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第３１卷 第１２期２０１８年１２月环 境 科 学 研 究ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓＶｏｌ.３１ꎬＮｏ.１２Ｄｅｃ.ꎬ２０１８收稿日期:２０１８￣０４￣０３ 修订日期:２０１８￣０７￣１１作者简介:张雅晶(１９９１￣)ꎬ女ꎬ吉林磐石人ꎬｓｕｎｎｙ＿ｚｈａｎｇｙｊ＠１６３.ｃｏｍ.∗责任作者ꎬ缪恒锋(１９８０￣)ꎬ男ꎬ江苏无锡人ꎬ教授ꎬ博士ꎬ主要从事环境生物技术、环境化学研究ꎬｈｆｍｉａｏ＠ｊｉａｎｇｎａｎ.ｅｄｕ.ｃｎ基金项目:国家水体污染控制与治理科技重大专项(Ｎｏ.２０１７ＺＸ０７２０３￣００３)ＳｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＮａｔｉｏｎａｌＭａｊｏｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＰｒｏｇｒａｍｆｏｒＷａｔｅｒＰｏｌｌｕｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＴｒｅａｔｍｅｎｔꎬＣｈｉｎａ(Ｎｏ.２０１７ＺＸ０７２０３￣００３)张雅晶ꎬ缪恒锋ꎬ张晓夏ꎬ等.ＡＡＯ￣ＭＢＲ工艺污水处理系统中消毒副产物前体物变化规律[Ｊ].环境科学研究ꎬ２０１８ꎬ３１(１２):２０３７￣２０４６.ＺＨＡＮＧＹａｊｉｎｇꎬＭＩＡＯＨｅｎｇｆｅｎｇꎬＺＨＡＮＧＸｉａｏｘｉａꎬｅｔａｌ.Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｄｉｓｉｎｆｅｃｔｉｏｎｂｙ￣ｐｒｏｄｕｃｔｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓｄｕｒｉｎｇａｎａｅｒｏｂｉｃ￣ａｎｏｘｉｃ￣ｏｘｉｃ￣ｍｅｍｂｒａｎｅ￣ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ(ＡＡＯ￣ＭＢＲ)ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｔｈｅｓｅｗａｇｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｌａｎｔ[Ｊ].ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓꎬ２０１８ꎬ３１(１２):２０３７￣２０４６.ＡＡＯ￣ＭＢＲ工艺污水处理系统中消毒副产物前体物变化规律张雅晶１ꎬ缪恒锋１ꎬ２ꎬ３∗ꎬ张晓夏１ꎬ周梦娟１ꎬ阮文权１ꎬ２ꎬ３１.江南大学环境与土木工程学院ꎬ江苏无锡 ２１４１２２２.江苏省厌氧生物技术重点实验室ꎬ江苏无锡 ２１４１２２３.江苏省水处理技术与材料协同创新中心ꎬ江苏苏州 ２１５００９摘要:为探究ＤＢＰｓ(消毒副产物)前体物在污水处理过程中的变化情况ꎬ采用超滤膜和ＸＡＤ大孔吸附树脂将ＡＡＯ￣ＭＢＲ工艺沿程出水中ＤＯＭ(溶解性有机物)进行分离ꎬ并利用３Ｄ￣ＥＥＭ(三维荧光光谱)对分离前后水样进行表征ꎬ同时测定ＤＢＰＦＰ(消毒副产物生成势).结果表明:①沉砂池出水具有较低的Ｃ￣ＤＢＰＦＰ(含碳消毒副产物生成势)ꎻ经过ＡＡＯ和ＭＢＲ后ꎬ由于微生物代谢作用生成的疏水性ＳＭＰｓ(微生物代谢产物)类物质(为主要的Ｃ￣ＤＢＰｓ前体物质)包含较多不饱和键ꎬ导致Ｃ￣ＤＢＰＦＰ增加.②沉砂池出水的Ｎ￣ＤＢＰＦＰ(含氮消毒副产物生成势)较低ꎬ但经过ＡＡＯ后生成的小分子物质(为主要的Ｎ￣ＤＢＰｓ前体物)导致Ｎ￣ＤＢＰＦＰ增加ꎻ经过ＭＢＲ后由于ＳＲＴ(污泥停留时间)和污泥浓度的增加造成小分子物质减少ꎬ致使Ｎ￣ＤＢＰＦＰ降低.③市政污水经过ＡＡＯ后ꎬＣ￣ＤＢＰｓ和Ｎ￣ＤＢＰｓ前体物分别增加了９０９％和７３％ꎻ而ＭＢＲ具有较高的ＤＯＣ去除率(７４４％)ꎬ去除了５６８％的Ｃ￣ＤＢＰｓ前体物和７８１％的Ｎ￣ＤＢＰｓ前体物.研究显示ꎬＡＡＯ￣ＭＢＲ工艺对市政污水中Ｃ￣ＤＢＰｓ和Ｎ￣ＤＢＰｓ前体物有较好地去除效果.关键词:消毒副产物前体物ꎻＡＡＯ￣ＭＢＲ工艺ꎻ三维荧光光谱ꎻ分子量分离ꎻ亲疏水性分离中图分类号:Ｘ７０３１ 文章编号:１００１￣６９２９(２０１８)１２￣２０３７￣１０文献标志码:ＡＤＯＩ:１０１３１９８∕ｊｉｓｓｎ１００１￣６９２９２０１８０７２９ＶａｒｉａｔｉｏｎｏｆＤｉｓｉｎｆｅｃｔｉｏｎＢｙ￣ＰｒｏｄｕｃｔＰｒｅｃｕｒｓｏｒｓｄｕｒｉｎｇＡｎａｅｒｏｂｉｃ￣Ａｎｏｘｉｃ￣Ｏｘｉｃ￣Ｍｅｍｂｒａｎｅ￣Ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ(ＡＡＯ￣ＭＢＲ)ＰｒｏｃｅｓｓｉｎｔｈｅＳｅｗａｇｅＴｒｅａｔｍｅｎｔＰｌａｎｔＺＨＡＮＧＹａｊｉｎｇ１ꎬＭＩＡＯＨｅｎｇｆｅｎｇ１ꎬ２ꎬ３∗ꎬＺＨＡＮＧＸｉａｏｘｉａ１ꎬＺＨＯＵＭｅｎｇｊｕａｎ１ꎬＲＵＡＮＷｅｎｑｕａｎ１ꎬ２ꎬ３１.ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ＆ＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＪｉａｎｇｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＷｕｘｉ２１４１２２ꎬＣｈｉｎａ２.ＪｉａｎｇｓｕＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｎａｅｒｏｂｉｃＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＷｕｘｉ２１４１２２ꎬＣｈｉｎａ３.ＪｉａｎｇｓｕＣｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｏｆＷａｔｅｒＴｒｅａｔｍｅｎｔꎬＳｕｚｈｏｕ２１５００９ꎬＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｄｉｓｉｎｆｅｃｔｉｏｎｂｙ￣ｐｒｏｄｕｃｔ(ＤＢＰ)ｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅｓｅｗａｇｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓꎬｄｉｓｓｏｌｖｅｄｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒ(ＤＯＭ)ｏｆｔｈｅｅｆｆｌｕｅｎｔｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅＡＡＯ￣ＭＢＲｐｒｏｃｅｓｓｗａｓｓｅｐａｒａｔｅｄｗｉｔｈｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｍｅｍｂｒａｎｅａｎｄＸＡＤａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｒｅｓｉｎꎬｔｈｅｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｗｉｔｈ３Ｄ￣ＥＥＭｓｐｅｃｔｒａ.ＴｈｅＤＢＰＦＰｏｆｅｆｆｌｕｅｎｔｓａｎｄｔｈｅｉｒｓｅｐａｒａｔｅｄｆｒａｃｔｉｏｎｓｗｅｒｅｆｕｒｔｈｅｒｅｖａｌｕａｔｅｄｉｎｔｈｉｓｓｔｕｄｙ.ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔＣ￣ＤＢＰＦＰｏｆｔｈｅｇｒｉｔｃｈａｍｂｅｒｅｆｆｌｕｅｎｔｗａｓｌｏｗꎬｔｈｅＡＡＯａｎｄＭＢＲｐｒｏｃｅｓｓｅｓｃｏｕｌｄｉｎｃｒｅａｓｅＣ￣ＤＢＰＦＰｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ.ＳＭＰｓｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｍｉｃｒｏｂｉａｌｍｅｔａｂｏｌｉｓｍｄｕｒｉｎｇｔｈｅＡＡＯａｎｄＭＢＲｐｒｏｃｅｓｓｅｓｗａｓｔｈｅｍａｊｏｒＣ￣ＤＢＰｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓ.ＴｈｅｇｒｉｔｃｈａｍｂｅｒｅｆｆｌｕｅｎｔａｌｓｏｄｉｓｐｌａｙｅｄｌｏｗＮ￣ＤＢＰＦＰ.ＴｈｅＡＡＯｐｒｏｃｅｓｓｌｅｄｔｏｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｉｎＮ￣ＤＢＰＦＰｍａｉｎｌｙｄｕｅｔｏｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｓｍａｌｌｍｏｌｅｃｕｌｅＳＭＰｓ.ＴｈｅＭＢＲｐｒｏｃｅｓｓｃｏｕｌｄｒｅｓｕｌｔｉｎｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｅｉｎＮ￣ＤＢＰＦＰｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｏｔｈｅＡＡＯｐｒｏｃｅｓｓꎬｂｙｒｅｄｕｃｉｎｇｓｍａｌｌｍｏｌｅｃｕｌｅＳＭＰｓｗｉｔｈｌｏｎｇＳＲＴａｎｄｈｉｇｈｓｌｕｄｇｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ.ＩｎａｌｌꎬｔｈｅＡＡＯｐｒｏｃｅｓｓｗｏｕｌｄｏｂｖｉｏｕｓｌｙｅｎｈａｎｃｅＣ￣ＤＢＰａｎｄＮ￣ＤＢＰｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓｂｙ９０９％ａｎｄ７３％ꎬｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ.ＨｏｗｅｖｅｒꎬｔｈｅＭＢＲｐｒｏｃｅｓｓｃｏｕｌｄｒｅｍｏｖｅ７４４％ＤＯＣꎬｒｅｓｕｌｔｉｎｇｉｎ５６８％Ｃ￣ＤＢＰｐｒｅｃｕｒｓｏｒａｎｄ７８１％Ｎ￣ＤＢＰｐｒｅｃｕｒｓｏｒｒｅｍｏｖａｌ.ＴｈｅｒｅｆｏｒｅꎬＡＡＯ￣ＭＢＲｈａｄａｒｅｓｐｅｃｔａｂｌｅｒｅｍｏｖａｌｅｆｆｅｃｔｏｎＣａｎｄＮ￣ＤＢＰｓｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓｉｎｔｈｅｍｕｎｉｃｉｐａｌｓｅｗａｇｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｄｉｓｉｎｆｅｃｔｉｏｎｂｙ￣ｐｒｏｄｕｃｔｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓꎻＡＡＯ￣ＭＢＲｐｒｏｃｅｓｓꎻ３Ｄ￣ＥＥＭ(ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｅｍｉｓｓｉｏｎｍａｔｒｉｘ)ꎻｍｏｌｅｃｕｌａｒｗｅｉｇｈｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎꎻｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ￣ｂａｓｅｄｆｒａｃｔｉｏｎ 环 境 科 学 研 究第３１卷 由于淡水资源匮乏和水资源需求的日益增长ꎬ再生水已经成为了第二水源[１]ꎬ相比工业废水、农业废水和雨水ꎬ经生物方法处理过的市政污水是一种水量和水质均稳定的再生水[２].ＡＡＯ￣ＭＢＲ工艺通常作为市政污水处理厂的主要工艺ꎬＭＢＲ可以有效去除大分子、病毒和胶体类物质ꎬ但ＭＢＲ出水中仍存在部分ＤＯＭ(溶解性有机物)可与消毒剂反应生成具有细胞毒性和遗传毒性的ＤＢＰｓ(消毒副产物)[３].再生水主要用于农业生成、工业用水和城市杂用水ꎬ虽不会被人类直接饮用ꎬ但可通过呼吸途径和皮肤途径与人类接触.另外ꎬ用于补充地下水的再生水也可通过地表径流等途径进入饮用水源地ꎬ从而间接被人体吸收[４].因此以市政污水为来源的再生水中ＤＢＰｓ的生态风险和健康风险已经得到广泛关注.迄今为止ꎬ已有７００多种ＤＢＰｓ被检出[５].其中ＴＨＭｓ(三氯甲烷)、ＨＡＡｓ(卤代乙酸)和ＣＨ(卤代酮)已纳入ＧＢ５７４９—２００６«生活饮用水卫生标准»[６]ꎻＷＨＯ(世界卫生组织)规定了ＨＡＮｓ(卤代乙腈)限值[７]ꎻＨＮＭｓ(卤代硝基甲烷)虽然没有限定标准ꎬ但被ＵＳＥＰＡ(美国环境保护局)列入优先控制ＤＢＰｓ的最高等级[８]ꎻＨＫｓ(卤代酮)可以水解生成ＴＨＭｓ[９]ꎬ所以也被广泛关注.ＤＢＰｓ的生成水平与ＤＢＰｓ前体物的种类密切相关.通常市政污水处理厂出水主要包括难降解人工合成物质、ＮＯＭ(天然有机物)和ＳＭＰｓ(微生物代谢产物)等[１０]ꎬ其中ＳＭＰｓ是主要成分.研究发现ꎬＳＭＰｓ中蛋白质、多糖、腐殖酸和ＤＮＡ等物质会与氯反应生成ＤＢＰｓ[１１￣１２]ꎬ其中腐殖酸为主要的乙酸类前体物质[３]ꎻＭＡ等[１４]研究发现ꎬＮＯＭ中的多烃类芳香结构、脂类和酮类可以与氯反应生成卤代中间产物ꎬ进而通过水解或脱羧作用生成小分子的ＤＢＰｓꎬ如ＴＨＭｓ.另外ꎬＤＢＰｓ的生成与前体物的物化性质也有很强的相关性ꎬ包括极性、分子量分布和官能团特性[１５].ＬＩＵ等[１６]研究发现ꎬ污水在生物处理过程中积累的ＳＭＰｓ是ＤＢＰｓ前体物ꎻ其中１ｋｕ的ＳＭＰｓ对ＤＢＰｓ的贡献率为６５％.由于污水处理过程会影响ＤＯＭ的种类和性质ꎬ所以对污水再生过程中ＤＢＰｓ前体物变化规律的研究具有重要意义.该研究将ＡＡＯ￣ＭＢＲ工艺沿程出水中ＤＯＭ根据分子量和亲疏水性进行了分离ꎬ并通过３Ｄ￣ＥＥＭ(三维荧光光谱)对分离前后各组分ＤＯＭ进行表征ꎬ结合氯消毒条件下的Ｃ￣ＤＢＰＦＰ(含碳消毒副产物生成势)和Ｎ￣ＤＢＰＦＰ(含氮消毒副产物生成势)ꎬ对特征Ｃ￣ＤＢＰｓ和Ｎ￣ＤＢＰｓ前体物进行识别ꎬ并研究污水再生过程中Ｃ￣ＤＢＰｓ和Ｎ￣ＤＢＰｓ前体物的迁移、转化规律ꎬ为再生水中ＤＢＰｓ源解析提供依据.１ 材料与方法１１ 水样采集该研究所用原水取自无锡某市政污水处理厂.污水厂进水经沉砂池处理后进入ＡＡＯ生物池进行二级处理ꎬ最后流入ＭＢＲ进行深度处理.由于沉砂池对ＤＯＭ特性影响较小ꎬ因此该研究着重考察ＡＡＯ和ＭＢＲ对ＤＢＰｓ前体物的影响ꎬ所以选取了沉砂池、ＡＡＯ和ＭＢＲ三段出水作为研究对象.各取水点常规指标数据见表１.表１ 水质参数Ｔａｂｌｅ１Ｔｈｅｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓ出水类别ρ(ＤＯＣ)∕(ｍｇ∕Ｌ)ρ(ＤＴＮ)∕(ｍｇ∕Ｌ)ρ(ＮＨ４＋￣Ｎ)∕(ｍｇ∕Ｌ)ρ(ＮＯ３－￣Ｎ)∕(ｍｇ∕Ｌ)ρ(ＮＯ２－￣Ｎ)∕(ｍｇ∕Ｌ)ｐＨＵＶ２５４∕ｃｍ沉砂池出水６３２７±３２７２５００±３２１１７９０±２１１１０８±０２８００１±００１７１８±０１２０１７±００２ＡＡＯ出水４６８５±２２３７９５±１５７１９２±０５２５８８±０７１００６±００１７２１±０２１０２５±００３ＭＢＲ出水１３０１±１６７１０９５±１３９０５０±０１３６８２±０５７００１±００１７３１±０１３０１５±００２１２ 试验试剂ＴＨＭ４、ＨＡＡ９、ＣＨ(水合氯醛)、ＨＫ２、ＨＡＮ４、ＨＮＭꎬ以及溶剂ＭＴＢＥ(甲基叔丁基醚)均购自美国Ｓｉｇｍａ公司.１３ 分离方法１３１ 分子量分离采用４００ｍＬ内有分子量膜(Ｍｅｒｃｋ￣Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅꎬ美国)的超滤单元设备