典型二级处理及深度处理组合工艺对工业废水毒性削减性能的研究

摘要

近年来，由于我国工业迅速发展，每年都会排放数亿吨工业废水。工业废水普遍具有成分复杂、难降解及高毒性等特点，对生态环境和人类健康都极具危害。目前，我国污水排放标准以化学需氧量(Chemical Oxygen Demand，COD)、氨氮(Ammonia Nitrogen，NH4+-N)、总有机碳(Total Organic Carbon，TOC)和总氮(Total Nitrogen，TN)等理化指标为主。然而，工业废水成分复杂，且污染物之间存在联合毒性作用，常规理化指标无法有效评价废水的整体毒性。生物毒性检测技术不仅可以评价废水整体的毒性特征，还可以建立直观的毒性剂量效应关系。本研究旨在利用一系列的生物毒性检测方法，综合评价典型二级处理及深度处理组合工艺对实际工业废水生物毒性的削减性能，为废水的安全排放和水质监测生物指标的完善提供科学依据。主要研究内容如下:
　　(1)采用斑马鱼急性毒性和彗星试验评价A2O工艺对印染废水和颜料废水生物毒性的削减性能。两厂原水COD分别为569 mg/L和342mg/L;斑马鱼毒性单位(Toxic Unit,TU)分别为4.06和2.50;原水在5％稀释度下彗星尾距(Tail Moment，TM)分别为5.32μm和10.1μm，显著高于对照组(Negtive control，NC)(p＜0.01)，表现出明显的遗传毒性。经A2O工艺处理后，COD分别降低至64.7 mg/L和76.4 mg/L，去除率分别为88.6％和77.7％，出水COD均未达到GB18918-2002排放标准(COD≤50 mg/L);斑马鱼急性毒性TU分别削减至1.46和2.00，削减率分别为64％和20％，出水仍表现出中度斑马鱼急性毒性;出水在5％稀释度下TM分别削减至5.25μm和9.88μm，与原水间无显著性差异(p＞0.05），A2O工艺对遗传毒性没有显著的削减效果。
　　(2)考察了A2O-臭氧氧化组合工艺和A2O-Fenton氧化组合工艺对焦化废水生物毒性的削减性能。两焦化废水原水大型蚤TU分别为70.3和50.2，斑马鱼TU分别为52.5和34.2，斑马鱼胚胎存活指数(Survival Index，SI) TU分别为41.0和35.2;在1.55％稀释度下对幼鱼具有明显的致畸效应，分别在2.1％和3.0％稀释度下对幼鱼生长发育具有显著抑制作用(p＜0.05）;在1.55％稀释度下具有明显遗传毒性(TM分别为8.91μm和7.40μm，均显著高于NC(p＜0.01))。A2O出水对大型蚤、斑马鱼和斑马鱼胚胎存活指数均无明显毒性作用;但在80％稀释度下仍会引起幼鱼骨骼发育异常;A2O对遗传毒性的削减效果并不显著(p＜0.05），A2O出水在1.55％稀释度下仍具有明显遗传毒性(TM分别为6.60μm和7.82μm，均显著高于NC(p＜0.01));此外，A2O出水COD和NH4+-N均未达标。经高级氧化进一步处理后，出水COD和NH4+-N达到排放标准;出水对幼鱼无明显致畸效应和生长抑制效应;遗传毒性削减率显著增加，但出水在6.25％稀释度下仍有明显的遗传毒性(TMs分别为4.05μm和4.96μm，均显著高于NC(p＜0.01))。
　　(3)考察了A/O-曝气生物流化池(Aerobic Biological Fluidized Tank，ABFT)组合工艺对丙烯腈废水生物毒性的削减性能，同时采用气相色谱-质谱联用(GasChromatography-Mass Spectrometer，GC-MS)技术对丙烯腈废水中的毒性有机污染物进行鉴别。原水对大型蚤、斑马鱼和斑马鱼胚胎SI的TU依次为125、29.6和14.3;在4％稀释度下对幼鱼具有显著的致畸效应和生长抑制效应(p＜0.01）;在1％稀释度下具有明显的遗传毒性(TM=4.54μm，显著高于NC(p＜0.01)）;原水中主要毒性物质为3-氰基吡啶和丁二腈，以及少量马酸腈和3-(苯氨基)丙腈等腈类物质。A/O工艺段对大型蚤急性毒性、斑马鱼急性毒性和胚胎毒性SI的削减率依次为98％、81％和20.3％; A/O出水在7％稀释度对幼鱼仍具有显著的致畸效应和生长抑制效应(p＜0.01）;A/O工艺段对遗传毒性的削减效果并不显著(p＜0.05），出水在1％稀释度下仍有明显的遗传毒性(TM=4.50μm，显著高于NC(p＜0.01)）;A/O出水中主要毒性物质为未完全去除的富马酸腈和咪唑，以及副产物苯酚、3-甲基己腈和4-肉桂苯酚。ABFT出水对大型蚤、斑马鱼和斑马鱼胚胎存活均无明显毒性作用;且不具有明显的致畸性，但在32％稀释度下对斑马鱼仍具有显著的生长抑制效应(p＜0.01）;遗传毒性削减率显著增加(p＜0.05），但出水在14％稀释度仍有明显的遗传毒性(TM=14.7μm，显著高于NC(p＜0.01)）;出水中仍含有少量富马酸腈、4-甲基嘧啶和联苯。
　　本研究中的三种工业废水均具有较高生物毒性，传统A2O和A/O工艺对急性毒性削减率为20％～100％，对胚胎毒性SI的削减率为20.3％～100％，但对遗传毒性的削减效果并不显著(p＞0.05）。AOPs和ABFT工艺单元可以进一步削减急性毒性和胚胎毒性，并显著提高遗传毒性削减效率，但最终出水在5％～14％稀释度下仍具有明显的遗传毒性(p＜0.05)，对生态环境安全和人类健康仍存在潜在危害。

目录

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摘要

图目录

表目录

主要符号表

主要缩写表

1．绪论

1．1 工业废水概述

1．2 典型工业废水处理技术

1．2．1 物理法

1．2．2 化学法

1．2．3 生物法

1．3 水质评价标准

1．4 废水生物毒性检测技术

1．4．1 急性毒性试验

1．4．2 慢性毒性试验

1．4．3 遗传毒性试验

1．4．4 内分泌干扰效应检测

1．5 废水毒性来源分析方法

1．6 论文选题依据、意义和研究内容

2．A2O工艺对染料颜料废水生物毒性的削减性能研究

2．2 材料与方法

2．2．1 实验试剂

2．2．2 主要仪器、耗材

2．2．3 水样采集

2．2．4 理化指标检测

2．2．5 生物毒性检测

2．2．6 质量控制和质量保证

2．3 结果与讨论

2．3．1 废水理化指标

2．3．2 急性毒性评价

2．3．3 遗传毒性评价

2．4 本章小结

3．A2O-典型高级氧化技术组合工艺对焦化废水生物毒性的削减性能研究

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 实验试剂

3．2．2 主要仪器、耗材

3．2．3 水样采集

3．2．4 理化指标检测

3．2．5 生物毒性检测

3．2．6 质量控制和质量保证

3．3 结果与讨论

3．3．1 废水理化指标

3．3．2 急性毒性评价

3．3．3 胚胎毒性评价

3．3．4 遗传毒性评价

3．4 本章小结

4．A／O-曝气生物流化池组合工艺对丙烯腈废水生物毒性的削减性能研究

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 实验试剂

4．2．2 主要仪器、耗材

4．2．3 水样采集

4．2．4 理化指标检测

4．2．5 生物毒性检测

4．2．6 毒性来源分析

4．3 结果与讨论

4．3．1 废水理化指标

4．3．2 急性毒性评价

4．3．3 胚胎毒性评价

4．3．4 遗传毒性评价

4．3．5 毒性来源分析

4．4 本章小结

5．结论与展望

5．1 结论

5．2 创新点摘要

5．3 展望

参考文献

作者简介

攻读博士学位期间科研项目及科研成果

致谢