二级处理出水中DOM在粉煤灰改性SAT系统中的迁移转化

摘要

水资源严重短缺已成为制约我国经济社会发展的重要因素，污水回用已成为必然。二级处理出水的土壤含水层处理(SAT)技术作为污水回用的重要途径，因对微生物、氨氮和有机物的去除效果较好，具有低投资、低能耗、运行简单等优点而被广泛使用。溶解性有机物(DOM)由于是加氯消毒过程中具有致癌致畸变性的消毒副产物的最主要前体物而在污水回用中被广泛研究。
　　传统SAT可以有效去除进水中的污染物，但是由于土壤的吸附作用较弱，出水的芳香性和三卤甲烷生成活性有所增加。本课题将粉煤灰这一固体废弃物作为填充物加入到模拟传统SAT系统的土壤柱中，利用其较强的吸附性能，进一步提高SAT系统对DOM的去除效率。实验中使用非离子吸附作用将二级水DOM分级为疏水性有机酸(HPO-A)、疏水性有机中性物质(HPO-N)、过渡亲水性有机酸(TPI-A)、过渡性亲水性中性物质(TPI-N)和亲水性有机物(HPI)。通过分析二级水、粉煤灰改性 SAT系统各土壤柱出水及粉煤灰吸附前后溶液中的DOM及其分级组分的DOC、UV-254、SUVA、三氯甲烷生成势(THMFP)及三氯甲烷生成活性(STHMFP)等水质参数，研究 DOM在粉煤灰改性 SAT系统中的迁移转化规律、粉煤灰对 DOM的吸附特性。课题最后对各土壤柱出水的再生回用进行健康风险评价。
　　分析粉煤灰改性SAT系统各土壤柱出水中DOM及其分级组分的性质可知，出水 DOC、芳香性及 THMs前体物含量均明显低于传统 SAT系统，表明粉煤灰增强了土壤柱对DOM的吸附作用(特别是疏水性物质)，但它会影响亲水及过渡性亲水性物质的生物降解作用。系统中上部0.25m土壤层下部土壤与大体积粉煤灰混合物这一填充方式的土壤柱(SFA4)对 DOM的去除效率最高，说明通过土壤生物降解与粉煤灰吸附的联合作用，可进一步提高对 DOM的DOC及THMs前体物质的去除效率。
　　分析粉煤灰对腐殖酸的吸附反应的动力学和热力学，表明反应满足准二级反应动力学方程，是一个吸热的自发过程，且过程中伴有熵增加。而粉煤灰投加量、含碳量与粒径以及反应pH、温度都会影响粉煤灰对DOM的吸附作用：大投加量、碱性条件可增大粉煤灰对 DOM的吸附量，但温度的影响有限；粉煤灰对DOM的吸附作用随着未燃烬碳含量的增加、粒径的减小而增大。
　　回用水对人体健康的影响是人们普遍关心的焦点之一，课题最后从污水饮用回用和非饮用回用两方面对粉煤灰改性 SAT系统各土壤柱出水进行健康风险评价。结果表明出水的消毒副产物致癌风险、化学致癌风险及化学非致癌风险值均小于对应的最大可接受年风险水平，同时重金属和微生物引起的健康风险问题也能得到控制。

目录

二级处理出水中DOM在粉煤灰改性SAT系统中的迁移转化

Removal and transformation of dissolved organic matter In secondary effluent during fly-ash additive SAT

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1污水资源化的意义和途径

1.2土壤含水层处理

1.3二级水中溶解性有机物在SAT过程中的迁移转化

1.4粉煤灰的性质及其在废水处理中的应用

1.5污水再生回用的健康风险评价

1.6课题研究意义及研究内容

第2章 实验材料及方法

2.1实验材料

2.2实验及分析方法

2.3实验装置及设备

第3章 粉煤灰改性SAT系统中溶解性有机物及其分级组分的去除

3.1二级处理出水中溶解性有机物的特性

3.2粉煤灰改性SAT过程中DOM及其分级组分的去除及转化

3.3粉煤灰改性SAT过程中溶解性有机物结构的变化

3.4本章小结

第4章 粉煤灰对二级处理出水中溶解性有机物的吸附特性

4.1粉煤灰对腐殖酸的吸附特性

4.2粉煤灰对二级水中DOM及其分级组分的吸附特性

4.3本章小结

第5章 粉煤灰改性SAT系统出水的回用风险评价

5.1污水再生回用风险评价的定义

5.2饮用回用风险评价

5.3非饮用回用风险评价

5.4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

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

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致 谢