效果优于FeCl3；混凝处理对疏水性有机物的去除效果优于对亲水性有机物的去除效果，同时其对酸性物质的去除效率高于对非酸性物质的去除效率。综上所述，从对常规水质指标和有机物的去除效果以及混凝后出水的三卤甲烷生成潜力、生物稳定性等角度进行分析，FeCl3与PAC相比是更适宜应用于二级出水深度处理的混凝剂。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 水资源现状
• 1.2 污水回用的现状
• 1.2.1 污水回用的意义
• 1.2.2 国内外城市污水回用现状
• 1.2.3 污水回用的主要途径
• 1.2.4 制约污水回用的关键问题
• 1.3 污水回用处理技术概述
• 1.3.1 混凝沉淀技术
• 1.3.2 强化混凝技术
• 1.3.3 ClO2预氧化与消毒技术
• 1.4. 污水中特定物质的分析技术及测试方法的研究现状
• 1.4.1 DOM 的分级分析技术的研究现状
• 1.4.2 水中毒性测试的研究现状
• 第2章 课题研究的目的、意义及方法
• 2.1 课题研究的背景、目的及意义
• 2.2 课题研究内容
• 2.3 试验材料及方法
• 2.3.1 混凝试验原水水质
• 2.3.2 分析测试方法
• 第3章 青岛市典型污水处理厂污水的有机物特性及生物毒性研究
• 3.1 污水处理厂简介与实验内容
• 3.1.1 各污水处理厂进水水质与二级生物处理工艺简介
• 3.1.2 试验内容
• 3.2 各污水处理厂各阶段出水中 DOM 的有机物特性分析
• 3.2.1 各阶段出水中 DOM 的分子量分布
• 3.2.2 结果讨论
• 3.2.3 各阶段出水中 DOM 的有机物亲疏水特性研究
• 3.2.4 结果分析
• 3.2.5 各阶段出水中不同有机组分的紫外光谱分析
• 3.2.6 结果分析
• 3.2.7 各污水厂出水中 DOM 的有机物特性结果分析
• 3.3 各污水处理厂各阶段出水中生物毒性测试
• 3.3.1 各阶段出水中的生物毒性测试
• 3.3.2 污水中 DOC 的含量与生物毒性的关系
• 3.3.3 结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 污水处理厂二级出水混凝深度处理及其对有机物特性分布的影响研究
• 4.1 混凝试验材料与方法
• 4.1.1 混凝剂种类及其浓度
• 4.1.2 试验水力条件
• 4.1.3 试验内容
• 4.2 结果及分析
• 4.2.1 混凝剂投加量对污染物去除效果的影响
• 4.2.2 投加较低含量的 PAM 助凝剂对混凝效果的影响
• 4.2.3 不同二氧化氯投加量对混凝处理出水的影响
• 4.3 混凝对二级出水中有机物分布特性的影响
• 4/E₆及 UV₂₅₄/UV₂₀₃的变化情况'>4.3.1 混凝前后水样 SUVA、E₄/E₆及 UV₂₅₄/UV₂₀₃的变化情况
• 3和 PAC 混凝对有机物分子量分布的影响'>4.3.2 FeCl₃和 PAC 混凝对有机物分子量分布的影响
• 3和 PAC 混凝对有机物亲疏水特性的影响'>4.3.3 FeCl₃和 PAC 混凝对有机物亲疏水特性的影响
• 4.3.4 混凝对二级出水中有机物分布特性影响的结果分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.1.1 青岛市典型污水处理厂污水的有机物特性及生物毒性研究
• 5.1.2 混凝处理工艺优化试验研究
• 5.2 建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作
• 致谢