贾鲁河流域再生水大尺度生态补给的风险评价与控制技术研究

我国水资源匮乏,淮河,海河等北方河流极度缺水,流域闸坝众多.基流匮乏,重污染是我国北方河流的典型特征.基流匮乏重污染河流治理被公认为世界性难题,还缺乏成功经验与实践案例.淮河二级支流-贾鲁河是流经郑州的典型基流匮乏型重污染城市河流.在"十一五"及"十二五"国家重大水专项支持下,通过再生水大尺度生态补给,贾鲁河水质有了根本性改善.然而,由于城市尾水来源复杂以及当前工艺局限,再生水中仍含有种类繁多的微量有毒有害污染物,对再生水大尺度生态补给基流匮乏重污染河流的长期污染效应和累积环境风险仍未有很好的认知.因此,在常规水质改善的同时,贾鲁河的水生态健康和生物多样性是否得到有效恢复?再生水大尺度生态补给可能带来什么样的生态风险?如何才能进行有效控制?针对以上问题,本论文选择贾鲁河为研究对象,探讨再生水大尺度生态补给基流匮乏重污染河的风险评价与控制技术,其研究结果概括如下:(1)贾鲁河主要断面(J0-J3)的藻类细胞总丰度变化范围为0.71 × 106-16.39×106ind/L,几乎所有样点浮游植物种类都以指征水体污染的蓝绿藻为主.浮游动物主要以小型浮游动物(原生动物和轮虫)为主,占总比例的84.9%,对应的Shannon多样性指数变化范围为0.86-2.88.以上生物多样性调查数据表明,贾鲁河的水体污染特征明显,现有的混凝沉淀工艺制备的再生水作为大尺度的生态补给,仍然存在一定的生态风险.再生水中有毒有害微量污染物可能是影响河流生物多样与水生态健康的重要因素.(2)利用成组生物毒性测试方法,分别测试了贾鲁河4个主要断面(J0-J3)水样的急性毒性,内分泌干扰毒性,遗传毒性,类二噁英毒性等多种毒性效应.研究结果表明,贾鲁河上游J0-J1两个断面水样(城市再生水补给水)环境雌激素效应的E2当量值为2.03-6.22 ng/L,是预测无效应浓度(PNEC)值的2-5倍,表现出一定的环境雌激素毒性效应;斑马鱼幼鱼的甲状腺-垂体-性腺(HPG)发育轴基因转录情况分析结果也证实这一结论,特别是斑马鱼幼鱼体内的vtg基因的转录水平受环境内分泌干扰物的影响更加明显.同时持续暴露到120天的雄性斑马鱼证明了 vtg基因的转录水平受内分泌干扰物影响显著,可用于后续活体分析的生物指标.由于贾鲁河上游生态补给主要来自于城市污水处理厂尾水排放或再生水补给,因此,有必要开展城市尾水再生处理与内分泌干扰毒性削减技术研究.双洎河是贾鲁河最大支流,其汇入贾鲁河的J3断面水样的4-硝基喹啉-1-氧化物(4-NQO)当量值为4.2±0.3μ g/L,约为PNEC值的6.5倍,呈现较明显的遗传毒性效应.利用活体实验进行"胚胎-幼鱼"的持续暴露14天以及"胚胎-幼鱼-成年雄性斑马鱼"持续暴露120天后,斑马鱼体内的8-OHdG在各取样点中最为显著.通过调研分析判断,双洎河的遗传毒性可能主要来源造纸工业尾水排放,因此有必要开展造纸工业废水再生处理与遗传毒性削减技术研究.(3)以郑州五龙口污水处理厂为研究对象,发现生化尾水中的雌激素效应E2当量值为6.26±0.21 ng/L,活体毒性实验结果也表明生化尾水对雄性斑马鱼有较强的环境雌激素效应,其中E1,E2,EE2,OP,BPA,DBP等微量有机污染物在尾水中均有检出,是雌激素毒性效应的主要贡献源.本文对比研究了混凝沉淀,磁性树脂吸附,活性炭吸附,电吸附及臭氧氧化5种不同深度处理工艺对生化尾水中雌激素效应及其主要污染物的去除效果.研究结果表明,五龙口污水处理厂目前混凝沉淀工艺对生化尾水中的雌激素效应去除率仅为34.81%,混凝沉淀中再生水的EEQYEs浓度仍高达3.82±0.33 ng/L;其余4种深度处理工艺对雌激素效应去除率均可达到80%以上,主要原因是留类雌激素物质在深度处理过程中被去除.在此基础上,结合运行与投资成本,团队在五龙口污水厂建设了臭氧和磁性树脂中试工程,对于五龙口生化尾水的EEQYES去除率分别达到79.6%和81.8%,显示了这两种深度处理工艺在贾鲁河流域城市污水厂生化尾水深度处理中的优异的处理能力.目前,五龙口污水厂每天有20万吨的生化尾水经过索须河(18.5公里近自然河道净化工程)生态净化后,补给到贾鲁河的J0点.因此以索须河为对象,研究了生态净化处理技术对城市再生水中雌激素效应的削减去除效率.结果表明,河流生态净化处理对污染水体中的雌激素效应有很好的净化去除效果,特别是甾类雌激素物质在出水中低于检出限,去除率近100%;但是对OP,BPA,DBP等人工合成EDCs的净化去除效率低于甾类雌激素,例如0P的去除效率为58.2%-62.9%,DBP去除效率为11.2%-54.5%.长期暴露在水样中的雄性斑马鱼仍表现出一定的雌激素效应.(4)以双洎河流域新密造纸污水处理厂为对象,研究发现造纸尾水的遗传毒性效应明显,4-NQO当量值为27.4±2.2μ g/L,是其PNEC浓度值的近50倍.以遗传毒性去除为目标,针对造纸尾水"芬顿流化床-混凝沉淀"深度处理技术,本文对pH,双氧水投加量,双氧水和硫酸亚铁的摩尔比等组合条件进行了研究.研究发现,pH在3.5,双氧水投加量在1.4 mL,双氧水和硫酸亚铁的摩尔比为4:1时,每升造纸尾水中的TOC削减效率达到71.3%,遗传毒性削减54.0%.虽然遗传毒性有所削减,但是水中的急性毒性却显著增加.通过人工湿地小试实验对"芬顿氧化-混凝出水"进行处理,发现人工湿地可以较好的去除水中的污染物的急性毒性.基于小试实验的结果,在污水处理厂建设了"芬顿流化床-混凝沉淀-人工湿地净化"工程对生化尾水进行深度处理,造纸尾水的急性毒性由中等毒性降低至无毒,遗传毒性削减了 80.7%.结合三维荧光光谱实验结果,遗传毒性的削减主要与水中类蛋白物质,腐殖酸类物质等的削减呈一定的正相关性.在结合工程实际的基础上,进一步对再生水进入生态补给后水质以及毒性变化趋势进行研究.结果显示,河道能进一步削减湿地出水的遗传毒性,并确认了类蛋白物质与遗传毒性的关联性.活体斑马鱼实验也验证了离体生物毒性实验的结果,对比所有水样(8倍稀释)暴露的斑马鱼体内8-OHdG浓度显示,"芬顿流化床-混凝沉淀淀-人工湿地净化"可以削减51.4%的遗传毒性,再次证明了这套工艺对遗传毒性去除效果显著.

含氟化工废水处理项目案例分析

某工业园区在新能源产业发展的同时,还会产生大量的含氟化工废水,导致现有污水处理设施无法满足正常排水需求.通过分析进水水质,针对不同的污染物选择不同的处理工艺,综合考虑污染物成分最后采用"分质预处理+臭氧预氧化池+AAO生化池+辐流式沉淀池+活性炭吸附池+高密度沉淀池+活性砂滤池+臭氧催化氧化池+消毒"作为工业废水处理工艺.在实际运行后,污水处理厂出水指标可以达到指定水质指标,效果良好.

粉末活性炭吸附在城市污水再生利用工程中的应用

以团泊再生水处理工程为例,介绍了粉末活性炭(PAC)在再生水源水中的吸附特性,投加方式,投加系统的组成,投加点的选择,投加浓度的确定等内容.总结了粉末活性炭用于污水再生利用工程的技术特点,拓展了该技术的应用领域.