基于UV高级氧化技术去除再生水消毒副产物前质的研究

【摘要】：再生水中物质成分复杂,在消毒时易产生消毒副产物(DBPs)。目前对其前体物去除受到广泛关注,因此有效去除DBPs前体物,降低消毒副产物生成势(DBPsFP)对提升水质具有重要意义。本文探究了基于紫外高级氧化技术(UV-AOPs)的相关影响因素(反应时间,氧化剂剂量、pH值)对DBPs前质去除以及对于UV-AOPs对有机物的氧化性及三维荧光(3D-EEM)的分析,探索最佳的基于紫外的去除DBPs前质的高级氧化技术;研究了水体本身的特质对高级氧化的影响以及对已生成DBPs的去除;对含溴污水处理工艺过程中DBPs前质的去除效果及溴离子(Br~-)浓度对其类型变化规律进行探究,主要研究结果如下:(1)紫外/过氧化氢(UV/H_2O_2)、紫外/过硫酸盐(UV/PDS)、紫外/高铁酸盐(UV/Fe(VI))、紫外/过碳酸盐(UV/SPC)对有机物的降解效果明显优于单独UV及单独氧化剂的氧化效果,证明UV-AOPs的可行性。在去除DBPs前质的试验中UV/PDS相较于UV/H_2O_2、UV/Fe(VI)、UV/SPC有良好的降解效果,明显抑制了DBPs的产生。初始pH值为5.0,PDS投加量为0.5 mmol·L~(-1),反应60分钟时对UV_(254)、COD、TOC的降解率分别为72.4%、48.9%、23.5%,对HAAs前质的去除优于THMs,去除率分别为63.8%、22.2%。(2)进行配水模拟再生水有机物浓度,利用纯水稀释再生水及通过改变曝气时间改变有机物的含量,均证实了有机物浓度对UV/PDS去除再生水DBPs前质有显著影响。有机物浓度越来越高的反应中,氧化剂剂量一定,水中残留大分子有机物升高,小分子有机物同样存在,使反应效率降低。纯水中水稀释比例为4:1时,UV_(254)、COD、TOC达到最高去除率分别为70.6%、32.4%、12.7%,同样也证明了有机物浓度与DBPs的产生呈正相关。污泥曝气时间为90 min时,UV_(254)和DOC的去除率分别为77.7%和76.1%,经UV/PDS氧化曝气后的有机物相较于未氧化曝气后的有机物产生的DBPs明显降低。(3)随着氯离子的增加,THMs及HAAs均呈上升趋势,但当氯离子达到一定含量时,DBPs含量逐渐降低,对含氮消毒副产物HANs没有显著影响。硝酸盐的存在对有机物的去除有一定的抑制作用,TOC、UV_(254)在不含硝酸盐水样中的去除率均高于在含硝酸盐水样中的去除率,分别高18.5%、7.3%。溴离子浓度的增加促进了次溴酸(HBrO)的产生,使DBPs种类的变化趋势向高溴低氯发展。UV/PDS对于已生成DBPs同样具有良好的去除效果,反应60 min后THMs、HAAs、HANs、CH去除率分别为90.3%、83.3%、82.4%、64.7%。(4)对于含溴污水以A~2/O为主的处理工艺,对污水中有机物的去除效果十分显著,THMsFP在沿程处理中呈逐渐降低的趋势,HAAsFP和SUVA值呈升高趋势,即HAAs的重要前体物是芳香性高的有机物,含溴消毒副产物(Br-DBPs)占总DBPs的50%~65%;经A~2/O处理前后,随着Br~-浓度增加,THMs中溴结合因子(BIF)占比由0.5增加到0.8,HAAs中BIF占比由0.51增加到0.62,溴代为主的THMsFP及HAAsFP呈逐渐增加趋势,即溴离子浓度的增加使DBPs的种类由氯代向溴代转化。