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二级处理出水中DOM在粉煤灰改性SAT系统中的迁移转化

作　者: 贾婷
导　师: 赵庆良
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 环境科学与工程
关键词: 污水回用土壤含水层处理粉煤灰溶解性有机物健康风险评价
分类号: X703.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 52次
引　用: 2次
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内容摘要

水资源严重短缺已成为制约我国经济社会发展的重要因素,污水回用已成为必然。二级处理出水的土壤含水层处理(SAT)技术作为污水回用的重要途径,因对微生物、氨氮和有机物的去除效果较好,具有低投资、低能耗、运行简单等优点而被广泛使用。溶解性有机物(DOM)由于是加氯消毒过程中具有致癌致畸变性的消毒副产物的最主要前体物而在污水回用中被广泛研究。传统SAT可以有效去除进水中的污染物,但是由于土壤的吸附作用较弱,出水的芳香性和三卤甲烷生成活性有所增加。本课题将粉煤灰这一固体废弃物作为填充物加入到模拟传统SAT系统的土壤柱中,利用其较强的吸附性能,进一步提高SAT系统对DOM的去除效率。实验中使用非离子吸附作用将二级水DOM分级为疏水性有机酸(HPO-A)、疏水性有机中性物质(HPO-N)、过渡亲水性有机酸(TPI-A)、过渡性亲水性中性物质(TPI-N)和亲水性有机物(HPI)。通过分析二级水、粉煤灰改性SAT系统各土壤柱出水及粉煤灰吸附前后溶液中的DOM及其分级组分的DOC、UV-254、SUVA、三氯甲烷生成势(THMFP)及三氯甲烷生成活性(STHMFP)等水质参数,研究DOM在粉煤灰改性SAT系统中的迁移转化规律、粉煤灰对DOM的吸附特性。课题最后对各土壤柱出水的再生回用进行健康风险评价。分析粉煤灰改性SAT系统各土壤柱出水中DOM及其分级组分的性质可知,出水DOC、芳香性及THMs前体物含量均明显低于传统SAT系统,表明粉煤灰增强了土壤柱对DOM的吸附作用(特别是疏水性物质),但它会影响亲水及过渡性亲水性物质的生物降解作用。系统中上部0.25m土壤层下部土壤与大体积粉煤灰混合物这一填充方式的土壤柱(SFA4)对DOM的去除效率最高,说明通过土壤生物降解与粉煤灰吸附的联合作用,可进一步提高对DOM的DOC及THMs前体物质的去除效率。分析粉煤灰对腐殖酸的吸附反应的动力学和热力学,表明反应满足准二级反应动力学方程,是一个吸热的自发过程,且过程中伴有熵增加。而粉煤灰投加量、含碳量与粒径以及反应pH、温度都会影响粉煤灰对DOM的吸附作用:大投加量、碱性条件可增大粉煤灰对DOM的吸附量,但温度的影响有限;粉煤灰对DOM的吸附作用随着未燃烬碳含量的增加、粒径的减小而增大。回用水对人体健康的影响是人们普遍关心的焦点之一,课题最后从污水饮用回用和非饮用回用两方面对粉煤灰改性SAT系统各土壤柱出水进行健康风险评价。结果表明出水的消毒副产物致癌风险、化学致癌风险及化学非致癌风险值均小于对应的最大可接受年风险水平,同时重金属和微生物引起的健康风险问题也能得到控制。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-25
  1.1 污水资源化的意义和途径  10-11
  1.2 土壤含水层处理  11-15
    1.2.1 地下水回灌  11-12
    1.2.2 土壤含水层处理的概念及应用实践  12-14
    1.2.3 污染物在土壤含水层处理过程中的去除机理  14-15
  1.3 二级水中溶解性有机物在SAT过程中的迁移转化  15-18
    1.3.1 溶解性有机物的性质与特点  15-17
    1.3.2 SAT过程中二级水中溶解性有机物的去除  17-18
  1.4 粉煤灰的性质及其在废水处理中的应用  18-21
    1.4.1 粉煤灰的来源及性质  18-20
    1.4.2 粉煤灰在废水处理中的应用  20-21
  1.5 污水再生回用的健康风险评价  21-23
  1.6 课题研究意义及研究内容  23-25
    1.6.1 课题研究意义  23
    1.6.2 研究内容  23-25
第2章实验材料及方法  25-33
  2.1 实验材料  25-27
    2.1.1 实验水质  25
    2.1.2 实验土质  25-26
    2.1.3 实验用粉煤灰的性质  26-27
    2.1.4 实验所用药品试剂及其他材料  27
  2.2 实验及分析方法  27-30
    2.2.1 实验分析方法  27-28
    2.2.2 溶解性有机物分级  28-29
    2.2.3 三卤甲烷生成势测定  29-30
    2.2.4 溶解性有机物结构分析  30
  2.3 实验装置及设备  30-33
    2.3.1 实验装置  30-31
    2.3.2 主要实验仪器与设备  31-33
第3章粉煤灰改性SAT系统中溶解性有机物及其分级组分的去除  33-60
  3.1 二级处理出水中溶解性有机物的特性  34-44
    3.1.1 二级处理出水DOM分级组分的DOC分布  34-35
    3.1.2 二级处理出水DOM分级组分的UV-254 分布  35-36
    3.1.3 二级处理出水DOM分级组分的SUVA分布  36-37
    3.1.4 二级处理出水DOM分级组分的THMFP分布  37-39
    3.1.5 二级处理出水DOM分级组分的STHMFP分布  39-40
    3.1.6 二级处理出水DOM分级组分的三维荧光特性  40-42
    3.1.7 二级处理出水DOM分级组分的官能团特性  42-44
  3.2 粉煤灰改性SAT过程中DOM及其分级组分的去除及转化  44-54
    3.2.1 粉煤灰改性SAT对DOM及其分级组分DOC的去除  44-47
    3.2.2 粉煤灰改性SAT对DOM及其分级组分UV-254 的去除  47-49
    3.2.3 粉煤灰改性SAT对DOM及其分级组分SUVA的去除  49-50
    3.2.4 粉煤灰改性SAT对DOM及其分级组分THMFP的去除  50-52
    3.2.5 粉煤灰改性SAT对DOM及其分级组分STHMFP的去除  52-54
  3.3 粉煤灰改性SAT过程中溶解性有机物结构的变化  54-59
    3.3.1 粉煤灰改性SAT系统出水DOM的三维荧光特性  54-56
    3.3.2 二级水及各土壤柱出水DOM分级组分的官能团特性  56-59
  3.4 本章小结  59-60
第4章粉煤灰对二级处理出水中溶解性有机物的吸附特性  60-78
  4.1 粉煤灰对腐殖酸的吸附特性  60-65
    4.1.1 粉煤灰对腐殖酸的吸附  60-61
    4.1.2 粉煤灰吸附腐殖酸的反应动力学研究  61-63
    4.1.3 粉煤灰对腐殖酸的吸附等温式  63-65
    4.1.4 粉煤灰吸附腐殖酸的反应热力学研究  65
  4.2 粉煤灰对二级水中DOM及其分级组分的吸附特性  65-76
    4.2.1 粉煤灰投加量对二级水DOM吸附的影响  65-67
    4.2.2 pH对粉煤灰吸附二级水DOM的影响  67-68
    4.2.3 温度对粉煤灰吸附二级水DOM的影响  68-69
    4.2.4 含碳量对粉煤灰吸附二级水DOM的影响  69-73
    4.2.5 粒径对粉煤灰吸附二级水DOM的影响  73-76
  4.3 本章小结  76-78
第5章粉煤灰改性SAT系统出水的回用风险评价  78-91
  5.1 污水再生回用风险评价的定义  78-79
  5.2 饮用回用风险评价  79-86
    5.2.1 消毒副产物的致癌风险  79-81
    5.2.2 化学致癌物的致癌风险  81-83
    5.2.3 化学非致癌物的风险评价  83-85
    5.2.4 重金属风险  85-86
    5.2.5 微生物风险  86
  5.3 非饮用回用风险评价  86-89
  5.4 本章小结  89-91
结论  91-93
参考文献  93-99
攻读硕士学位期间发表的学术论文  99-101
致谢  101

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