我国北方城市污水处理厂二级处理出水的水质特性(2)

质量浓度Pmg#L-1

8112110701199138

质量分数P%

86157111412103100

质量分数P%

82159141862155100

质量分数P%

85170111702160100

表3 悬浮物和近胶体物质中有机物和无机物的数量关系

Table3 Ratiooforganicandinorganiccomponentsinthemixtureofsuspendedsolidandnear-colloidalmatter

实验日期2005-12-082006-08-012007-05-09

有机组分

质量浓度Pmg#L-1

1310481689121

质量分数P%

821527515489193

质量浓度Pmg#L-1

218631811102

无机组分

质量分数P%

171482414610107

十分重要的.对二级出水中的颗粒以及混凝-沉淀-过滤工艺(实验室小试)出水中颗粒的粒度分布情况进行了分析,结果如图1和图2所示.由图1可知,

二级出水中大约80%(质量分数)的颗粒分布在2100~6184Lm之间.可见,生活污水经过二级生化处理并经沉淀之后,颗粒尺寸十分微小.实验还发现,对于8175~29191Lm的颗粒,混凝-沉淀-过滤具有最高的去除率.而<6184Lm的颗粒的去除率<30%.可见这些接近胶体尺寸的物质,混凝-沉淀-过滤工艺去除效率相对较差

图2 混凝-沉淀-过滤对对二级出水不同粒度悬浮物去除率的影响

Fig.2 RemovalefficiencyofSSbetweendifferentparticle-sizerangesbycoagulation-sedimen-tfiltrationprocess

但有机物的相对分子质量分布规律在一定程度上可以表征有机物的特性.本实验中分别在冬、春、夏3个季节各进行了相对分子质量(Mr)分布分析,结果见图3所示.可以看到,Mr<1000的有机物比例分别占5613%、6211%和6218%;1000<Mr<3000的

图1 二级出水的粒度分布特性

Fig.1 Particlesizedistributionofsecondaryeffluent

有机物比例分别为1112%、9196%和1119%.可见

60%和70%左右的有机物的相对分子质量分别在1000和3000以下.上述结果与文献报道略有不同,

[3,4]

但总的趋势基本一致.

214 不同相对分子质量有机物的紫外吸收特性带有苯环、碳碳双键、碳氧双键等结构的化合物都是天然水体和污水二级出水中的主体有机物(占213 二级出水中有机物的分子量分析

二级出水中有机物种类繁多,物理、化学和生物化学行为也各不相同.然而,由于分析技术的原因,

1102

环境科学30卷

作为它们在水中含量的替代参数.二级出水经过超滤膜和纳滤膜分离后,各相对分子质量区间的有机物的紫外吸收特性如表4所示.可以看到,Mr<1000的有机物的紫外吸收值占总吸收值的6217%,由于臭氧等氧化剂与UV254吸收较强的有机物有非常强的反应性,所以这部分有机物有很强的化学预氧化潜力.

SUVA(UV254PDOC)可以反应水中有机物的芳香构造化程度.高的SUVA值意味着含有苯环结构或双键结构的有机物比例较大.由表4可知,Mr<1000有机物的SUVA值最大(118),Edzwald等认为,SUVA越

[5]

图3 二级出水中有机物的相对分子质量分布

Fig.3 Molecularweightdistributionoforganicsinsecondaryeffluent

表4 不同相对分子质量区间有机物的SUVA特性

Table4 SUVAcharacteristicsoftheorganicsindifferentmolecularweightranges

相对分子质量范围@1000

<11~33~55~1010~100>100Original1)

1)0145Lm滤膜滤出液的值

UV254Pm-1

数值Pm

1116

1160142171160161815

-1

百分比P%6217816521161415981653124100

DOCPmg#L-1

质量分数P%质量浓度Pmg#L-1

6128458136

112471101501828017751102111115

11118911714361959116100

SUVAP

L#(mg#m)-1

118113014313211016117

大,其亲水性组分越多.总体上看,Mr<1000的有机物的亲水性明显大于Mr>1000的有机物.

215 二级出水的可生化性

可生物降解有机物是水中能被细菌等微生物降解、作为微生物生长的物质和能量来源的部分.城市生活污水经过二级生化处理后,残余的有机污染物

[6]

一般大多为难生物降解有机物.水中可生物降解

有机物的含量与水处理工艺的选择和处理出水的水质有很大关系.由表5可以看到,二级出水的BDOC占DOC的1515%~26%左右,而BOD5PCOD值在01195~01283之间.可见二级出水的可生化性较差,依靠单独的生化工艺难以实现较高的处理效率.故可以认为,首先改善二级出水的可生化性是保证和提高生化工艺处理效率的前提条件.

表5 以BDOC和BOD5PCOD表示的二级出水的可生化性

Table5 BiodegradabilityofthesecondaryeffluentindicatedwithBDOCandBOD5PCOD

实验时间2006-01-04~2006-01-11

2006-04-02~2006-04-152006-08-03~2006-08-15

BDOCPmg#L-1

1156

11872112

DOCPmg#L-1

10106

91238112

BDOCPDOC01155

0120301261

BOD5Pmg#L-1

10111

1316713155

CODPmg#L-1

5119

4813452141

BOD5PCOD01195

0128301259

通过对不同分子量区间BDOC的分析(表6)可知,BDOC绝大多数是小分子有机物,其分子量基本在1000以下,而Mr>1000的有机物生化性很差,分子量再继续增加几乎就失去了可生化性.一般来说,Mr<1000与Mr>1000的有机物相比,非腐殖质类有机物占很大成分,而且亲水性较强,这些有机物有亲水酸、蛋白质、氨基酸、低分子糖等组成.

表6 不同分子量区间的BDOC占原水BDOC的比例1)

Table6 PercentageofBDOCindifferentMrrangesaccountingfromtotalBDOC

相对分子质量

范围@1000

<1~3~>

1355

某分子量区间的BDOC

BDOCPmg#L-1

11580118501100

占原水的质量分数P%

83168106130

1)原水BDOC:1185mg#L-1

4期王树涛等:我国北方城市污水处理厂二级处理出水的水质特性

1103

216 二级出水中溶解性和悬浮物中有机物的GCPMS分析

生活污水二级出水中有机物成分十分复杂,特别是诸如胞外聚合物(EPSs)、溶解性微生物产物(SMPs)及其它芳香化合物、有机酸、醌、醛等,化合物性质差异大,需要借助比较高超的分离技术,才能得到较好的分析结果.即使是这样,要得到很全面的定性分析结果仍然比较困难.但二级出水的定性分析对于污染物的去除机制分析、再生回用的化学安全性分析等具有重要意义,因此二级出水中有机物

[7~12]

的定性分析,一直是研究者关注的热点.本研究对生活污水二级出水进行了GCPMS分析.

图4(A)和(B)分别为溶解性有机物和悬浮物中有机物分析的总离子色谱流图.可以看到,溶解性和

悬浮物中有机物的出峰时间分别在13~23min和34~50min.根据经验可以断定,悬浮物中大多化合物的分子量大于溶解性有机物的分子量.这是因为

悬浮物的主要成分一般是微生物残体、微生物的分泌物(如胞外聚合物等)以及微生物残体吸附的蛋白质、糖类等物质,这些化合物通常是分子量较大的物质.由于GCPMS能检测到的主要是分子量<500的化合物,本研究中GCPMS检测到的溶解性和悬浮物中有机物分别仅为43种和26种.总结发现(表7),对于溶解性和悬浮物中的有机物,具有环状结构(三元、四元、五元和六元环)的化合物分别占各自总化合物的58%和35%;含氮、羧酸类分别占3216%、1613%和717%、1115%;较易降解的烷烃和烯烃分别占2719%、417%和1514%、2619%.总体来说,生

图4 二级出水中溶解性和悬浮物中有机物的总离子流色谱图

Fig.4 Totalironcurrent(TIC)chromatogramsoftheorganicsindissolvedandsuspendedsolidforms

表7 二级出水中溶解性和悬浮物中有机物的结构特性分析

Table7 Structuralcharacteristicsofthecompoundsin

dissolvedandSSformofsecondaryeffluent

溶解性有机物

结构烷烃酮

含氮化合物羧酸烯烃硫基化合物其它)

数量P种12214723843(合计)

所占比

例P%2719417321616134177101816)

悬浮固体中有机物数量

P种462372526(合计)

所占比

例P%15142311717111526197171912)

占二级出水总TOC的82159%~86157%;悬浮物中有机组分占物质总量的75154%~89193%;二级出水中大约80%的颗粒分布在2100~6184Lm之间.

(2)二级出水的可生化性的较差,BOD5PCOD为01195~01283,BDOC仅占DOC的1516%~26%.溶解性和悬浮物中有机物的GCPMS检测结果表明,具有环状结构(三元、四元、五元和六元环)的化合物分别占各自总化合物的58%和35%.从有机物的结构上看,大多为难降解有机物.

(3)由于二级出水中大多为难降解有机物,其可生化性很差,要实现较高的有机物去除效率,必须首先改善其可生化性,才能充分发挥后续生物膜法等生化工艺净化有机物的潜力.

致谢:感谢教育部科技创新重大项目培育基金(705013)对本研究的支持,感谢哈尔滨文昌污水处理厂给予的支持和帮助.

参考文献:

[ ,..:物难降解的化合物占绝大多数.3 结论

(1)结果表明,溶解态COD占二级出水总COD的78117%~86154%,而悬浮态COD占10111%~17

1104

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