太湖原水微量有机污染物高级氧化与生物预处理耦合降解技术研究

摘要

近年来太湖水源水中不断检测出各种典型内分泌干扰物、药品和个人护理用品等微量有机污染物，这些物质对人体健康造成潜在威胁，而常规处理工艺对这些物质无法有效去除。本文以太湖微污染原水为研究对象，在对原水中微量有机污染物进行调查分析的基础上，开展了“臭氧预氧化-生物预处理”耦合降解微量有机污染物技术的研究，并利用长距离输水管道反应器进行持续降解，提出太湖原水中微量有机污染物控制方法，为实际生产提供参考。主要结论如下:
　　(1)太湖原水中共鉴别出39种挥发性及半挥发性有机物。邻苯二甲酸酯类物质(phthalate acid esters，PAEs)含量最高，其中邻苯二甲酸二甲酯(Dimethyl phthalate，DMP)和邻苯二甲酸二丁酯(Dibutyl phthalate，DBP)最高含量分别达到0.63μg/L和0.49μg/L。
　　(2)臭氧氧化能有效降解磺胺类抗生素和邻苯二甲酸酯。臭氧氧化降解太湖原水中的磺胺类抗生素和邻苯二甲酸酯主要依靠臭氧分子的直接氧化作用。污染物初始浓度上升会导致降解效能下降。目标污染物的去除率随臭氧投加量和臭氧接触时间的增加而提高，当接触时间为40min、臭氧投加量为3mg/L时，耦合预处理工艺对磺胺甲恶唑(Sulfamethoxazole，SMX)的最高去除率达到98.7％;当接触时间为40min、臭氧投加量为4mg/L时，耦合预处理工艺对磺胺二甲嘧啶(Sulfamethazine，SM2)的最高去除率达到96.5％，其中臭氧预氧化的贡献率分别为83.9％和79.3％。臭氧投加量为3mg/L、接触时间达到30min时，耦合预处理工艺对DMP和DBP的去除率分别达到83.3％和95.7％。
　　(3)分析臭氧氧化PAEs的中间产物，推测臭氧降解PAEs的可能途径是PAEs侧链的碳碳单键或碳氧键断裂，转化成小分子物质，生成中间产物邻苯二甲酸，进而分解成CO2和H2O。目标污染物降解过程中的中间产物毒性变化分析表明，臭氧氧化磺胺类抗生素过程中会产生毒性更强的中间产物。臭氧氧化降解DBP的过程中雌激素活性也随之降低，但降解中间产物也具有一定的雌激素活性，生物预处理阶段DBP及其中间产物进一步被去除，最终出水雌激素活性基本被去除。
　　(4)臭氧接触时间为30min，臭氧投加量为3mg/L时，“臭氧预氧化-生物预处理-混凝沉淀-砂滤-生物活性炭”工艺对耗氧量、UV254和DOC的总去除率分别达到81.3％、87.8％和67.0％，比未采用“臭氧预氧化-生物预处理”工艺时分别提高了36.1％、57.2％和34.9％。
　　(5)长距离输水管道对有机物的去除率随着高铁酸钾投加量的增加而上升，但随着高铁酸钾投加量的增加，单位高铁酸钾去除目标污染物的能力下降。臭氧投加量为1mg/L，高铁酸钾投加量20mg/L时，臭氧-生物预处理工艺结合长距离输水管道反应器对SMX、SM2、DMP和DBP的总去除率分别为70.6％、53.3％、89.7％和83.2％。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 饮用水中微量有机污染物简介及污染现状

1．1．2 微量有机污染物处理技术

1．1．3 长距离输水管道反应器

1．2 研究目的与意义

1．3 研究内容

第二章 实验设计与方法

2．1 试验装置设计

2．1．1 小试装置

2．1．2 中试装置

2．2 实验材料

2．3 实验仪器与设备

2．4 分析项目与方法

2．4．1 常规项目分析方法

2．4．2 其他项目分析方法

第三章 太湖原水及制水过程中有机污染物变化规律调查分析

3．1 水厂工艺介绍

3．2 采样方案

3．3 原水有机物调查结果与分析

3．3．1 有机物分子量分布

3．3．2 GC／MS全分析

3．3．3 微囊藻毒素-LR(MC-LR)

3．3．4 嗅味物质

3．4 水源厂预处理工艺及长距离输水管道对有机物的去除规律

3．4．1 GC／MS全分析

3．4．2 微囊藻毒素MC-LR

3．5 水厂常规工艺中各单元对有机物的去除规律

3．6 本章小结

第四章 高级氧化-生物预处理耦合工艺对微量有机物降解规律研究

4．1 试验方法

4．1．1 试验装置

4．1．2 分析项目与方法

4．1．3 装置运行参数

4．2 磺胺类抗生素耦合降解技术研究

4．2．1 生物预处理降解磺胺类抗生素情况

4．2．2 臭氧-生物预处理耦合降解磺胺类抗生素研究

4．2．3 磺胺类抗生素臭氧氧化机理研究

4．2．4 臭氧氧化过程中磺胺类抗生素的生物毒性变化

4．3 邻苯二甲酸酯耦合降解技术研究

4．3．1 生物预处理降解邻苯二甲酸酯情况

4．3．2 臭氧-生物预处理耦合降解邻苯二甲酸酯研究

4．3．3 邻苯二甲酸酯中间产物及降解途径分析

4．3．4 预处理工艺对邻苯二甲酸酯雌激素活性的去除

4．4 本章小结

第五章 高级氧化-生物预处理耦合工艺与后续工艺单元组合研究

5．1 预处理工艺对后续单元处理效果的影响

5．2 预处理工艺与长距离输水管道反应器结合对微量有机物的去除特性研究

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

作者在硕士期间发表论文情况