城市污水处理厂泥区废液水质特性分析Word格式文档下载.docx
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泥区混合废液中表观分子质量>
6ku的有机物所占比例>
70%,泥区废液中内分泌干扰物质壬基酚及其前体物质壬基酚聚氧乙烯醚含量约为1.35~23.01μg/L。
关键词:
泥区废液;
水质特性;
有机污染物;
分子质量
AnalysisofWasteLiquidQualityfromSludgeTreatmentAreainSewageTreatmentPlant
HAORui-xia ZHAOJi-cheng MANing WANHong-wen ZHANGYi
(1.CollegeofArchitectureandCivilEngineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China;
2.BeijingReclaimedWaterCo.Ltd.,Beijing100078,China)
Abstract:
Thecharacteristicsofthewasteliquidqualityfromsludgetreatmentareainthreesew-agetreatmentplantswerestudiedwithconventionalwaterquality,three-dimensionalfluorescencespec-troscopy,ultrafiltrationandchromatographyanalysismethods.Theresultsshowthattherearehigherpol-lutantloadsinthewasteliquid,anditsqualityhasarelationtothewastewaterandsludgetreatmentprocessesandtheiroperation.Thewasteliquidcontainslargeamountoforganicpollutants,themostofwhichhaveprotein-like,fulvic-likeandhumic-likewithrespecttothestabilitydegreeofthesludge.Therearemainlyprotein-likeorganicpollutantsinthesupernatantfromthickeningtankandinthefiltratefromdehydratorofundigestedsludge,andtherearemainlyfulvic2likeandhumic-likeinthefiltratefromdehydratorofdigestedsludge.Theproportionoforganicpollutantswithapparentmolecularweightofmorethan6kuinthemixedwasteliquidismorethan70%.Nonylphenolandnonylphenolpolyethoxylates,asendocrinedisruptorsandprecursors,are1.35to23.01μg/Linthewasteliquid.
Keywords:
wasteliquidfromsludgetreatmentarea;
characteristicsofwaterquality;
organicpollutant;
molecularweight
泥区废液是指在城市污水厂污泥处理过程中产生的各种废液,包括污泥浓缩池上清液、污泥消化池溢流液和污泥脱水机滤液,其产量一般约占污水厂处理水量的1%~3%,目前大多为直接回流到进水区的格栅前,与污水厂进水一同处理。
有研究发现[1],与进水相比,泥区废液的回流可导致格栅、曝气沉砂池出水TOC、壬基酚浓度升高25%以上。
一些研究表明,泥区废液中含有较高浓度的氨氮和磷[2],废液回流可使污水处理系统的氮、磷负荷增加55%~75%[3]。
目前,关于泥区废液水质特性的系统研究尚未见报道,为此笔者采用常规水质分析方法、三维荧光分析方法、超滤分子质量分级分析方法和色谱法,选择了3座不同工艺和处理规模的污水处理厂,对其泥区废液水质污染特性进行研究,分析泥区废液中的常规水质污染指标、有机污染物的种类及其分子质量分布规律,以及内分泌干扰物壬基酚及其前体物壬基酚聚氧乙烯醚的含量,系统、全面地掌握泥区废液的水质特性,旨在为泥区废液的污染控制提供
基础数据和技术参考。
1 材料与方法
1.1试验仪器
超滤杯及超滤膜;
MultiN/C3000TOC/TN分析仪,SP100紫外/可见光分光光度计;
Agilent1100系列液相色谱仪(HPLC),Agilent6890N、5973inert气相色谱—质谱仪(GC-MSD);
VarianCaryEclipse荧光分光光度计。
1.2 分析方法
1.2.1 常规水质指标分析
常规水质指标(如COD、SS、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、总磷等)采用《水和废水监测分析方法》(第四版)中的推荐方法,TOC采用MultiN/C3000TOC/TN分析仪测定,UV254采用SP100紫外/可见光分光光度计测定。
1.2.2 有机污染物的分类分析
采用三维荧光光谱法分析水中有机物的分类情况。
三维荧光光谱(3DEEM),也称为总发光光谱或激发—发射矩阵图,它能够获得激发波长(Ex)和发射波长(Em)同时变化时的荧光强度信息。
已有研究表明[4、5],有机物的Ex/Em荧光峰位置与其分子结构相关(见图1),其中ClassⅠ[Ex/Em为(350~440)/(430~510)nm]为类腐殖酸荧光,ClassⅡ[Ex/Em为(310~360)/(370~450)nm]与ClassⅣ[Ex/Em约为(240~270)/(370~440)nm]为类富里酸荧光,ClassⅢ[Ex/Em约为(260~290)/(300~350)nm]为类蛋白质荧光,其中ClassⅠ与ClassⅡ被认为与腐殖质结构中的羰基和羧基有关,ClassⅢ可再细分为类色氨酸荧光[Ex/Em=(270~290)/(320~350)nm]和类酪氨酸荧光[Ex/Em=(270~290)/(300~320)nm]。
据此可确定样品中的有机物种类。
图1 溶解有机质三维荧光光谱图中Ex/Em峰出现的常见位置
Fig.1 Excitation/Emissionwavelengthof3DEEMforDOMinwaterenvironment
采用VarianCaryEclipse荧光分光光度计对水样进行扫描,仪器设定参数:
激发波长为250~500nm,发射波长为300~500nm,激发狭缝为10nm,发射狭缝为10nm,扫描速度为1200nm/min,扫描间隔为10nm。
扫描结果与图1进行比照分析,以此确定有机污染物种类。
1.2.3 有机物的分子质量分级分析
有机物分子质量的分级是描述有机物的重要参数之一,研究中采用超滤膜法(Ultrafiltration,UF)测定有机物分子质量的分布[6~8]。
用一系列已知截留分子质量的超滤膜对水样进行分离,即可得到有机物的表观分子质量(AMW)分布。
具体步骤为:
选用膜尺寸为O=80mm的亲水性超滤膜,开启后浸泡在0.5%的甲醛溶液中,使用前用去离子水反复清洗以洗净残留在膜内部的有机聚合物;
超滤前将原水通过0.45μm的微滤膜过滤以去除悬浮固体,然后分别用截留分子质量为10、6、3ku的超滤膜进行过滤分离;
超滤过程采用纯氮气作为驱动力,压力为0.1MPa,用磁力搅拌器进行搅拌。
过滤起始水样体积为300mL,测定起始TOC浓度;
控制截留液体积与透过液体积比为1:
1,分别测定截留液与透过液水样的TOC浓度,分别计算截留液和透过液的TOC与起始TOC的比值,即可得到某一分子质量范围内的有机物所占比例。
1.2.4 壬基酚及壬基酚聚氧乙烯醚分析
壬基酚聚氧乙烯醚(NPnEO)是城市污水中常见的一类污染物,其降解产物壬基酚(nonylphenol,NP)为内分泌干扰物质。
在污水处理过程中NPnEO及其小分子降解产物大部分被吸附在污泥中[9],并在污泥处理过程中进入泥区废液。
采用固相萃取—气相色谱—质谱法[10]检测水样中的NP,采用固相萃取—反相高效液相色谱—荧光检测测定水样中的NPnEO总量[11]。
1.3 样品采集
研究中分别采集了北京市3座典型城市污水处理厂的泥区废液样品。
A污水处理厂是目前国内规模最大的城市二级污水处理厂,其污泥处理采用两级中温厌氧消化处理工艺,消化后污泥经带式压滤机脱水后外运。
分别在浓缩池出水堰口、脱水机滤液出口、泥区废液回流井取样3次(记为1#~3#水样),采集的水样经酸化、冷藏保存后于48h内分析。
B污水处理厂采用具有前置厌氧池的延时曝气氧化沟处理工艺,剩余污泥量少且稳定程度高,污泥采用浓缩、脱水处理,分别于浓缩池溢流堰口和脱水机滤液出口取样。
C污水处理厂采用污水全部再生回用的深度处理工艺,污泥处理采用好氧消化、浓缩、脱水后外运作为农肥使用,分别在浓缩池和脱水机房取样进行测定。
2 结果与讨论
2.1 泥区废液常规水质指标分析
2.1.1 A污水处理厂
A污水处理厂的泥区废液常规水质指标分析结果见表1。
由表1可知,泥区废液常规污染指标COD、氨氮、总磷等远远高于污水处理厂的进水水质,其中浓缩池上清液污染物负荷高于脱水滤液的,泥区混合废液的污染物浓度最高。
泥区混合废液来自于浓缩池上清液、消化池溢流液和污泥脱水滤液3部分,混合废液的污染物浓度高于浓缩池上清液和脱水滤液,表明消化池废液对混合废液污染负荷的贡献较大。
由于污泥消化池为易燃易爆构筑物,安全管理严格,故研究中未能单独采集污泥消化池溢流液进行测定。
表1 A污水处理厂泥区废液水质
Tab.1 Wasteliquidqualityfromsludgetreatmentareaof
Asewagetreatmentplantmg·
L–1
2.1.2 B、C污水处理厂
B、C污水处理厂的泥区废液常规水质指标分析结果见表2。
表2 B、C污水处理厂的泥区废液常规水质指标
Tab.2 Wasteliquidqualityfrom
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