（环境科学与工程专业论文）城市污水活性污泥法毒性削减工艺研究.pdf

ab s t r a c t ab s t r a c t t h e m u n i c i p a l w a s t e w a t e r i n o u r c o u n t r y i s m a i n l y c o m p o s e d o f d o m e s t i c s e w a g e a n d i n d u s t r i a l w a s t e w a t e r , a n d t h e r e e x i s t m a n y k i n d s o f t o x i c a n t s . t r e a t e d b y b i o l o g i c a l p r o c e s s , t h e r e a r e s t i l l s o m e t o x ic a n t s i n t h e w as t e w a t e r . s o m e o f t h e m a r e e v e n m u t a g e n , t e r a t o g e n , o r c a r c i n o g e n . n o w a d a y s m o s t o f t h e m u n ic i p a l w as t e w a t e r t r e a t m e n t p r o c e s s e s a r e a c t i v a t e d s l u g e p r o c e s s e s . t h e c r i t e r i o n s o f t h e m u n i c i p a l w a s t e w a t e r e f fl u e n t m a i n l y i n c l u d e c o d , b o d , s s , n , p , e t c . f e w r e s e a r c h e r s o p t i m i z e t h e m u n i c i p a l w as t e w a t e r t r e a t m e n t p r o c e s s f o r t h e p u r p o s e o f t o x i c i t y r e d u c t i o n . i n t h i s p a p e r , b i o a s s a y w i t h p h o t o b a c t e r i u m p h o s p h o r e u m w as u s e d t o e v a l u a t e t h e t o x i c i t y o f m u n i c i p a l w a s t e w a t e r . a n a e r o b i c s b r , a n o x i c s b r a n d o x i c s b r w e r e s e l e c t e d t o s t u d y t h e t o x ic i t y r e d u c t i o n a b i l i t y o f d i ff e r e n t b i o l o g i c a l c o n d i t i o n s . t h e e x p e r i m e n t s u s e d s y n t h e t i c m u n i c i p a l w a s t e w a t e r . t h e m a i n t o x i c o r g a n i c c o m p o u n d s i n c l u d e d t o l u e n e , p - x y l e n e , o - x y l e n e , i n d o l e , p y r i d i n e , c y c l o h e x a n o n e , b e n z e n e p r o p a n o i c a c i d . t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o w e d t h a t , t h e t o x i c i t y o f e f fl u e n t t r e a t e d b y a n a e r o b i c s b r w a s h i g h e r t h a n t h e i n fl u e n t . g c / ms t e s t f o u n d t h a t t h e r e w e r e m a n y t o x i c o r g a n i c c o m p o u n d s p r o d u c e d . t h e t o x i c i t y r e d u c t i o n a b i l i t y o f a n o x i c s b r w a s i n t h e m e d i u m l e v e l . t h e b e s t r a t i o o f c o d t o n i t r a t e n i t r o g e n w a s 5 . o x i c s b r h a d s t r o n g t o x i c i t y r e d u c t i o n a b i l i t y . wi t h t h e p r o l o n g a t i o n o f h r t a n d s r t , t h e t o x i c i t y o f e f fl u e n t b e c a m e l o w e r a n d l o w e r . o n t h e b a s i s o f a b o v e r e s e a r c h r e s u lt s a n d t h e o p t i m u m p r o c e s s p a r a m e t e r s o f a a o ( a n a e r o b i c / a n o x i c / o x i c ) , a a a o ( a n o x i c / a n a e r o b i c / a n o x i c / o x i c ) p r o c e s s w as p u t f o r w a r d . t h e p r o c e s s p a r a m e t e r s w e r e o p t i m i z e d t h r o u g h t h e e x p e r i m e n t s f o r t r e a t m e n t o f s y n t h e t i c m u n i c i p a l w as t e w a t e r . t h e r e s u l t s s h o w e d t h a t , u n d e r t e m p e r a t u r e o f 2 5 0 c , t h e b e s t p r o c e s s p a r a m e t e r s f o r t o x i c i t y r e d u c t i o n w as as f o l l o w s : h r t f o r th e a n o x i c r e a c t o r i ,t h e a n a e r o b i c r e a c t o r , t h e a n o x i c r e a c t o r 1 1 ， t h e o x i c r e a c t o r w a s 0 .5 h , 2 .8 h , 2 . 8 h , 6 .9 h r e s p e c t i v e l y ; s y s t e m s r t w a s 1 5 d ; t h e r e c y c l e r a t i o o f m i x e d l i q u o r a n d t h e r e c y c l e r a t i o o f s l u d g e w e r e b o t h 1 0 0 %; i n fl u e n t r a t i o o f a n o x i c r e a c t o r i t o a n a e r o b i c r e a c t o r w a s 0 . 3 3 . u n d e r a b o v e c o n d i t i o n s , t t ab s t r a c t r e m o v a l r a t e o f c o d, t o c , n h 3 - n, t n, t p , l u m i n e s c e n t i n h i b i t i o n w a s 9 0 . 9 %， 9 5 . 3 %， 9 9 . 1 %， 7 3 . 2 %， 9 0 . 8 %， 8 9 . 8 % re s p e c t i v e l y . e a c h r e a c t o r o f a a a o p r o c e s s h a d d i ff e r e n t f u n c t i o n s . t h e a n o x i c r e a c t o r i p a r t i a l l y r e d u c e d t h e t o x i c i t y . t h e a n a e r o b i c r e a c t o r ma d e t r a n s f o r ma t i o n o f t h e t o x i c a n t s . t h e a n o x i c r e a c t o r 1 1 a n d t h e o x i c r e a c t o r f u r t h e r r e d u c e d t h e t o x i c i t y o f t h e w a s t e w a t e r , a n d f i n a l l y t h e p r o c e s s m a d e a g o o d t o x i c i t y r e d u c t i o n e ff e c t k e y w o r d s : m u n i c ip a l w a s t e w a t e r , t o x i c it y r e d u c t i o n , a n a e r o b i c , a n o x i c , o x i c , t o x i c o r g a n i c c o m p o u n d s , a a a o p r o c e s s i 丁f 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如 卜 各项内容:按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本;学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、 数字化或其它手段保存论文; 学校有权提供目 录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务; 学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版; 在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学 位 论 文 作 者 签 名 : 走次吧 r o o t 年 3 月 / o 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明: 所呈交的学位论文， 是本人在导师指导下， 进行 研究工作所取得的成果。 除文中己 经注明引用的内 容外， 本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、 己 公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做 出贡献的其他个人和集 体， 均已 在文中以明确方式标明。 本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名: 年 月日 第 i 章 前言 第 1 章 引言 1 . 1课题来源 本课题来源于国家高技术研究发展计划 ( 8 6 3 计划) 青年基金项目“ 城市污 水活性污泥法生态毒性削减的智能模型研究”( 项目 号:2 0 0 2 a a 6 4 9 1 7 0 ) 和城市 水环境质量改善技术与综合示范专题项目“ 城市污水处理与资源化技术及工程 示范” ( 课题编号:2 0 0 2 a a 6 0 1 0 2 3 ) a 1 . 2课题研究的背景和意义 水环境的污染和水资源的短缺是目前我国社会发展所面临的两个重大问 题。城市污水厂的兴建，减轻了污水对环境的污染。而水资源的不足，则需要 依靠新水源的开发以及水资源的重复利用来解决。城市污水作为一种稳定可靠 的水资源，对其再生利用已经成为世界上不少国家解决水资源不足的战略性对 策。 国外许多水资源严重缺乏的国家，污水回用起步较早，如以色列。而西欧 北美等发达国家己经将城市污水回用作为长远的水资源战略。我国在8 0 年代一 些缺水城市也相继开展了污水回用于工业和民用的研究和实践。由此可见，现 代化的城市污水处理厂应具有双重功能，一方面要消除城市污水排水的污染问 题，另一方面还要担负解决城市水资源紧张的任务。 污水再生回用的水质指标体系中，最重要的是回用水对人体健康和生态系 统的影响。而城市污水是山工业废水和生活污水组成的混合污水。通常工业废 水是经工厂预处理达到 “ 接管”标准后再进入城市管道，而生活污水则是直接 排入城市管道。因此城市污水中不可避免的存在毒性物质，国内外都有关于在 城市污水中检测出 有毒有机物质的文献报道” -2 1 。 这些有毒物质虽然浓度不高 但是可以 在环境和生物体内富集，严重破坏生态环境平衡，影响人的身体健康。 现今，我国城市污水处理要求主要停留在控制出水化学需氧量 ( c o d ) ，生化需 氧量 ( b o d )以及氮、磷等常规污染指标上。实际上， c o d达标并不意味着废水 中的有毒有机物也同样达标，因为有些有毒难降解有机物在 c o d测定时并不能 被氧化，从而不表现为 c o d的一部分，但实际上仍然存在于水中。含有这些物 第 i 章 前言 第 1 章 引言 1 . 1课题来源 本课题来源于国家高技术研究发展计划 ( 8 6 3 计划) 青年基金项目“ 城市污 水活性污泥法生态毒性削减的智能模型研究”( 项目 号:2 0 0 2 a a 6 4 9 1 7 0 ) 和城市 水环境质量改善技术与综合示范专题项目“ 城市污水处理与资源化技术及工程 示范” ( 课题编号:2 0 0 2 a a 6 0 1 0 2 3 ) a 1 . 2课题研究的背景和意义 水环境的污染和水资源的短缺是目前我国社会发展所面临的两个重大问 题。城市污水厂的兴建，减轻了污水对环境的污染。而水资源的不足，则需要 依靠新水源的开发以及水资源的重复利用来解决。城市污水作为一种稳定可靠 的水资源，对其再生利用已经成为世界上不少国家解决水资源不足的战略性对 策。 国外许多水资源严重缺乏的国家，污水回用起步较早，如以色列。而西欧 北美等发达国家己经将城市污水回用作为长远的水资源战略。我国在8 0 年代一 些缺水城市也相继开展了污水回用于工业和民用的研究和实践。由此可见，现 代化的城市污水处理厂应具有双重功能，一方面要消除城市污水排水的污染问 题，另一方面还要担负解决城市水资源紧张的任务。 污水再生回用的水质指标体系中，最重要的是回用水对人体健康和生态系 统的影响。而城市污水是山工业废水和生活污水组成的混合污水。通常工业废 水是经工厂预处理达到 “ 接管”标准后再进入城市管道，而生活污水则是直接 排入城市管道。因此城市污水中不可避免的存在毒性物质，国内外都有关于在 城市污水中检测出 有毒有机物质的文献报道” -2 1 。 这些有毒物质虽然浓度不高 但是可以 在环境和生物体内富集，严重破坏生态环境平衡，影响人的身体健康。 现今，我国城市污水处理要求主要停留在控制出水化学需氧量 ( c o d ) ，生化需 氧量 ( b o d )以及氮、磷等常规污染指标上。实际上， c o d达标并不意味着废水 中的有毒有机物也同样达标，因为有些有毒难降解有机物在 c o d测定时并不能 被氧化，从而不表现为 c o d的一部分，但实际上仍然存在于水中。含有这些物 第 . 章 前言 质的水，不论是直接回用，还是问接回用，都可能对生态环境或人类产生潜在 的危害。国此在当前城市污水回用的研究当中，除了研究经济有效的水回用技 术，同时应注重城市污水的生态毒性研究，并采取适当的手段保障其回用的安 全性。 活性污泥生物处理工艺由于其费用低效果好，仍然是当今城市污水处理 的主要工艺，并且在实际应用中得到了很大的发展，出现了诸多变形工艺，强 化了对污染物的去除效果。但是目 前很少有以污水毒性削减为目 标对工艺进行 优化选择，并从毒性控制这一角度来对污水处理技术进行评估。所以研究城市 污水毒性削减的最佳工艺，具有重要的理论与实际意义。 1 . 3课题研究目的及研究内容 总课题前一阶段研究者对城市污水综合毒性的测试方法以及厌氧/ 缺氧/ 好 氧 ( a a o )工艺对城市污水毒性削减能 力进行了 研究，初步确定了 城市污水 综合 毒 性的 测试方 法及a a o工 艺 毒性 削 减的 最 佳工艺条 件(3 l 。 本课题 在此 基础 上对 城市污水毒性削减工艺进行进一步研究 本课题研究的主要目的是确定城市污水毒性削减的最适合工艺。使经该工 艺处理后的污水主要污染物指标达到排放标准，同时对城市污水中的有毒有机 污染物有较好的削减能力 本课题的主要研究内容包括: ( u 研究城市污水分别在厌氧、缺氧以及好氧生物处理系统中的有机物降 解和毒性削减情况，并考查改变运行条件 如停留时间、污泥龄、有机负荷等) 对各系统毒性削减能力的影响 ( 2 )研究城市污水分别经厌氧 s b r ,缺氧 s b r以及好氧 s b r 生物处理系统 后有机物的变化情况，并考查城市污水中主要有毒有机物的降解及去除情况。 ( 3 )在 a a o工艺的基础 i . 提出a a a o( 缺氧/ 厌氧/ 缺氧/ 好氧)工艺，井采 用小试试验研究城市污水经a a .a o 工艺处理后，常规污染物指标的去除情况以及 毒性削减状况在此基础 匕 确定毒性削减的最话工艺条件。 第 . 章前 言 质的水，不论是直接回用，还是问接回用，都可能对生态环境或人类产生潜在 的危害。国此在当前城市污水回用的研究当中，除了研究经济有效的水回用技 术，同时应注重城市污水的生态毒性研究，并采取适当的手段保障其回用的安 全性。 活性污泥生物处理工艺由于其费用低效果好，仍然是当今城市污水处理 的主要工艺，并且在实际应用中得到了很大的发展，出现 了诸多变形工艺，强 化了对污染物的去除效果。但是目前很少有 以污水毒性削减为 目标对工艺进行 优化选择，并从毒性控制这一角度来对污水处理技术进行评估。所以研究城市 污水毒性削减的最佳工艺 ，具有重要的理论与实际意义。 1 . 3课题研究目的及研究内容 总课题前一阶段研究者对城市污水综合毒性的测试方法以及厌氧/ 缺氧/ 好 氧 ( a a o )工艺对城市污水毒性削减能力进行了研究，初步确定了城市污水综合 毒 性的 测试方 法及a a o工 艺 毒性削 减的 最 佳工艺条 件(3 l 。本 课题 在此基础 上 对 城市污水毒性削减工艺进行进一步研究 本课题研究的主要目的是确定城市污水毒性削减的最适合工艺。使经该工 艺处理后的污水主要污染物指标达到排放标准，同时对城市污水中的有毒有机 污染物有较好的削减能力 本课题的主要研究内容包括: ( u 研究城市污水分别在厌氧、缺氧以及好氧生物处理系统中的有机物降 解和毒性削减情况，并考查改变运行条件 如停留时间、污泥龄、有机负荷等) 对各系统毒性削减能力的影响 ( 2 )研究城市污水分别经厌氧 s b r ,缺氧 s b r以及好氧 s b r生物处理系统 后有机物的变化情况，并考查城市污水中主要有毒有机物的降解及去除情况。 ( 3 )在 a a o工艺的基础 i . 提出a a a o( 缺氧/ 厌氧/ 缺氧/ 好氧)工艺，井采 用小试试验研究城市污水经a a .a o 工艺处理后，常规污染物指标的去除情况以及 毒性削减状况在此基础 匕 确定毒性削减的最话工艺条件。 第2 章 城市污水毒性削减研究概况 第 2 章 城市污水毒性削减研究概况 2 . 1城市污水中的有毒有机物 城市污水是由生活污水和工业废水混合组成，一般经城市排水管道收集后 集中处理。生活污水中含有与人们日常生活相关的化学物质，如合成洗涤剂中 的表面活性剂， 抗菌肥皂中的三氯生， 咖啡残渣中的咖啡因等等4 1 。 生活污水一 般直接排入城市管道。而工业废水根据工厂性质的不同，含有的有毒有机物种 类各有不同，毒性各异。工业废水通常是经过工厂的预处理后排入城市管道， 其中仍然含有大量的有毒有机物。因此，城市污水中不可避免的存在着毒性物 质。 2 . 1 . 1有毒有机物的种类及其危害 关于城市污水中存在的有毒有机物，国内外文献都有报道。 薛连海1 5 1 将某城市污水用乙 酸丁脂萃取，经真空浓缩，用g um s 对样品中 的有机化合物进行了测定，结果检测出3 0 种有机物。其中有毒有机物主要包括 以邻苯二甲酸二丁脂、邻苯二甲酸二辛脂等为代表的邻苯二甲酸酷类化合物和 胆澎 类化合物。马梅6 1用s p m d技术对某城市污水处理厂 ( 工业废水占5 0 %) 中的有机污染物进行选择性富集， 并用g ums 进行分析， 发现存在着多氯联苯、 甲苯、苯酚、硝基苯等多种有毒有机污染物。 黄满红(3 ) 对上海市曲阳污水厂和上海市石洞口 污水厂的进出水以及同济新 村的生活污水进行了g c / ms测定。其中曲阳厂污水中工业污水占7 %左右，石 洞口污水厂中工业废水占4 0 %左右。 结果发现，曲阳厂进水中检测出4 0 种有机 物，其中苯类占1 0 %，主要有甲苯、对二甲苯、邻二甲苯等;叫噪占1 5 %:各 种胺类、酮类约占 1 5 %;醇类占2 0 %。石洞口进水中检测出 5 5种有机物.其 中苯类约占 7 %，包括甲苯、邻二甲苯等;含氮杂环类化合物约占 2 6 %，主要 包括叫跺、毗咙等;胺类、醇类约占 2 0 %。同济新村生活污水中检测出有机物 4 1 种，其中甲苯占8 ?.;醇类占5 %;酉 旨 类 5 %左右，咖啡因占8 %。另外，从 测试结果还可以看出，工业废水含量少的城市污水及生活污水中的有机物种类 相对少，工业废水含量高的城市污水中有机物种类相对多。 第2 章 城市污水毒性削减研究概况 第 2 章 城市污水毒性削减研究概况 2 . 1城市污水中的有毒有机物 城市污水是由生活污水和工业废水混合组成，一般经城市排水管道收集后 集中处理。生活污水中含有与人们日常生活相关的化学物质，如合成洗涤剂中 的表面活性剂， 抗菌肥皂中的三氯生， 咖啡残渣中的咖啡因等等4 1 。 生活污水一 般直接排入城市管道。而工业废水根据工厂性质的不同，含有的有毒有机物种 类各有不同，毒性各异。工业废水通常是经过工厂的预处理后排入城市管道， 其中仍然含有大量的有毒有机物。因此，城市污水中不可避免的存在着毒性物 质。 2 . 1 . 1有毒有机物的种类及其危害 关于城市污水中存在的有毒有机物，国内外文献都有报道。 薛连海1 5 1 将某城市污水用乙 酸丁脂萃取，经真空浓缩，用g um s 对样品中 的有机化合物进行了测定，结果检测出3 0 种有机物。其中有毒有机物主要包括 以邻苯二甲酸二丁脂、邻苯二甲酸二辛脂等为代表的邻苯二甲酸酷类化合物和 胆澎 类化合物。马梅6 1用s p m d技术对某城市污水处理厂 ( 工业废水占5 0 %) 中的有机污染物进行选择性富集， 并用g ums 进行分析， 发现存在着多氯联苯、 甲苯、苯酚、硝基苯等多种有毒有机污染物。 黄满红(3 ) 对上海市曲阳污水厂和上海市石洞口 污水厂的进出水以及同济新 村的生活污水进行了g c / ms测定。其中曲阳厂污水中工业污水占7 %左右，石 洞口污水厂中工业废水占4 0 %左右。 结果发现，曲阳厂进水中检测出4 0 种有机 物，其中苯类占1 0 %，主要有甲苯、对二甲苯、邻二甲苯等;叫噪占1 5 %:各 种胺类、酮类约占 1 5 %;醇类占2 0 %。石洞口进水中检测出 5 5种有机物.其 中苯类约占 7 %，包括甲苯、邻二甲苯等;含氮杂环类化合物约占 2 6 %，主要 包括叫跺、毗咙等;胺类、醇类约占 2 0 %。同济新村生活污水中检测出有机物 4 1 种，其中甲苯占8 ?.;醇类占5 %;酉 旨 类 5 %左右，咖啡因占8 %。另外，从 测试结果还可以看出，工业废水含量少的城市污水及生活污水中的有机物种类 相对少，工业废水含量高的城市污水中有机物种类相对多。 第2 章 城市污水毒性削减研究概况 n i c k l a s p a x e u s 等人2 1研究了 瑞典哥德堡市污水厂的进出水有机物。 该污水 厂服务5 5 万人口，且接受该市绝大部分的工业废水。进出水样品经浓缩、洗提 等预处理后，用 g ums及 l ums测定。测定结果显示，出水中的有机物包括 醇类和醚类、酸类和醋类、二氧戊环类、含氮杂环化合物、酚类、酮类以及含 磷化合物。其中，笔者认为咖啡因 ( 来源于咖啡) 、a i i 噪 ( 来源于人体排泄物) 等来自 生活污水，而其它种类的有毒化合物大部分来源于工业废水。 从前人的研究结果中可以看出，不同城市污水中所含的有毒有机物种类各 不相同。而且在很大程度上取决于该城市污水所含工业废水的种类和数量。另 外，由于地域和生活习惯的差异，生活污水水质也有所不同。城市污水中可能 含有的有毒有机物主要有以下几类: ( i )多环芳烃( p a h s ) 多环芳烃是含碳化合物在温度高于 4 0 0 时，经热解环化和聚合作用的产 物，多由石油、煤等燃料以及木材和可燃性气体等在不完全燃烧或高温处理条 件下所产生，排入大气中后经沉降和雨水冲刷等途径到达地表，引起地表水和 地下水的污染。 其主要来源有焦化及石油化工生产废水等7 1 多环芳烃是最早被发现的环境致癌物，在目 前已经发现的环境致癌物中， 多环芳烃占了1 / 3以上。苯并 ( a)花等致癌性很强的有机物都属于多环芳烃。 p a h s 的种类多达数百种，它们的基本结构是芳香烃的多环同系物，具有相似的 物理化学性质。美国环保局公布的1 2 9 种优先污染物中有 1 6 种多环芳烃。 t h a n h - t h a o 等 8 1 在加拿大蒙特利尔的 城市社区 ( mu c )污水厂中 检测出2 1 种p a h s ，在进水中的总平均浓度约为1 . 6 11 g / l 。经计算，通过m u c城市污水 厂侮年排放到圣劳伦斯河的p a h 、 约为0 . 2 6 吨。 ( 2 )多氯联苯( p c b s ) 多氯联苯是氯代芳香族化合物中毒性较大的一类物质。它是由氯置换联苯 分子中的氢原子而形成的化合物。多氯联苯被广泛用作电器绝缘材料，塑料增 塑剂以及一些油漆的添加剂等，是一种稳定性极高的合成化学物质，自 二十世 纪2 0 年代末开始生产和陆续大量使用以来，己逐渐地残留在人们周围的大气、 水和土壤中，污染范围很广。据估计，全世界己生产和应用的多氯联苯近百万 吨， 其在各类环境中的累积量估计可 达2 5 - 3 0 万吨左右9 1 该类污染物在环境中总不易分解，一般极难溶于水，但易溶于有机溶剂和 脂肪，其进入生物体内也相当稳定，故一旦侵入肌体就不易排泄，而易聚集于 第z 章 城市污水毒性削减研究概况 脂肪组织、肝和脑中，引起皮肤和肝脏损坏。随着水体水分循环，p c b s污染己 成为环境污染最具代表性的物质之一。近二十年来，各国都非常重视多氛联苯 的生产和使用，对其环境残留要求严格控制。 t h a n h - t h a o等$ 1 在加拿大蒙特利尔的城市社区 ( m u c ) 污水厂进水中检测 出1 3 种p c b s ， 其中 进水平均每种浓度约为4 . 3 n g / l 。经计算，每年大约有 l k g 的p c b s 通过mu c污水厂排入圣劳伦斯河。 ( 3 )杂环化合物 杂环化合物是一类其环上的一个或多个碳原子被 o , s , n, p , s e等非碳 原子取代后构成的有机化合物。杂环化合物是个庞大的家族体系，占全部有机 物的1 / 3以上，主要存在于染料、 制药等领域中， 而且每年还有数千种新的杂环 化合物被合成，是水处理中的一个难点。其中含氮杂环化合物占了很大的比例， 它们不易受代谢过程所破坏的性质使其难以生物降解。同时它们大多毒性较大， 严重破坏环境并影响人的身体健康。另外，人畜排泄物中也含有某些含氮杂化 化合物如叫噪， 从而使得很多城市污水中都含有此类化合物2 ,3 1 ( 4 )合成洗涤剂 合成洗涤剂是人们生活中必不可少的日用品。其基本成分是人工合成的表 面活性剂、混合助凝剂和漂白剂。表面活性剂是洗涤剂的核心。目前我国广泛 使用的表面活性剂是直链型烷基苯磺酸钠 ( l a s ) 。经常与合成洗涤剂接触的皮 肤容易产生皮肤炎症，诱发湿疹，甚至导致继发性霉菌感染等。洗涤剂进入水 环境， 对水中浮游动植物及鱼类等水生动物危害很大 1 0 1 e f . r .s c h r o d e r 等 i i 研究 了德国杜塞尔多夫的雷庭根城市污水厂中的阴离子表面活性剂的浓度及变化情 况，发现进水中l a s 在1 9 点钟达到最高浓度3 5 0 0 3 g / l o ( 5 )内分泌千扰物 环境内分泌干扰物问题现今已经成为全球所关注的焦点。外源性物质干扰 了体内维持正常内环境稳定、生殖、发育和行为的自身激素的合成、分泌、运 输、结合、生效、 排泄过程， 称之为内 分泌干扰物( 1 2 1 。内分泌干扰物与人类的 生殖障碍、发育异常、某些免疫系统和神经系统疾病有关。环境中的内分泌干 扰物大都为环境雌激素， 其来源有天然和人工合成的化合物 1 3 1 国 外地区己 经开始了 对城市污水处理厂中内分泌干扰物的分析调查 1 4 1 。 杜 兵等 1 5 人调查了 北京市某典型污水处理厂中内分泌干扰物。 检出共计3 0 种内 分 泌干扰物，包括多环芳烃 1 3 种，肤酸醋类 7 种，酚类 2 种，有机氯农药 5 种， 第z 章 城市污水毒性削减研究概况 多氯联苯t 种，以及二苯酮、 d e h e 、 苯并映喃等，其中7 种多环芳烃类物质仅 在污泥中检出。 ( 6 )邻苯二甲酸酷类 邻苯二甲酸酷类又称肤酸酷类，是梭酸衍生物中酷的一类，一般为无色油 状粘稠液体，低挥发性，难溶于水，易溶于有机溶剂。邻苯二甲酸酷类主要用 于塑料的增塑剂，也可用于农药载体、化妆品等。有研究表明环境中微量的邻 苯二甲酸酷类可产生多种扰乱动物内分泌的生化和整体效应，可归为内分泌干 扰物 1 6 1 。美国e p a将6 种邻苯二甲 酸醋类列为优先控制的有毒污染物。我国 城 市污水厂有检测出 邻苯二甲 酸酷的 报道 d l 除此之外，酚类化合物、人们生活中使用的药品等有机毒物也可能通过各 种途径进入到城市污水中。尽管城市污水中的有毒有机物浓度不高，但其排入 水体却可能不断积累，然后通过食物链进入生物体并逐渐富集，最后进入人体， 危害人体健康。 2 . 1 . 2有毒有机物的迁移转化 有毒有机物在污水厂中的出路，通常有三种:生物降解、污泥吸附以及挥 发。其迁移转化途径如何，主要跟该物质的分子结构、极性、挥发性以及水体 的环境条件有关系。而且，很多有机物的迁移并不是单纯一种方式作用的结果， 而是多种方式共同 起作用 1 7 1 2 . 1 . 2 . 1挥发 挥发作用是有机物质从液相转入气相的重要迁移过程。它是污水中挥发性 有机物在活性污泥系统中的主要去路， 半挥发性有机物也有部分通过挥发作用 去除。有机毒物的挥发率与各有机毒物在水中的亨利定律常数、浓度及通过曝 气池的气流量等有关。 何苗等! 引 人研究了焦化废水中的有毒有机物，发现它们曝气吹脱条件下的 挥发特征不尽相同。乙苯、蔡、毗淀等 1 1 种物质比较容易挥发，1 2 h 空曝后去 除率约为 2 0 %-4 0 %，它们的挥发速率常数与亨利常数ie 1 具有很好的线形相关 关系，挥发作用在这类物质的去除中起着重要作用;苯酚、哇琳、叫垛等有机 物具有中等程度的挥发性; 而间笨二酚等弱挥发或难挥发， 经空曝后， t o c 浓度 i l 乎没变化。 第z 章 城市污水毒性削减研究概况 多氯联苯t 种，以及二苯酮、 d e h e 、 苯并映喃等，其中7 种多环芳烃类物质仅 在污泥中检出。 ( 6 )邻苯二甲酸酷类 邻苯二甲酸酷类又称肤酸酷类，是梭酸衍生物中酷的一类，一般为无色油 状粘稠液体，低挥发性，难溶于水，易溶于有机溶剂。邻苯二甲酸酷类主要用 于塑料的增塑剂，也可用于农药载体、化妆品等。有研究表明环境中微量的邻 苯二甲酸酷类可产生多种扰乱动物内分泌的生化和整体效应，可归为内分泌干 扰物 1 6 1 。美国e p a将6 种邻苯二甲 酸醋类列为优先控制的有毒污染物。我国 城 市污水厂有检测出 邻苯二甲 酸酷的 报道 d l 除此之外，酚类化合物、人们生活中使用的药品等有机毒物也可能通过各 种途径进入到城市污水中。尽管城市污水中的有毒有机物浓度不高，但其排入 水体却可能不断积累，然后通过食物链进入生物体并逐渐富集，最后进入人体， 危害人体健康。 2 . 1 . 2有毒有机物的迁移转化 有毒有机物在污水厂中的出路，通常有三种:生物降解、污泥吸附以及挥 发。其迁移转化途径如何，主要跟该物质的分子结构、极性、挥发性以及水体 的环境条件有关系。而且，很多有机物的迁移并不是单纯一种方式作用的结果， 而是多种方式共同 起作用 1 7 1 2 . 1 . 2 . 1挥发 挥发作用是有机物质从液相转入气相的重要迁移过程。它是污水中挥发性 有机物在活性污泥系统中的主要去路， 半挥发性有机物也有部分通过挥发作用 去除。有机毒物的挥发率与各有机毒物在水中的亨利定律常数、浓度及通过曝 气池的气流量等有关。 何苗等! 引 人研究了焦化废水中的有毒有机物，发现它们曝气吹脱条件下的 挥发特征不尽相同。乙苯、蔡、毗淀等 1 1 种物质比较容易挥发，1 2 h 空曝后去 除率约为 2 0 %-4 0 %，它们的挥发速率常数与亨利常数ie 1 具有很好的线形相关 关系，挥发作用在这类物质的去除中起着重要作用;苯酚、哇琳、叫垛等有机 物具有中等程度的挥发性; 而间笨二酚等弱挥发或难挥发， 经空曝后， t o c 浓度 i l 乎没变化。 第z 章 城市污水毒性削减研究概况 2 . 1 . 2 . 2污泥吸附 污泥吸附也是有毒有机物去除的的一条重要途径。活性污泥对有机毒物的 吸附主要是物理吸附。老化与新鲜污泥的吸附效果差异不大。活性污泥对有机 毒物的吸附平衡时间很短，一般只需要 1 5 -3 0 分钟。吸附率主要与各个有机毒 物的辛醇 / 水分离系数有关。 杜兵等p 5 人研究了内 分泌干扰物在城市污水处理厂的迁移转化，检测出的 各种内分泌干扰物在水处理过程中的去除率为7 0 %- 9 9 %。 其中污泥吸附起了重 要作用，对酚类去除效率最大，为9 9 ;对多环芳烃和肤酸醋的去除率为7 7 % 左右;而对其它内分泌干扰物去除率为 6 6 %。同时认为去除率较高与此类物质 的 初始浓度较低有关。薛连海1 5 1 研究了a / 0法处理城市污水中有机物的 迁移转 化，发现十六碳十八碳为代表的有机物几乎是全部吸附在污泥上从原水中去 除的，而烷烃类化合物部分吸附在污泥上，部分存在于出水中。从而得出 a / 0 工艺去除城市污水中的有机物时，活性污泥的吸附作用是主要的。 2 . 1 . 2 . 3生物降解 有机毒物的生物降解作用一般分为两种:一种是可以作为微生物的碳源并 提供微生物生长 所需的能源，其代谢方式为生长代谢;另一种有机物，不能作 为微生物生长的唯一碳源和能源，必须由另外的化合物提供，该有机物才能被 降解，其代谢方式为共代谢。 生物降解是使有毒有机物最终无害化的重要方式。目前，国内外对于有毒 有机物的降解性能的研究比较多，涉及的类别也很全面。下面就城市污水中主 要有毒有机物的生物降解性能进行综述。 ( 1 )甲苯及二甲苯 甲苯，邻二甲苯，对二甲苯都属于苯系物，主要存在于轻质油中，工业上 广泛用作溶剂和化工生产的中间体。多种细菌和真菌可以降解它们，但降解的 难易程度及生成的 产物有很大差别。 总的 来说， 有以 下规律1 1 9 1 : 在好氧条件下 容易矿化，在厌氧条件下可以降解。其降解难易程度受到取代基的数目，位置 和类型的影响。在土壤中到处有降解它们的好氧微生物。 王思菊1 2 0 等采用好氧振荡瓶培养法，富集城市污水处理厂的活性污泥制成 菌悬液，来研究苯系物好氧降解性能。其降解的易难顺序为:甲苯 间二甲苯 苯 对二甲 苯) 邻二甲 苯。 不同苯系物的启动时间差别很大， 如甲苯在 l 0 m g / l 浓 第2 章 城市污水毒性削减研究概况 度时，几乎不需要启动期，完全降解时间为3 9 h 。对二甲苯启动期需要1 5 h ，完 全降解时间为6 3 h 。而在相同浓度时，邻二甲苯需要 3 0 3 h的启动期，完全降解 时间为 3 2 7 h 。各种苯系物的完全降解浓度分别为:甲苯 1 8 0 m g / l ，邻二甲 苯 i 1 .4 m g / l ,间二甲 苯 8 0 m g / l ， 对二甲 苯_ 8 4 .6 m g / l o ( 2 )含氮杂环化合物 申 海虹12 1 1 等研究了 厌氧， 好氧， 缺氧条 件下毗睫的降 解情况。实验发现， 好氧条件下，经过驯化的活性污泥是可以降解毗睫的，只是反应时间较长，降 解速率较慢。厌氧条件下也是如此，不过需要的反应时间更长。说明毗吮是一 种厌氧及好氧条件下比较难于生物降解的有机物。而在缺氧条件下，当进水浓 度低于2 0 0 m g 几时， 2 h 的停留时间可使毗咤的降 解率达到%yo以 上。 进水浓度 低于4 0 0 m 留 l 时， 8 h 的停留时间可使毗睫的降解率达到9 8 %以 上。 郑广宏12 2 研究了 厌氧、好氧、缺氧条件下叫噪的降解情况.实验发现， 叫 噪的 好氧降 解速率约为 1 0 . 6 m g / g ( m l s s ) / h ， 在含氮杂环化合物中，是一 种较易 好氧生物降解的有机物，且叫噪好氧污泥可以承受较高的叫负荷而不受抑制。 在厌氧条件下，a e i 噪难于生物降解，但只要提供足够的反应时间，叫噪是可以 厌氧降 解的。 日噪有 较好的 缺氧降 解性能， 当进水浓度不高于 1 0 0 m g / l时， 约 4 h 的停留时间可以使咧噪的降解率达到9 5 %以上，明显好于厌氧，但比好氧稍 差。 且叫噪缺氧降解有浓度抑制， 容许浓度为2 0 0 m g / l 。 高于此浓度， 缺氧污泥 表现为可逆抑制。 另外，该研究者在叫噪缺氧降解过程中检测到可能的中间产 物经咧噪 ( o x i n d o l e ) o 2 . 2发光菌生物毒性测试法 目前，对水中毒性物质的监测和评价主要有化学方法和生物毒性测试方法。 其中，化学分析手段通常十分有限，环境样品中能够被鉴定的污染物仅占实际 存在污染物的很少部分，大多数污染物不能被鉴定，因此不能根据浓度数据推 测它们的毒性效应，从而不能排除样品中未被检出的污染物的潜在毒性效应。 也就是说，化学分析的数据并不能从整体上反映水质的优劣，或反映污染物对 生物和生态系统的