混凝-生物-高级氧化组合工艺处理垃圾渗滤液过程中PAEs的去除研究

来源 :中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | 被引量 : 5次 | 上传用户:wwwroot123456
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垃圾渗滤液具有有机物浓度高、成分复杂的特点,采用单一的生物、物理化学处理方法都不理想,采用组合工艺和深度处理可以达到较为理想的效果。邻苯二甲酸酯(Phthalates,PAEs)作为增塑剂,是垃圾渗滤液主要的污染物之一,受PAEs检测方法所局限,垃圾渗滤液中的PAEs的环境污染特征还很不清楚。过氧化氢(H2O2)和过硫酸钾(K2S2O8)是水处理过程中最易获得的环境友好氧化剂,但它们自身的氧化能力较弱,开发与这些氧化剂相关的氧化技术一直以来也是国内外关注的焦点。鉴于以上背景,本研究以混凝-缺氧/好氧(A/O)-Fenton组合工艺处理垃圾渗滤液,针对PAEs的去除进行定量分析,研究该组合工艺对PAEs的去除机制;进一步考察Fenton、UV/氧化剂体系对PAEs的氧化效能与机理。首先运用GC-MS联用技术对垃圾渗滤液的主要微量污染物进行鉴定。结果表明垃圾渗滤液主要包含47种有机物,主要包含6种PAEs、醇类、酚类、酮类、胺类、烯烃、萘类、吲哚类、醚类和其他物质。仅仅采用Fenton法可以有效去除垃圾渗滤液水相中的有机物,但5种物质如DEHP在沉淀的铁泥中检出,说明PAEs在垃圾渗滤液中广泛存在,且难以通过单一技术测定降解。在优化的处理条件下Fenton法对渗滤液COD和TOC去除率分别为65%和42%,其中混凝作用去除的COD和TOC分别为20%和21%。为了进一步研究垃圾渗滤液中PAEs的环境行为,本研究以6种PAEs(邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二异丁酯(DIBP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸(2-乙基已基)酯(DEHP)、邻苯二甲酸二辛酯(Dn OP))作为研究对象,建立了固相萃取(SPE)、索式提取分析垃圾渗滤液、地表水、污泥中痕量PAEs的方法,并将分析方法运用于混凝-缺氧/好氧-Fenton组合工艺中PAEs的行为研究。垃圾渗滤液、地表水和污泥中6种PAEs回收率分别为89109%、82127%和68117.3%。研究发现,垃圾渗滤液中DMP、DEHP和DBP的浓度比其他三种PAEs高;PAEs发生水平具备季节性,这与季节气候和物质结构有关。重庆地区渗滤液中PAEs的污染较武汉和宜昌市严重,且高于日本检出浓度约一个数量级。渗滤液中的DMP浓度高于地表水中DMP浓度的20倍,而其他的PAEs浓度高于地表水中对应浓度的0.5?5倍。混凝-A/O-Fenton工艺法对总PAEs的去除率达到93%,能够去除水相中PAEs的88%100%。混凝池、吹脱池、缺氧池、好氧池中污泥或沉积物中PAEs的总浓度分别为33.5μg/g,d.w.(干重)、85.5μg/g,d.w.、59.6μg/g,d.w.和52.9μg/g,d.w.,这表明吸附是PAEs去除的重要途径。综合,本论文证实生物降解和污泥吸附是PAEs去除的主要机制。活性污泥作为PAEs的巨大储备体,其安全处置和环境影响应加以重视。为了考察Fenton法对PAEs的氧化效能与机理,选取DEP作为目标物。结果表明,Fenton法降解DEP分为两个阶段,第一阶段,DEP迅速降低;第二阶段,DEP缓慢降解。基于中间产物和拟稳态假设,在相同Fenton条件、不同DEP初始浓度条件下,DEP降解过程符合假一级动力学模型和BMG动力学模型。合适的[Fe2+]/[H2O2]摩尔比可以改善目标物降解速率。不同背景成分下,Fenton法对DEP的去除效率起或增强或减弱的作用,如腐殖酸、表面活性剂、DMP等物质会降低目标物的降解,而盐酸羟胺通过加快Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)循环过程,促进了DEP的降解。采用GC-MS技术定性出七种中间产物,包括苯甲酸乙酯、3-羟基苯甲酸乙酯、2-羟基苯乙酯、间羟基苯甲酸乙酯、丙二酸、草酸、乙酸。DEP和中间产物对发光细菌Photobacterium phosphoreum的抑制发光实验表明当DEP被Fenton完全氧化后,溶液仍然有毒性,这应该在未来加以重视。最后,研究DEP在UV/H2O2和UV/S2O82-体系的氧化降解状况,重点探讨了氧化剂、pH值、溶解氧浓度、实际水体的背景成分(HCO3-、Cl-、NO3-、NO2-、腐殖酸)对其氧化降解行为的影响状况和动力学研究。实验结果表明UV/氧化剂工艺能有效降解DEP,DEP的光化学氧化降解行为遵从假一级方程,假一级速率常数(kobs)均与氧化剂的初始氧化剂浓度呈正线性相关关系。通过鼓入氮气降低体系中溶解氧(DO)的浓度有利于DEP的去除,原因是较高的DO会抑制光化学反应导致。多底物对DEP的去除效率依赖于底物浓度,本研究发现UV/H2O2体系中,NO3-(浓度范围:0.01 M0.5M)对DEP的去除影响不大,而在UV/S2O82-体系NO3-(浓度:0.05 M0.5 M)对DEP的降解具有促进作用。自由基抑制实验表明,O2?-是两体系共同含有氧化活性物种,反应过程中鉴定出的中间产物与Fenton法检出的一致。本论文明确了垃圾渗滤液中PAEs的环境行为及其在生物和高级氧化组合工艺中的归趋。为在实际水处理中运用Fenton、UV/氧化剂技术降解目标物做了探索。
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