臭氧微纳气泡—活性炭耦合工艺除有机微污染物中试与示范.pdf

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文

摘要

水中农药、药品和个人护理品等微量有机污染物（TOPs）的检出率日益增加，

其难生物降解、自然衰减性差，且在环境中具有持续积累的特点，因此其生物毒性

与潜在危害引起了人们的广泛关注。常规的混凝-沉淀-过滤-消毒饮用水处理工艺

对TOPs去除率低，而且臭氧氧化深度处理工艺能耗高，与我国现阶段碳达峰、碳

中和的理念相悖。臭氧微纳气泡（O-MNBs）尺寸小、在水中停留时间长、传质和

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分解速率高、降解水中微量有机物污染物效率高。基于此，本研究采用臭氧微纳气

泡氧化-活性炭吸附耦合工艺去除水中TOPs。与传统臭氧氧化工艺相比臭氧微纳气

泡有利于增加臭氧在水中的停留时间，提高臭氧对TOPs的氧化降解效能，同时可

以降低臭氧处理单元的电能与物耗。臭氧微纳气泡氧化后的水再通过活性炭（AC）

吸附，进一步提高TOPs去除率。

小试实验以水中常见的2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）、莠去津（ATZ）、诺氟沙星

（NFX）、土霉素（OTC）作为模型污染物优选出吸附效果良好的椰壳活性炭（CSAC）

和煤质活性炭（CAC）进行后续研究，考察AC投量、污染物初始浓度、温度等不

同工艺参数下的吸附效能。对比臭氧微纳气泡（O-MNBs）与普通臭氧曝气（O-

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MacBs）产生气泡的物化性质、传质和分解速率及生成活性氧物质的种类及数量，

并对O-MNBs体系降解产物进行分析。通过O-MNBs与AC耦合实验提供运行

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模式与工艺参数，以黑龙江某水厂混凝-沉淀-过滤工艺出水为活性炭吸附和臭氧微

纳气泡氧化-炭吸附耦合中试实验的进水，考察该工艺在实际水体的处理效果与稳

定情况。

CAC对2,4-D和ATZ的静态吸附过程更符合准一级动力学模型，而对NFX和

OTC的吸附更符合准二级动力学模型。AC对2,4-D、ATZ、NFX和OTC静态吸

附均符合Freundlich热力学模型。在0.5g/LAC投量、目标物初始浓度为200μg/L

条件下，CSAC对2,4-D、ATZ、NFX和OTC的平衡吸附量分别为389.73、367.34、

362.59、397.99μg/g；CAC对2,4-D、ATZ、NFX和OTC的平衡吸附量为388.62

μg/g、389.39μg/g、354.68μg/g、391.65μg/g。O-MNBs体系氧化降解10min时，

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2,4-D、ATZ、NFX和OTC去除率分别为80%、70%、97%和80%，与O-MacBs

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体系相比，分别提高了22、5、11、26个百分点。四种污染物与O-MNBs接触时

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间为10min，在AC滤层中水力停留时间为10min，O-MNBs氧化与CAC吸附耦

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合对2,4-D、ATZ、NFX和OTC去除率均高于98%。

活性炭吸附中试对水质有较好稳定提升效果，随着工艺运行时间延长，UV254、

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高锰酸盐指数和微量有机物去除率缓慢下降。臭氧微纳气泡氧化-活性炭吸附吸附

耦合工艺对TOPs的去除效果显著，耦合工艺对滤后水中16种PPCP类有机污染

物去除率达到80%以上，对18种农药污染物的去除率均能达到80%以上。同时O-