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环境污染和水资源的短缺,加速了城市污水回用的研究和应用。目前,城市污水再生回用已被列入国家“十五”规划,被提上政府议事日程,但回用水的微生物和化学安全性是城市污水回用的关键问题和最大障碍,已引起了社会的广泛关注和重视。而目前常用的城市污水回用技术主要侧重于水中悬浮物的去除,对二次出水中存在的色度、臭味、残留有机物及病原微生物等去除效果较差;同时,目前用于城市污水消毒的消毒剂主要仍然是氯气和次氯酸钠,虽然氯化消毒灭活微生物的效果好、成本低、使用较为方便,但氯化消毒处理所产生的以三卤甲烷类(THMs)为代表的各类卤代消毒副产物(DBPs)已引起人们的普遍关注,并且氯的残留增加下游水生生态系统的生态风险。因此,针对城市污水再生回用中微生物和化学安全性等关键问题,本论文以某污水处理厂中水(即混凝沉淀砂滤出水)为对象,开展了臭氧高级氧化与生化组合技术深度处理中试试验研究,在长期运行实验中考察了该技术对各项水质指标去除的有效性和稳定性,并对其进行了安全评价。其主要研究结果如下: 1、再生水安全评价指标体系的确定 在借鉴国内外化学、生物检测技术和城市污水回用等方面最新科研成果的基础上,综合利用常规指标、微量污染物的分析和毒理学指标,构建城市污水安全回用评价指标体系,保证再生水回用的安全性。具体指标为 TOC、CODMn、UV254、NH3-N 等常规指标体系,内分泌干扰物有机锡和壬基酚(NP)微量有机物、生物毒性(UMU、ER、AhR)和鱼类曝露毒性实验。 2、城市污水二级出水及其中水水质特征 城市污水经常规二级生化处理出水水质相对稳定,全年水质指标为 CODCr30～40 mg/L、BOD5 8.8～12.2mg/L、TOC 10.0～15.9 mg/L、SS 7.8～9.5 mg/L、色度 25～32 度、NH3-N 2.6～39.9mg/L 、BOD5/CODCr 0.29～0.31。 二级生化出水经常规絮凝沉淀处理(混凝剂 PAC 投加量为 15mg/L Al2O3)后,大部分颗粒污染物和部分有机物得到有效去除,全年出水(中水)水质为CODCr 23～34mg/L、BOD5 6.4～10.3mg/L 、SS 5.1～7.8 mg/L、BOD5/CODCr0.26～0.33,可生化性差,不适合生物处理。 3、臭氧生物氧化组合工艺长期运行效果 对于臭氧生物氧化处理组合工艺,臭氧氧化最佳设计参数建议为臭氧消耗量5mg/L,接触氧化时间 5~10min;后续生物接触氧化池(BAF)空床停留时间(EBCT)为 10~15 min。 I<WP=6>重庆大学博士学位论文 在臭氧消耗量 5mg/L,接触氧化时间 10min 长期运行试验条件下,臭氧生物活性炭和臭氧生物陶粒对 CODMn、DOC、UV254、色度平均去除率分别为30.6%、27.7%、47.5%、80%和 28.3%、23.8%、41.3%、79%,出水 CODMn、DOC、UV254和色度平均值为 3.8mg/L、4.1mg/L、0.053cm-1、2.0cu 和 3.9mg /L、4.3mg/L、0.059cm-1、2.1cu;SDI 均小于 4,完全能满足反渗透进水要求,可作为后续反渗透的预处理工艺。 4、微生物安全性 二级处理出水和中水细菌总数分别在 106～109个/L 和 105～108个/L 范围内,大肠杆菌数分别在 103～106个/L 和 102～105个/L 之间,常规的处理工艺不能有效去除微生物,以保证微生物的安全性。 臭氧杀菌效果随臭氧消耗量的增加而提高,为使大肠杆菌被彻底灭活,臭氧消毒建议臭氧消耗量设定为 12mg/L。 在臭氧消耗量和接触时间分别为 5mg/l 和 10min.连续运行条件下,臭氧对细菌总数和大肠杆菌的平均去除率分别为 81%和 98%;当臭氧消耗量增加到 12mg/L时,臭氧几乎能彻底去除大肠杆菌,与臭氧消毒条件实验相差不大。 5、化学安全性 臭氧生物氧化能有效去除环境内分泌干扰物有机锡(MBT、DBT)和壬基酚(NP),其中对 NP 的去除率大于 99.9%。 臭氧生物处理能有效减少鲫鱼的死亡率和畸变率,减少对生物的毒害作用,提高再生水的安全性。 6、生物填料微生态分析 PCR-DGGE 表明,生物填料上的微生物具有时间和空间上的高度相似性和稳定性,其微生物群落结构相差不大,与微生物载体关系不大。 7、生物填料与技术经济评价 在去除水中残余的微量有机物和微生物及保证回用水的安全性和公众的可接受性等方面,陶粒和活性炭的处理效果基本差不多。但与活性炭相比,陶粒具有价格低廉的优势,具有较好的性能价格比,是一种较好的生物填料。 与超滤、超滤+反渗透工艺相比,臭氧生物氧化投资和运行费用较低,具有良好的性能价格比,是一种经济有效、环境友好的城市污水再生利用技术。