混凝与吸附工艺抑制城市再生水中氯消毒副产物生成的研究

摘要

城市污水处理厂的二级出水中存在多种病原微生物、微量有毒有害化学污染物和植物性营养物质，这些物质经过消毒处理后会产生一些对人体有害的消毒副产物。这对再生水的安全利用存在一定的风险，从而制约着回用水的再生利用。本论文选用混凝、吸附及其联用工艺对济南市污水处理厂的二级出水进行深度处理，研究混凝、吸附以及联用工艺对THMs消毒副产物生成的影响。另外，采用超滤膜法和树脂富集分离技术对污水处理厂的二级出水、混凝和吸附处理后出水中有机物组分进行分级表征，分析了混凝、吸附对二级出水中的分子量分布特性及亲疏水特性的影响，明确对水样中DOM的分子量分布及亲疏水性与THMs消毒副产物生成量之间的关系。通过研究水样中消毒副产物前驱物的分子量分布特征和亲疏水性有助于处理工艺的选择，并对处理效果做出预测，从而为评价混凝、吸附技术作为污水深度处理技术减少回用水中THMs等消毒副产物的适用性提供理论依据。
　　本论文得出的主要结论如下:
　　(1)氯化铁混凝对济南市城市污水处理厂二级出水有较好的处理效果，有机物的去除率随着混凝剂投加量的增加而升高。当pH值为7，氯化铁的投加量为80mg/L时，出水中有机物的去除效率达到最大值。粉末活性炭对DOC和UV254的去除效率随着粉末活性炭的投加量的增大而增大，活性炭投加量在2.0g/L的时候达到吸附平衡，吸附平衡时间为90min。先混凝后吸附工艺对DOC和UV254的去除效果优于先吸附后混凝工艺的去除效果。
　　(2)二级出水经过先混凝后吸附的处理工艺要比先吸附后混凝的工艺对消毒副产物控制效果好，先混凝后吸附工艺能够减少95％的消毒副产物的生成量，但是经过先混凝后吸附工艺处理后消毒副产物的生成潜能反而最大。随着消毒时间的增加生成THMs的总量是不断增加的，当消毒时间达到了48h后生成的THMs的总量达到了最大值。在保证消毒质量的前提下，控制消毒时间在0.5h以内能有效减少THMs的生成。生成的各组分THMs消毒副产物所占的比例是一致的，不会随着消毒时间的变化而发生明显变化。混凝处理可优先去除大分子有机物，粉末活性炭不仅有效地去除大分子有机物，对小分子量的有机物也有很好的去除效果。氯化铁混凝处理工艺对再生水中疏水酸性物质有较好的去除效果，粉末活性炭吸附对亲水性有机物和疏水性有机物均有较好的去除效果，活性炭吸附对有机物的亲疏水性没有明显偏好。
　　(3)济南市城市污水处理厂二级出水中主要有机质为大于100KDa分子量的有机物。对比不同分子量有机质的THMs生成潜能，二级出水及混凝出水中30KDa～100KDa有机物组分THMs生成潜能最高;小于1KDa组分的有机物THMs生成潜能最小。经过吸附处理后小于10KDa小分子量有机物组分THMs生成潜能比较大。混凝处理能够有效的减少THMs的生成潜能，活性炭吸附处理虽然能够去除大量的有机物但是能大幅提高小分子量有机物的THMs生成潜能。
　　(4)济南市城市污水处理厂二级出水中有机质主要为亲水性物质(HIS)和疏水酸性物质(HOA)。对比不同疏水性有机质的THMs生成势，HOA和HIS也是污水厂的二级出水氯消毒副产物THMs的主要前体物质。在进行氯消毒过程中，HON、HOA相比HOB与HIS具有更强的三卤甲烷生成潜能。混凝工艺对HOA物质生成THMs的控制效果较好，吸附处理工艺对水样中的亲水性组分物质生成的THMs控制效果较好。因此，混凝和吸附的联用可以有效的控制THMs的生成。