城市污水处理厂环境激素类污染物控制技术研究

环境激素(EDCs)作为具有高毒性、生物累积性的难降解有机污染物,随着现代工业的发展,在环境中的检出率越来越高,对生态和人类健康的危害日益严重。城市污水是回用水的主要来源,已成为缓解水资源紧缺的必然趋势,但是回用水中含有的环境激素类物质对污水回用产生的生态风险日益备受关注。因此,对城市污水处理厂环境激素类污染物控制技术的研究,具有重要的理论指导意义和实际应用价值。本课题是山东省高等学校科技计划项目(J11LB18)的主要研究内容,以三类典型EDCs-多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)和邻苯二甲酸酯(PAEs)为研究对象,分析确定了城市污水处理厂典型环境激素在各污水处理单元的分布和去除规律;采用水热法合成了光助Fenton氧化专用纳米α-Fe2O3催化剂,并运用XRD、TEM、SEM技术表征了其纳米结构;研制了光助活性炭负载纳米α-Fe2O3催化氧化固定床反应器,优化了光催化氧化固定床反应器的运行参数;测定了其对城市污水处理厂二沉池出水中三类环境激素的去除效果,探讨了环境激素类污染物的光催化氧化降解反应机理。主要研究工作和成果如下:(1)建立了环境样品中PAHs、PCBs和PAEs的GC-MS-MS检测分析方法,确定了三类EDCs的固相萃取预处理方法、气相色谱分离条件和质谱条件。分析确定了光大水务(济南)有限公司二厂典型环境激素在各处理单元的分布和去除规律:在各处理工艺单元处均检测到6种PCBs、4种PAHs和6种PAEs,其中,二氯、三氯、四氯联苯浓度较高,4种PAHs含量无明显占优的种类,而6种PAEs中DEHP浓度最高;夏季水样中EDCs含量较冬季高,而污泥中的含量相反;水厂出水中ΣPCBs和苯并芘浓度均高于地表水环境质量标准限值,且苯并芘的浓度高出一个数量级,出水PAEs中DEHP浓度最高,但低于地表水环境质量标准限值;污泥中EDCs的含量远高于污水中的含量,含量均满足农用标准关于三类环境激素的含量要求。传统的污水处理工艺对EDCs的去除效果欠佳,甚至部分环境激素只是从污水吸附转移到污泥中。(2)在课题组前期研究基础上,探索出一种不需添加任何额外有机试剂且能合成新型光助Fenton氧化用α-Fe2O3纳米催化剂的高温高压水热液相合成方法,合成的α-Fe2O3纳米粒子形态为典型的四方体结构,大小70nm左右,尺寸分布较均匀,并且具有良好的分散性。研究了合成温度对纳米晶体形态的影响(从无规则到纳米方体),以及反应时间对产品物相的影响(时间不足时产品含有α-FeOOH相),得出最佳合成温度和时问分别为180℃和6h。应用合成纳米α-Fe2O3催化Fenton的氧化效果和速率较传统光Fenton氧化均有显著提高,且减少40%的FeSO4-Fe投加量。对比普通市购Fe203,研究合成的纳米α-Fe2O3催化活性更强,使反应体系对紫外光利用率更高,对水中难降解有机物的去除效果和降解速率均有较大提高。(3)制备出适用于本研究的带挡板廊道式重力流不循环光催化氧化固定床反应器,光源为紫外光,纳米α-Fe2O3催化剂载体为椰壳活性炭,活性炭的改性处理为HN03氧化改性与N2还原改性相结合方式,催化剂的负载采用高温吸附固定。反应器主体长107cm,宽45cm,高38cm,实际水深25cm,单廊道宽15cm,反应区总容积约120L。优化出反应器的最佳运行条件为:pH=3.0, H2O2投加量40.0mmol/L, CAC投加量800g,FeSO4投加量1.8mmol/L,进水流量Q为0.8 L/min,即相应的水力停留时间T为150min。在最佳运行条件下,光催化反应器对模拟废水中苯酚的去除率可达90%以上,且反应器的运行稳定性高,可靠性强。(4)反应器对三类环境激素的去除效果显著,反应器出水α-苯并芘及PCBs、PAEs总量均低于《地表水环境质量标准》的标准限值。从去除效果看,4种PAHs中萘的去除率最高,荧蒽次之,蒽和α-苯并芘的去除率稍低;随着联苯上被取代的氯原子数量的增加,去除率有所降低;以氯原子取代的1或1'为参考位置,含有对称对位取代氯原子的多氯联苯去除率稍低,而邻、间位取代的多氯联苯去除率较高;6种PAEs中侧链越短越简单者,越易被氧化去除,侧链越长越复杂者,越难以被氧化降解;反应器对PAHs、 PCBs和PAEs三类环境激素的去除率分别为87.20%、82.52%和86.60%。(5)纳米α-Fe2O3光催化Fenton氧化体系中,纳米α-Fe2O3受到光激发产生电子-空穴对,光生空穴α-Fe2O3(h+)可直接将环境激素类物质氧化为各种有机自由基,再将自由基降解为小分子物质或C02和H20;光生电子α-Fe2O3(e-可与体系中多种物质反应产生羟基自由基(·OH),羟基自由基攻击环境激素类物质。流动水体中以Fenton反应为主,增强体系氧化能力。同时,改性活性炭将水中污染物的浓度在炭表面区域获得浓缩,起到富集放大作用,形成负载纳米催化剂活性炭吸附、表面扩散、光催化氧化降解、原位再生、再吸附污染物的循环过程,产生吸附与光催化氧化的协同效应,即一种纳米α-Fe2O3光催化Fenton氧化-吸附耦合去除机理,达到水体的深度净化。

城市污水再生后用于电厂锅炉补给水的预处理试验研究

本课题以城市污水三级处理出水为对象,利用软化除盐-活性炭为主导的工艺进行预处理,以满足火力发电厂锅炉补给水离子交换除盐系统的进水要求.结果表明:处理系统出水的CODMn、浊度、色度、余氯、细菌总数、重金属等指标均能达到目标要求,活性炭周期为100 d,通过除盐除硬度及适当的离子配比调整,完全可使已有的锅炉离子交换系统按原周期运行,为城市污水回用积累了一定经验.

一种污水处理厂集中除臭系统

本实用新型公开了一种污水处理厂集中除臭系统,由固定集气罩,移动集气罩,风机,静电除尘器,第一吸附塔及第二吸附塔组成,其特征在于:所述风机的出口依次连接静电除尘器,第一吸附塔及第二吸附塔,第一吸附塔与第二吸附塔并联连接;所述第一吸附塔和第二吸附塔内部均设置有活性炭填料,且第一吸附塔和第二吸附塔的侧面外部设有活性炭再生器.本实用新型针对污水处理厂恶臭废气产生特点,采用固定集气罩及移动集气罩收集废气,用两个吸附塔交替吸附,再生,本除臭系统实现连续工作运行.

臭氧及活性炭联合SBBR工艺处理制药园区污水厂二级出水的实验研究

制药废水具有水质,水量波动大,难降解污染物含量高,对微生物抑制性强等特点,制药园区的综合污水处理厂作为制药废水的终端处理场所,必须具备良好的除污效能,才能适应不断严格的排放标准.本课题以河北省某制药园区综合污水处理厂的提标改造工程为背景,通过对该污水厂现有处理工艺运行情况的现场调研及问题诊断,拟通过投加悬浮载体填料来强化现有生化单元处理效能,并提出以臭氧-活性炭工艺作为深度处理的改造思路.本论文以该污水厂二级生化出水为研究对象,以GB18918-2002的一级A出水要求为处理目标,通过臭氧及活性炭联合SBBR的组合工艺展开一系列实验研究,以期为该污水厂后续的改扩建工程设计提供一定的指导作用.实验采用自制的SBBR反应器对该污水厂二沉池出水进行强化生物处理,在"聚氨酯+高密度聚乙烯"组合填料30%的投加量下,经过35天的挂膜及微生物驯化过程后,反应器对二级出水的处理效果趋于稳定,出水COD,TN,色度分别稳定在88mg/L,26mg/L,105倍,去除率分别为33%,21.21%及19.2%,由于实验进水氨氮浓度较低,经SBBR反应器处理后,出水氨氮浓度可以稳定达到一级A标准(NH4~+-N5mg/L),氨氮去除率在80%以上.为进一步提高SBBR单元的处理效果,实验分别对反应器缺氧段外碳源投加量,碳源投加方式,好氧段曝气量等运行工况进行了优化,实验结果表明:外碳源的投加显著提高了系统的脱氮效果,当COD_(外碳源)/TN=1.5时,出水TN可降至11.6mg/L左右,满足一级A的出水要求,同时,外碳源对制药废水中的难生化降解有机物产生了一定的共代谢作用,导致出水COD浓度随外碳源增加略有下降;外碳源的不同投加方式对COD去除效果影响不大,但一次性投加碳源模式下的脱氮效果却明显好于分批投加模式;对SBBR反应器好氧段的溶解氧量的优化结果表明,为保障SBBR反应器对有机物的高效降解,须满足反应器内好氧段溶解氧大于3.5mg/L.基于SBBR单元出水色度和COD仍超出排放限值的特点,通过向反应器投加粉末活性炭的方式来强化处理效果,实验结果表明随着活性炭投加量的增大,出水COD不断减小,在50mg/LPAC投加量下,出水COD可降至72mg/L左右,出水色度可稳定在85倍左右;通过分析投加粉末活性炭对SBBR单元除污效果的贡献得知,投加粉末活性炭后反应器对COD去除率的增值只是由活性炭自身的吸附效果引起的,即活性炭的投加并没有提高反应器内微生物的总体去除效果,也表明反应器内累计的饱和活性炭并没有被微生物所再生.臭氧氧化工艺对SBBR单元出水的深度处理实验研究表明,出水COD随臭氧接触时长的增大而不断降低,在本实验臭氧发生器工况下,若单独依靠臭氧氧化使出水COD达标所需要的接触时长为140min,其中接触时间为60min时出水色度即可达标,该接触时长下出水COD浓度为58.5mg/L,COD去除率为17.8%,对UV254的平均去除率为39%.另外,在低pH和低温条件下臭氧氧化效果较差,因此,在污水厂实际运营过程中,要考虑冬季水温较低情况下臭氧氧化单元的保温措施,以维持臭氧的处理效率,避免臭氧的无效供给.利用活性炭比选实验选择的最佳炭型分别采用GAC和BAC单元处理臭氧氧化出水,以进一步降低出水COD.其中GAC单元对COD的吸附效果与接触时长密切相关,接触时间越长,处理效果越好,并且在吸附初始阶段,GAC出水COD浓度可降至很低水平,可用于高品质再生水的生产,同时失效活性炭可以被臭氧氧化再生;BAC单元处理臭氧氧化出水的结果表明,HRT控制在25.4min时,出水COD可降至48.5mg/L左右,平均去除率为16.4%,能够使出水COD稳定满足一级A的排放要求.

活性炭吸附再生技术在污水处理提标改造中的应用

以山东济宁某纸业公司25000 m^(3)/d处理量的污水项目为例,采用活性炭吸附再生技术,对造纸废水进行污水处理提高标准改造.提出了活性炭吸附处理和活性炭再生的技术路线,应用浅层砂过滤器进行污水预处理,污水活性炭吸附,活性炭再生等环节的工艺设计.观测CODcr值(以重铬酸钾为氧化剂测定的需氧量),色度值,SS值(悬浮物含量)等指标,统计污水处理前后指标数据,考察技术工艺效果,评估成本与经济效益.应用表明:1)污水处理后,CODcr值控制在20 mg/L左右,色度值控制在7倍左右,SS值控制在10 mg/L左右,达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A排放标准;2)污水处理成本约为0.66元/吨,吨耗成本相比传统工艺降低75.82%.将活性炭吸附再生技术应用于污水处理提标改造具有可行性,建议在污水处理设备升级改造中推广.