臭氧氧化深度处理二级处理出水的研究

中国环境科学2014,34(5)：1159~1165ChinaEnvironmentalScience臭氧氧化深度处理二级处理出水的研究郑晓英1,王俭龙1,李鑫玮2,田文静1,李魁晓2*(1.北京工业大学水质科学与水环境恢复工程北京市重点实验室,北京100124；2.北京城市排水集团有限责任公司科技研发中心,北京100124)摘要：以某城市污水处理厂二级处理出水为原水,研究了臭氧氧化深度处理对水中残留有机物以及病原微生物的降解和去除效果.结果表明,臭氧投加量达到6mg/L时,DOC、UV254、色度的去除率分别为15.49%、36.36%、73.61%,环境激素类痕量有机物邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)的去除率分别为37.29%和14.6%,三维荧光光谱荧光峰的各区域有机物质平均去除率在80%以上,DBP出水浓度为2.64µg/L,DEHP出水浓度为1.4µg/L,满足《城市污水再生利用地下水回灌水质》(GB/T19772-2005)的标准.臭氧投加量达到10mg/L时,出水中指示性微生物粪大肠菌群仍接近103CFU/L,5mg/L有效氯消毒后出水粪大肠菌群仍接近10CFU/L,6mg/L臭氧与5mg/L有效氯组合消毒出水的粪大肠菌群下降至3CFU/L,满足《城市污水再生利用景观环境用水水质》(GB/T18921-2002)的标准.三卤甲烷(THMs)的生成量随着有效氯投加量的增加而增加,臭氧与氯组合消毒过程与氯单独消毒过程相比,THMs生成量减少了78.08%.关键词：臭氧氧化；有机物；消毒；三卤甲烷中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1000-6923(2014)05-1159-07Advancedtreatmentofsecondaryeffluentbyozonation.ZHENGXiao-ying1,WANGJian-long1,LIXin-wei2,TIANWen-jing1,LIKui-xiao2*(1.KeyLaboratoryofBeijingforWaterQualityScienceandWaterEnvironmentRecoveryEngineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China；2.ResearchandDevelopmentCenter,BeijingDrainageGroupCompanyLimited,Beijing100124,China).ChinaEnvironmentalScience,2014,34(5)：1159~1165Abstract：Theobjectiveofthisworkwastoinvestigatetheeffectivenessofozonationontheremovaloforganicresiduesandpathogenicmicroorganismfromthemunicipalsecondaryeffluent.TheDOC,UV254,chroma,di-n-butylphthalate(DBP),di-2-ethylhexylphthalate(DEHP)andorganicpollutantsofthree-dimensionalfluorescenceremovalsofozonationwere15.49%,36.36%,73.61%,37.29%,14.6%andabove80%atadoseof6mg/L,respectively.AndtheozonatedsecondaryeffluentconcentrationofDBPandDEHPwas2.64µg/Land1.4µg/L,respectively,whichmeetsthestandardoftheReuseofUrbanRecyclingWaterQualityStandardforGroundwaterRecharge(GB/T19772-2005).Thefecalcoliformswerecloseto103CFU/Land10CFU/Lbyozonation(ataozonedoseof10mg/L)andchlorination(ataavailablechlorinedoseof5mg/L),respectively.However,thecombinationofozonation(ataozonedoseof6mg/L)andchlorination(ataavailablechlorinedoseof5mg/L)ledtoanincreasedremovaloffecalcoliformsof3CFU/L,whichmeetsthestandardoftheReuseofUrbanRecyclingWater-WaterQualityStandardforScenicEnvironmentUse(GB/T18921-2002).Thegenerationoftrihalomethanes(THMs)increasedwiththeincreaseofavailablechlorinedosage,whileitwasreducedby78.08%byusingthecombinationofozonationandchlorination.Keywords：ozonation；organicpollutants；disinfection；trihalomethanes(THMs)为了解决现代城市缺水问题,世界上许多国家和地区把城市污水处理再生回用作为缓解水资源供需矛盾[1-2]的重要措施.生活污水经二级生化处理以后,有机物负荷通常较低,水中残留的有机物大多是难生物降解的有机物,如何对其进行进一步深度处理拓宽应用范围是实现污水资源化解决水污染和水资源短缺问题的关键.臭氧具有强氧化性,利用臭氧进行污水再生深度处理,能够有效地除味、脱色,可直接或间接地降解污水中的有机物[3-5],并能高效灭活大量的病原微收稿日期：2013-08-24基金项目：国家自然科学基金项目(51008294);环保公益性行业科研专项(201209053)*责任作者,高级工程师,[e-mail].1160中国环境科学34卷生物,达到再生水回用水质标准的要求.由于氯消毒在给水、污水和再生水处理过程中与有机物发生反应产生三卤甲烷(THMs)等具有“三致”作用的消毒副产物,使得臭氧在水处理中的作用得到了更多的关注.本研究通过臭氧深度处理二级处理出水,考察了臭氧去除有机物的效果,采用三维荧光光谱分析了臭氧氧化后有机物的变化特征,从病原微生物与消毒副产物协同控制和经济的角度出发,研究了臭氧与氯单独和组合消毒过程病原微生物与消毒副产物的变化规律.1材料与方法1.1试验装置及试验过程尾气分解装置出水空气臭氧氧化接触池O3储水池砂滤池进水泵二级出水O3浓度监测器臭氧发生器制氧机冷凝机空压机NaCLO储药罐图1二级处理出水深度处理流程示意Fig.1Schematicdiagramofadvancedtreatmentofsecondaryeffluenttestdevice二级处理出水深度处理装置如图1所示,空气经压缩机和净化装置进入制氧装置,产生的高纯度氧气进入臭氧发生器,产生含有臭氧的混合气体经钛金属曝气装置均匀布气进入接触池,气水逆流以便充分混合反应,剩余臭氧进入尾气破坏器催化分解.臭氧浓度通过在线监测器(HareEG-600,Jitsugyo日本)检测.臭氧氧化接触池有效容积为250L,臭氧与水的接触时间为10min.通过调节臭氧发生装置,改变臭氧浓度,使其投加量分别为2,4,6,8,10mg/L.氯消毒试验所用制剂为10%次氯酸钠溶液,装置由储药罐和加药泵组成.通过调节加药泵的流量控制有效氯的投加量为1,2,3,4,5mg/L.消毒剂与水充分混合30min消毒后测定微生物指标.微生物灭活率计算公式:灭活率=(N0-N)×100%/N0,式中N0为原水菌落数、N为消毒后菌落数.1.2试验水样试验水样为某污水处理厂二级处理出水经砂滤出水,其主要水质参数见表1.表1砂滤出水水质参数Table1Qualityparametersofsandfiltrationeffluent指标范围指标范围浊度(NTU)1.83~2.54DOC(mg/L)5.8~7.47色度(度)18~28菌落总数(CFU/mL)1100~30000UV254(cm-1)0.10~0.12总大肠菌群(×103CFU/L)280~650氨氮(mg/L)1.5~3.8粪大肠菌群(×103CFU/L)60~2001.3水质参数分析测定TOC/DOC:MultiN/T2100TOC/TN;UV254:UV-2401(SHIMADZU)紫外/可见分光光度计;色度:SD-9012A色度测定仪;浊度:2100AN型台式浊度仪;菌落总数:平板计数法;总大肠菌群数、粪大肠菌群数:滤膜法.THMs的测定方法参考EPAstandardmethods6232B,采用液液萃取(LLE)-气相色谱质谱法(GC/MS)测定.5期郑晓英等：臭氧氧化深度处理二级处理出水的研究1161痕量有机物DBP、DEHP和壬基酚(NP)参考郝瑞霞等[6-7]的方法,采用固相萃取(SPE)-气相色谱质谱法(GC/MS)测定.2结果与讨论2.1臭氧氧化过程对有机物的去除规律2.1.1对DOC、UV254、色度的去除规律由图2可以看出,臭氧氧化过程对DOC有一定的去除效果,但不明显.当臭氧投加量为6mg/L时,DOC的去除率为15.49%,DOC浓度下降了0.9mg/L.相对于降低DOC来说,臭氧氧化降低UV254的作用更加明显,随着臭氧投加量的增加,出水的UV254逐渐降低,当臭氧投加量增加到6mg/L时,UV254去除率为36.36%.当臭氧投加量增加到10mg/L时,UV254去除率达到了45.45%.二级出水中木质素、丹宁酸、腐殖质和各种含有芳香烃和双键或羟基的共轭体系有机物约占DOC的40%~60%,而这些有机物在254nm处都有强烈吸收,也就是说臭氧分子与其分解的羟基自由基可以直接攻击芳环或双键等活性点位,通过开环或断键等将大分子有机物打碎成小分子有机物,使有机物的芳香性降低或消失[8-9].臭氧对UV254的去除正体现了其对此类物质具有较好的降解作用.随着臭氧投加量的增加,色度的去除率不断升高,臭氧投量为6mg/L时,出水色度由原水的21.6度降低到5.7度,去除率为73.61%.当臭氧投量超过6mg/L以后,色度值的降幅趋于平缓,这是由于水中能被臭氧氧化的显色有机物的含量是一定的,当这些物质降解以后,继续增加臭氧投加量对色度的去除影响减小.024681004812162024色度(度),DOC(mg/L)DOC色度UV2540.000.020.040.060.080.100.12臭氧投加量(mg/L)UV254(cm-1)图2臭氧投加量对DOC、UV254、色度的去除效果Fig.2EffectofozonedosageonDOC、UV254andchromaremoval400350300250200200300400500600Ex(nm)Em(nm)a.0mg/L400350300250200b.2mg/Lc.4mg/Ld.6mg/Le.8mg/Lf.10mg/L200300400500600200300400500600Ex(nm)IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIEm(nm)Em(nm)图3不同臭氧投加量的三维荧光光谱图谱Fig.33DEEMgraphsofdifferentozonedosage1162中国环境科学34卷2.1.2三维荧光光谱分析如图3所示,主要荧光峰有FluⅠ~FluⅤ[10-12],FluⅠ表示酪氨酸类芳香族蛋白质,FluⅡ表示色氨酸类芳香族