O3-改性石英砂生物滤池对二级出水中常规污染物和PhACs的去除研究

来源 :河北工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuandatoy
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水资源短缺现已成为全球亟待解决的难题之一,且严重阻碍了我国的社会经济发展,污水回用可以有效地减缓日益增长的用水需求和水资源短缺之间的矛盾。“臭氧—生物滤池”是经典的污水回用工艺之一,但其除污能力主要受生物滤池降解能力的影响。石英砂、无烟煤等传统的填料,存在着表面光滑,比表面积小,表面电负性,吸附能力低,微生物不易附着等缺点,因此试图通过滤料改性来提高生物滤池的处理效果。本研究对石英砂分别进行亲水改性、疏水改性和铁离子改性,以天然石英砂为参照,对比研究对石英砂进行不同改性的生物滤池在挂膜启动及稳定运行期间的除污效能;分析了臭氧投加量对组合工艺去除污染物的影响和“臭氧—天然石英砂生物滤池”、“臭氧—亲水改性石英砂生物滤池”、“臭氧—疏水改性石英砂生物滤池”和“臭氧—铁离子改性石英砂生物滤池”在最佳运行工况下对常规污染和3种PhACs的去除效果;以及对取自石英砂生物滤池样品中进行了微生物菌落的分析。本研究对三座污水处理厂的二级出水进行长期检测,发现A、B、C三座污水处理厂二级出水中溶解态CODCr的比例分别为78.77%~86.62%、74.92%~83.79%和83.57%~90.32%;二级出水的可生化性均较差,BOD5/CODCr的值分别为0.211~0.303、0.207~0.290和0.184~0.239;除C厂二级出水中TN和NH3-N能够勉强达到一级A标准要求外,A、B厂的TN和NH3-N均超标;且三座水厂的TP也达不到一级A的标准。由此可见溶解性污染物是深度处理的主要目标,利用臭氧提高后续生物滤池的可生化性也十分必要。除了对常规污染物监测外,对三座污水厂二级出水中的8种目标PhACs(药物活性物质)也进行了采样检测,发现8种目标PhACs在二级出水中均能检测出,浓度在ng/L~μg/L之间。利用MEC/PNEC评价体系对三座污水厂二级出水中8种PhACs的浓度进行了环境生态风险评价,按照最不利原则,结果表明A污水厂二级出水中磺胺甲恶唑、氧氟沙星、红霉素和四环素的RQ值大于1,属于高风险;美托洛尔和卡马西平的RQ值在0.1~1,属于中等风险;罗红霉素、环丙沙星、美托洛尔和卡马西平的RQ值均小于1,属于低风险。B、C污水厂二级出水中的氧氟沙星、红霉素和磺胺甲恶唑对藻类也属于高风险;四环素属于中等风险;罗红霉素、环丙沙星、美托洛尔和卡马西平属于低风险。三座污水厂二级出水中8种目标PhACs的RQmax分别为138.05、254.78和143.66,均在100以上,远大于1,说明会对生态均会带来高风险危害。试验结果表明,当臭氧投加量为2mg/L,臭氧接触池的水力停留时间为15min,生物滤池水力负荷均为5.0 m3/(m2·h)时,组合工艺“臭氧—亲水改性石英砂生物滤池”和“臭氧—铁离子改性石英砂生物滤池”对NH3-N的去除效果最好,平均去除率分别为88.25%和87.40%,“臭氧—天然石英砂生物滤池”和“臭氧—疏水改性石英砂生物滤池”仅为73.07%和71.81%;“臭氧—疏水改性石英砂生物滤池”对UV254的去除效果最好,平均去除率为29.24%,分别比“臭氧—亲水改性石英砂生物滤池”、“臭氧—铁离子改性石英砂生物滤池”和“臭氧—天然石英砂生物滤池”高2.02%、2.66%和6.22%;“臭氧—天然石英砂生物滤池”、“臭氧—亲水改性石英砂生物滤池”、“臭氧—疏水改性石英砂生物滤池”和“臭氧—铁离子改性石英砂生物滤池”对CODcr的平均去除率分别为19.39%、31.56%、19.80%和30.00%。臭氧对环丙沙星的去除效果比较好,平均去除率为75.99%,对脱水红霉素和四环素的去除率分别为16.63%和29.38%。天然石英砂生物滤池对脱水红霉素的去除效果较好,平均去除率为43.51%;对四环素的平均去除率为24.94%;对环丙沙星不仅没有去除率,甚至还会出现负增长。铁离子和亲水改性石英砂生物滤池对环丙沙星的去除效果好,平均去除率分别为68.24%和60.59%,对四环素的平均去除率分别为25.67%和24.75%,对脱水红霉素的平均去除率仅分别为19.49%和21.22%。疏水改性石英砂生物滤池对这3种PhACs的去除效果均不理想。组合工艺“臭氧—天然石英砂生物滤池”、“臭氧—亲水改性石英砂生物滤池”、“臭氧—疏水改性石英砂生物滤池”和“臭氧—铁离子改性石英砂生物滤池”对环丙沙星的平均去除率分别为34.37%、90.45%、75.49%和92.26%;对脱水红霉素的平均去除率分别为52.87%、34.32%、24.56%和32.84%;对四环素的平均去除率分别为46.99%、46.91%、28.34%和47.50%。对取自天然及改性石英砂生物滤池的样品进行MiSeq高通量分析,发现每个样品中的细菌分布均有一定的差别。此次试验在四个样品中共检测到27个菌门,266个菌属,其中变形菌门(Proteobacteria)为优势菌门,在天然、亲水、疏水和铁离子改性石英砂生物滤池样品中的丰度分别为67.16%、60.11%、57.69%和53.59%。亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)是AOB细菌中的优势菌属,在天然、亲水、疏水和铁离子改性石英砂生物滤池样品中的丰度分别为0.96%、1.47%、1.30%和2.56%。硝化螺菌属(Nitrospira)在本次样品中是NOB细菌中的优势菌属,其丰度分别为1.90%、4.75%、1.88%和3.77%。
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