污泥處理工程中:污水處理廠消毒技術研究
根據國家食品藥品監督管(guan)理局和化(hua)學(xue)(xue)工業(ye)(ye)學(xue)(xue)會(hui)和制藥工業(ye)(ye)學(xue)(xue)會(hui)相(xiang)關統計(ji), 我國是抗(kang)生(sheng)(sheng)(sheng)素(su)的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)產大國, 年生(sheng)(sheng)(sheng)產量約為21萬t.抗(kang)生(sheng)(sheng)(sheng)素(su)的(de)(de)(de)大量使(shi)用使(shi)環境(jing)中抗(kang)生(sheng)(sheng)(sheng)素(su)抗(kang)性菌(jun)(antibiotic resistant bacteria, ARB)和抗(kang)生(sheng)(sheng)(sheng)素(su)抗(kang)性基因(antibiotic resistant gene, ARG)的(de)(de)(de)含(han)量也(ye)隨(sui)之增加, 而(er)且(qie)城市污水(shui)(shui)處(chu)(chu)理廠已(yi)經成(cheng)為環境(jing)體系中ARB和ARG的(de)(de)(de)儲存庫.但是污水(shui)(shui)處(chu)(chu)理廠的(de)(de)(de)二級水(shui)(shui)處(chu)(chu)理技術(shu)對(dui)ARB的(de)(de)(de)消減(jian)作(zuo)用不佳(jia), 污水(shui)(shui)處(chu)(chu)理廠出(chu)水(shui)(shui)中仍含(han)大量ARB, 其含(han)量為5.0×102~6.1×105 CFU?(100 mL)-1, 具有潛在的(de)(de)(de)環境(jing)健(jian)康(kang)風險.而(er)研(yan)究(jiu)表(biao)明污水(shui)(shui)處(chu)(chu)理廠的(de)(de)(de)消毒處(chu)(chu)理技術(shu)能夠(gou)進一步去除生(sheng)(sheng)(sheng)化(hua)反應沒有去除的(de)(de)(de)ARB, 減(jian)少ARB對(dui)環境(jing)的(de)(de)(de)危害, 從而(er)保護公眾身體健(jian)康(kang).
消毒處理技術是污水處理工藝的(de)重(zhong)要(yao)組成部(bu)分, 國家環境保(bao)護(hu)總(zong)局(現(xian)國家環境保(bao)護(hu)部(bu))于(yu)2003年要(yao)求“城鎮污水(shui)處理廠出(chu)(chu)水(shui)應結合氯、紫外線或臭氧(yang)等消(xiao)(xiao)毒(du)(du)處理, 保(bao)證污水(shui)出(chu)(chu)水(shui)中糞大腸桿(gan)菌(jun)小于(yu)103個?L-1”.如今, 污水(shui)處理工藝中常見的(de)消(xiao)(xiao)毒(du)(du)技術(shu)有臭氧(yang)消(xiao)(xiao)毒(du)(du)、紫外消(xiao)(xiao)毒(du)(du)和氯消(xiao)(xiao)毒(du)(du), 但是(shi)(shi)關于(yu)消(xiao)(xiao)毒(du)(du)技術(shu)去(qu)(qu)除ARB的(de)研究并不是(shi)(shi)很多, 而(er)且結論也存在一(yi)定的(de)差異性(xing), 沒有提出(chu)(chu)對(dui)ARB的(de)有效控制和去(qu)(qu)除方案.
Guo等(deng)認(ren)為(wei)紫(zi)(zi)外劑量為(wei)5.0 mJ?cm-2時(shi), 污水(shui)處理廠出水(shui)中(zhong)紅霉素抗(kang)性菌和(he)(he)四環素抗(kang)性菌的(de)(de)去除(chu)(chu)率可達(da)到1.4 log和(he)(he)1.1 log; Oh等(deng)在研究不同(tong)消(xiao)(xiao)毒技(ji)術(shu)對(dui)(dui)ARB和(he)(he)ARG的(de)(de)去除(chu)(chu)時(shi)發(fa)現：當次氯(lv)酸鈉濃度超(chao)(chao)(chao)過(guo)30.0 mg?L-1時(shi), ARB和(he)(he)ARG的(de)(de)去除(chu)(chu)率超(chao)(chao)(chao)過(guo)90%, 臭氧(yang)濃度超(chao)(chao)(chao)過(guo)3.0 mg?L-1時(shi)ARB和(he)(he)ARG的(de)(de)去除(chu)(chu)率超(chao)(chao)(chao)過(guo)90%, 另外臭氧(yang)消(xiao)(xiao)毒過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)投加(jia)雙(shuang)氧(yang)水(shui)等(deng)氧(yang)化(hua)劑能夠一定程(cheng)(cheng)度上提(ti)高ARB的(de)(de)去除(chu)(chu)效(xiao)率. Zhang通過(guo)分(fen)析不同(tong)的(de)(de)消(xiao)(xiao)毒技(ji)術(shu)對(dui)(dui)抗(kang)生(sheng)素抗(kang)性基(ji)因(yin)的(de)(de)去除(chu)(chu)效(xiao)果(guo)發(fa)現, 紫(zi)(zi)外消(xiao)(xiao)毒(500.0 mJ?cm-2)、氯(lv)消(xiao)(xiao)毒(40.0 mg?L-1)、紫(zi)(zi)外(62.0 mJ?cm-2)耦合次氯(lv)酸鈉(5.0 mg?L-1)消(xiao)(xiao)毒等(deng)對(dui)(dui)抗(kang)生(sheng)素抗(kang)性基(ji)因(yin)的(de)(de)去除(chu)(chu)效(xiao)果(guo)依次為(wei)0.8~1.2 log、1.7~2.3 log、1.1~1.9 log和(he)(he)2.4~3.5 log.但是(shi)(shi), Munir等(deng)研究發(fa)現氯(lv)消(xiao)(xiao)毒和(he)(he)紫(zi)(zi)外消(xiao)(xiao)毒對(dui)(dui)ARB的(de)(de)去除(chu)(chu)效(xiao)果(guo)并不是(shi)(shi)很(hen)明顯(P>0.05).
因此本文通(tong)過研究污(wu)水(shui)處理(li)廠出(chu)水(shui)經過不同(tong)消(xiao)(xiao)毒(du)技(ji)術(shu)(shu)處理(li)后不同(tong)ARB的去除效(xiao)果, 分析(xi)不同(tong)消(xiao)(xiao)毒(du)技(ji)術(shu)(shu)去除ARB的優劣性.同(tong)時, 結合不同(tong)消(xiao)(xiao)毒(du)技(ji)術(shu)(shu)對化學需氧量(liang)(COD)、總(zong)氮(TN)和氨氮(NH4+-N)的去除情況, 篩選適合于高排(pai)放標準污(wu)水(shui)處理(li)廠的消(xiao)(xiao)毒(du)方法和消(xiao)(xiao)毒(du)藥(yao)劑最佳投量(liang), 以期(qi)為未來城市污(wu)水(shui)處理(li)廠關于ARB的環境風(feng)險評估和優化去除提供理(li)論依據和技(ji)術(shu)(shu)支持.
1 材料(liao)與(yu)方法1.1 目(mu)標污水處理廠
本(ben)研究(jiu)選(xuan)擇位于無(wu)錫市的(de)某(mou)污(wu)水處理廠(chang)(chang), 該污(wu)水處理廠(chang)(chang)采用(yong)傳統的(de)序(xu)批(pi)式(shi)活(huo)性污(wu)泥工藝(yi)(sequencing batch reactor, SBR), 出水達到《城鎮污(wu)水處理廠(chang)(chang)污(wu)染(ran)物(wu)排放標(biao)準》(GB 18918-2002) 的(de)一(yi)級A標(biao)準, 消毒(du)采用(yong)紫外消毒(du)技術, 該污(wu)水處理廠(chang)(chang)的(de)基本(ben)情(qing)況如表 1所示(shi).
1.2 樣品采集
樣(yang)(yang)(yang)品采集(ji)于(yu)污水(shui)處理(li)廠SBR工(gong)藝的(de)濾(lv)布濾(lv)池出(chu)水(shui)處和紫(zi)外消(xiao)毒(du)出(chu)水(shui)處, 從而(er)有(you)利于(yu)對比該污水(shui)處理(li)廠實際消(xiao)毒(du)方(fang)式對ARB的(de)去除效(xiao)果(guo)與(yu)本實驗的(de)差異.樣(yang)(yang)(yang)品儲存于(yu)5 L無菌采樣(yang)(yang)(yang)瓶, 采集(ji)結(jie)束后立即(ji)運回實驗室于(yu)4℃保存, 并在48 h內稀(xi)釋進行接種(zhong)培(pei)養實驗.
1.3 實驗裝置
本研究(jiu)采用靜態模擬實驗方(fang)式, 共分為(wei)(wei)4種消(xiao)(xiao)毒方(fang)式, 依次(ci)以a、b、c、d表示, a為(wei)(wei)臭(chou)氧消(xiao)(xiao)毒, 通(tong)過臭(chou)氧發生(sheng)器(COM-AD-01) 控制臭(chou)氧濃度(du), 消(xiao)(xiao)毒時(shi)(shi)間(jian)(jian)為(wei)(wei)10 min; b為(wei)(wei)紫(zi)(zi)(zi)外(wai)(wai)消(xiao)(xiao)毒, 紫(zi)(zi)(zi)外(wai)(wai)劑量=紫(zi)(zi)(zi)外(wai)(wai)強度(du)×消(xiao)(xiao)毒時(shi)(shi)間(jian)(jian).其中紫(zi)(zi)(zi)外(wai)(wai)光照由(you)紫(zi)(zi)(zi)外(wai)(wai)燈管(YUVC-30W)提供(gong), 紫(zi)(zi)(zi)外(wai)(wai)強度(du)利(li)用紫(zi)(zi)(zi)外(wai)(wai)輻(fu)射計(UV-B)測定, 實驗在(zai)置于磁力攪拌(ban)器上(shang)并(bing)放入轉子攪拌(ban)的燒(shao)杯中進行; c為(wei)(wei)次(ci)氯酸鈉消(xiao)(xiao)毒, 采用六(liu)聯攪拌(ban)器(MY3000-6A), 消(xiao)(xiao)毒30 min, 轉速為(wei)(wei)200 r?min-1; d為(wei)(wei)紫(zi)(zi)(zi)外(wai)(wai)耦合次(ci)氯酸鈉消(xiao)(xiao)毒, 次(ci)氯酸鈉消(xiao)(xiao)毒時(shi)(shi)間(jian)(jian)30 min, 其中紫(zi)(zi)(zi)外(wai)(wai)消(xiao)(xiao)毒劑量恒定為(wei)(wei)30 mJ?cm-2.
1.4 抗生素抗性(xing)菌的檢(jian)測方法(fa)
參考抗(kang)(kang)生(sheng)素(su)的(de)(de)分(fen)(fen)(fen)類(lei)、抗(kang)(kang)生(sheng)素(su)的(de)(de)使用以(yi)及(ji)抗(kang)(kang)生(sheng)素(su)抗(kang)(kang)性(xing)(xing)菌(jun)在我國(guo)的(de)(de)分(fen)(fen)(fen)布情況, 本研(yan)究選擇氨芐(xia)霉(mei)素(su)抗(kang)(kang)性(xing)(xing)菌(jun)(ampicillin resistant bacteria, AMP)、紅霉(mei)素(su)抗(kang)(kang)性(xing)(xing)菌(jun)(erythromycin resistant bacteria, ERY)、四環素(su)抗(kang)(kang)性(xing)(xing)菌(jun)(tetracycline resistant bacteria, TET)、卡那霉(mei)素(su)抗(kang)(kang)性(xing)(xing)菌(jun)(kanamycin resistant bacteria, KAN)及(ji)環丙沙星抗(kang)(kang)性(xing)(xing)菌(jun)(ciprofloxacin resistant bacteria, CIP)分(fen)(fen)(fen)析該污水處(chu)理(li)廠消毒(du)前(qian)后出水中ARB的(de)(de)分(fen)(fen)(fen)布規(gui)律, 并利用傳(chuan)統的(de)(de)異(yi)養菌(jun)平板培養法來檢(jian)測目標ARB.同(tong)時為了說明ARB占HPC的(de)(de)比例, 也對消毒(du)前(qian)后出水中總異(yi)養菌(jun)數(shu)量進行技術分(fen)(fen)(fen)析.
抗生素(su)(su)溶(rong)液的(de)配(pei)置(zhi)：目標抗生素(su)(su)濃(nong)度(du)(du)(du)依(yi)據(ju)《臨床和實驗室標準協會》(Clinical And Laboratory Standards Institute, CLSI)中(zhong)抗生素(su)(su)對細菌的(de)最小抑制濃(nong)度(du)(du)(du)確定(ding), 具體如(ru)表 2所示.首先配(pei)制高濃(nong)度(du)(du)(du)的(de)抗生素(su)(su)作(zuo)為母液, 其中(zhong)氨(an)芐霉(mei)(mei)素(su)(su)(10 g?L-1)、四環(huan)素(su)(su)(1 g?L-1)、卡那(nei)霉(mei)(mei)素(su)(su)(10 g?L-1)和環(huan)丙沙(sha)星(1 g?L-1)溶(rong)液的(de)溶(rong)劑均(jun)為超純水(shui), 并采用0.45 μm水(shui)相濾(lv)(lv)(lv)(lv)頭過(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv); 而紅霉(mei)(mei)素(su)(su)(10 g?L-1)的(de)溶(rong)劑為甲醇, 并采用0.45 μm有機相濾(lv)(lv)(lv)(lv)頭過(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv).過(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv)之后的(de)抗生素(su)(su)溶(rong)液需(xu)保存(cun)于(yu)-20℃冰箱中(zhong), 且(qie)保存(cun)時間不宜超過(guo)一周.在使用時根據(ju)所需(xu)要(yao)抗生素(su)(su)的(de)濃(nong)度(du)(du)(du)取相應體積母液進行(xing)稀釋.
抗生素(su)培(pei)(pei)養(yang)(yang)基(ji)制備：培(pei)(pei)養(yang)(yang)基(ji)R2A agar(CM0906, OXOID, 配(pei)制濃度為18.1 g?L-1), 用(yong)蒸餾(liu)水配(pei)好后(hou)于121℃高壓(ya)滅菌(jun)20 min, 冷卻至(zhi)60~70℃后(hou)根據表 2中抗生素(su)的使(shi)用(yong)濃度, 加(jia)入一(yi)定(ding)量的抗生素(su)母(mu)液(用(yong)于總異養(yang)(yang)菌(jun)計數(shu)的平板(ban)無需添(tian)加(jia)抗生素(su), 直接倒平板(ban)即可(ke)), 與培(pei)(pei)養(yang)(yang)基(ji)混合均勻后(hou)倒入平板(ban)中, 待冷卻至(zhi)室溫后(hou)使(shi)用(yong).
ARB檢(jian)測：首(shou)先(xian)用磷酸鹽緩沖液(PBS, pH=7.4) 將待測水樣梯度稀釋, 取50 μL接種于含抗(kang)生素的R2A瓊脂平(ping)板(ban)中(zhong), 在(zai)37℃培(pei)養(yang)箱(xiang)中(zhong)培(pei)養(yang)24 h, 選取菌落數(shu)(shu)在(zai)30~300個之間的平(ping)板(ban)進行計數(shu)(shu), 細(xi)(xi)菌計數(shu)(shu)采用細(xi)(xi)菌活菌平(ping)板(ban)計數(shu)(shu)方法. HPC檢(jian)測的方法同ARB一樣, 只是將接種平(ping)板(ban)更換為無抗(kang)生素平(ping)板(ban).
1.5 水質指標的測(ce)試方(fang)法
本實(shi)驗過(guo)程中(zhong)各項水質指標采(cai)用文(wen)獻(xian)的方法(fa)測定, 其(qi)中(zhong)COD采(cai)用重(zhong)鉻酸(suan)鉀快速烘箱法(fa); NH4+-N采(cai)用納氏試(shi)劑分光(guang)光(guang)度(du)(du)法(fa); TN采(cai)用堿性過(guo)硫酸(suan)鉀消解紫外分光(guang)光(guang)度(du)(du)法(fa).
2 結果與討論(lun)2.1 污水處理廠消毒前后(hou)抗生素抗性菌的分布
由(you)圖 1可知, 目(mu)(mu)標污(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)理廠(chang)(chang)消毒前后出(chu)水(shui)(shui)中5種(zhong)目(mu)(mu)標ARB的(de)(de)豐度排序(xu)為(wei)AMP>ERY>TET>KAN>CIP, 經過紫(zi)外(wai)消毒處(chu)(chu)(chu)理后污(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)理廠(chang)(chang)出(chu)水(shui)(shui)中HPC由(you)13.0×103 CFU?mL-1減(jian)少(shao)(shao)至7.0×103 CFU?mL-1, 去除率為(wei)53.8%; ARB由(you)(0.2~5.6)×103 CFU?mL-1減(jian)少(shao)(shao)到(0.1~4.0)×103 CFU?mL-1, 去除率為(wei)18.2%~40.9%. ARB的(de)(de)分(fen)布與區域周邊生(sheng)活污(wu)水(shui)(shui)、工(gong)業(ye)廢水(shui)(shui)的(de)(de)排放以及(ji)人(ren)類(lei)活動等因素(su)密切相關.本(ben)研究中目(mu)(mu)標污(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)理廠(chang)(chang)進水(shui)(shui)中含有45.0%的(de)(de)工(gong)業(ye)廢水(shui)(shui), AMP是該污(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)理廠(chang)(chang)出(chu)水(shui)(shui)中含量最(zui)多的(de)(de)ARB. Yuan等也認為(wei)污(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)理廠(chang)(chang)出(chu)水(shui)(shui)中β-內酰(xian)胺(an)類(lei)ARB占HPC的(de)(de)比(bi)例(li)高達30%.而且研究者也發現污(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)理廠(chang)(chang)β-內酰(xian)胺(an)類(lei)ARB濃度明顯高于其他類(lei)ARB, 其主要原因是氨芐霉素(su)屬于β-內酰(xian)胺(an)類(lei)抗(kang)生(sheng)素(su), 而這類(lei)抗(kang)生(sheng)素(su)是我國(guo)醫療抗(kang)生(sheng)素(su)中最(zui)常(chang)使用的(de)(de)藥物, 該類(lei)抗(kang)生(sheng)素(su)大量排放后會引起其抗(kang)性(xing)菌(jun)的(de)(de)增多.
2.2 不同消毒技術對(dui)抗生素抗性菌的(de)選擇性去除
抗生素抗性菌占總異養菌的比例(ARB/HPC)變化規律可進一步表明不同消毒處理技術對ARB的選擇性去除效果.如圖 2所示, AMP/HPC最高為37.5%~57.9%; ERY/HPC次之, 約為1.4%~16.9%; TET/HPC、KAN/HPC、CIP/HPC均在5.0%以下.從中可知, 隨著消毒劑量增加, ARB/HPC也發生變化.通過臭氧、紫外以及氯消毒之后, ERY/HPC和KAN/HPC均有所降低, CIP/HPC卻有所增加, 而AMP/HPC和TET/HPC無明顯變化趨勢(P<0.05).現階段關于消毒技術對ARB的選擇性去除效果仍有爭議, 有研究者認為紫外消毒會使TET/HPC上升; 但也有研究者認為紫外消毒會使ERY/HPC和CIP/HPC下降, 卻對TET無選擇性去除效果.這可能與污水進水水質、取樣方式和消毒劑量等不同有關.
(a)為(wei)(wei)ARB/HPC百(bai)分比隨臭氧濃度變(bian)化(hua)的情況; (b)為(wei)(wei)ARB/HPC百(bai)分比隨紫(zi)(zi)外劑(ji)量變(bian)化(hua)的情況; (c)為(wei)(wei)ARB/HPC百(bai)分比隨次(ci)氯酸(suan)鈉濃度變(bian)化(hua)的情況; (d)為(wei)(wei)在(zai)紫(zi)(zi)外劑(ji)量為(wei)(wei)30.0 mJ?cm-2的條件下, ARB/HPC百(bai)分比隨次(ci)氯酸(suan)鈉濃度變(bian)化(hua)的情況
圖 2 不同消毒技術對抗生素抗性菌(jun)占總異養(yang)菌(jun)比例的(de)影響
2.3 不(bu)同消毒技術對抗生素抗性菌的強化(hua)去(qu)除(chu)
不(bu)(bu)同(tong)(tong)消(xiao)毒(du)(du)技術對(dui)不(bu)(bu)同(tong)(tong)ARB的(de)(de)強(qiang)化(hua)去(qu)(qu)除效果不(bu)(bu)同(tong)(tong).對(dui)比實際污(wu)水(shui)處理廠(chang)中紫外(wai)消(xiao)毒(du)(du)對(dui)HPC(去(qu)(qu)除率(lv)為53.8%)和(he)ARB(去(qu)(qu)除率(lv)為18.2%~40.9%)的(de)(de)去(qu)(qu)除效果, 發現增(zeng)加(jia)污(wu)水(shui)處理廠(chang)消(xiao)毒(du)(du)濃(nong)度(du)或劑量(liang)能夠(gou)達(da)到(dao)強(qiang)化(hua)去(qu)(qu)除ARB的(de)(de)效果, 甚至使部分ARB失活. 圖 3(a)所(suo)示(shi), 臭(chou)(chou)氧(yang)濃(nong)度(du)的(de)(de)增(zeng)加(jia)能夠(gou)強(qiang)化(hua)去(qu)(qu)除ARB(P<0.05).臭(chou)(chou)氧(yang)濃(nong)度(du)在5.0 mg?L-1時(shi)(shi), HPC和(he)ARB含(han)量(liang)迅(xun)速降低且去(qu)(qu)除率(lv)在45.5%~74.5%;當臭(chou)(chou)氧(yang)濃(nong)度(du)增(zeng)加(jia)到(dao)30.0 mg?L-1時(shi)(shi), ARB基本失活.其中ERY的(de)(de)去(qu)(qu)除率(lv)高達(da)99.6%, 這是因(yin)為大(da)環內(nei)酯(zhi)類抗(kang)生(sheng)素含(han)有不(bu)(bu)飽(bao)和(he)的(de)(de)酯(zhi)鍵, 該鍵為易水(shui)解的(de)(de)快速反應敏感化(hua)學鍵, 而臭(chou)(chou)氧(yang)一(yi)般會(hui)優先對(dui)反應速度(du)快的(de)(de)物(wu)質(zhi)發揮殺(sha)菌(jun)作用, 抑制(zhi)這些抗(kang)生(sheng)素的(de)(de)作用機制(zhi), 進而減少ARB含(han)量(liang).另外(wai), 臭(chou)(chou)氧(yang)與不(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)過(guo)濾(lv)處理(砂濾(lv)或活性炭)聯合作用時(shi)(shi), 可以進一(yi)步降低污(wu)水(shui)處理廠(chang)出水(shui)的(de)(de)抗(kang)生(sheng)素抗(kang)性菌(jun)含(han)量(liang).
(a)為(wei)(wei)ARB濃(nong)度(du)隨(sui)臭氧濃(nong)度(du)變(bian)化(hua)的(de)(de)情況(kuang)(kuang); (b)為(wei)(wei)ARB濃(nong)度(du)隨(sui)紫外(wai)劑(ji)量(liang)變(bian)化(hua)的(de)(de)情況(kuang)(kuang); (c)為(wei)(wei)ARB濃(nong)度(du)隨(sui)次氯酸(suan)鈉濃(nong)度(du)變(bian)化(hua)的(de)(de)情況(kuang)(kuang); (d)為(wei)(wei)在紫外(wai)劑(ji)量(liang)為(wei)(wei)30.0 mJ?cm-2的(de)(de)條(tiao)件(jian)下, ARB濃(nong)度(du)隨(sui)次氯酸(suan)鈉濃(nong)度(du)變(bian)化(hua)的(de)(de)情況(kuang)(kuang)
圖 3 不同消毒(du)技術對(dui)不同抗生(sheng)素抗性菌的去除效果
圖 3(b)所示, 紫(zi)(zi)外劑(ji)量(liang)的(de)(de)增加(jia)能夠強化ARB(P<0.05) 的(de)(de)去(qu)(qu)除.紫(zi)(zi)外消毒對(dui)HPC和ARB的(de)(de)去(qu)(qu)除效果(guo)相對(dui)較(jiao)差, 紫(zi)(zi)外劑(ji)量(liang)為30.0 mJ?cm-2時, ARB去(qu)(qu)除率(lv)為46.2%~70.5%;當紫(zi)(zi)外劑(ji)量(liang)達到90.0 mJ?cm-2時, ARB去(qu)(qu)除率(lv)為86.4%~98.6%. Guo等也發現當污水(shui)處理廠的(de)(de)紫(zi)(zi)外劑(ji)量(liang)高于(yu)50 mJ?cm-2時ARB基本失活.另外, 可以通過(guo)減緩出水(shui)流速, 增加(jia)出水(shui)經過(guo)紫(zi)(zi)外消毒的(de)(de)停留(liu)時間實現強化去(qu)(qu)除ARB的(de)(de)目的(de)(de).
圖 3(c)所示, 次(ci)(ci)氯(lv)酸(suan)鈉(na)濃度(du)(du)增加(jia)能(neng)夠強化去(qu)除(chu)ARB(P<0.05).次(ci)(ci)氯(lv)酸(suan)鈉(na)濃度(du)(du)在25.0 mg?L-1時, ARB去(qu)除(chu)率(lv)為66.1%~85.5%, 且高(gao)濃度(du)(du)的(de)次(ci)(ci)氯(lv)酸(suan)鈉(na)消毒對5種ARB均(jun)有較好的(de)去(qu)除(chu)效(xiao)果, 甚至使部(bu)分ARB失活, 如TET、KAN、CIP.對比圖 3(c)和(he)(he)圖 3(d), 表明次(ci)(ci)氯(lv)酸(suan)鈉(na)耦合紫外的(de)消毒方式對HPC和(he)(he)ARB的(de)去(qu)除(chu)效(xiao)果優于單獨的(de)次(ci)(ci)氯(lv)消毒, 該觀(guan)點與Munir等[4]的(de)實驗結論(lun)一致, 次(ci)(ci)氯(lv)酸(suan)鈉(na)濃度(du)(du)和(he)(he)紫外劑量分別在25.0 mg?L-1和(he)(he)30.0 mJ?cm-2時, ARB去(qu)除(chu)率(lv)為72.7%~88.2%.
2.4 不同消(xiao)毒技術對(dui)水質指標的影響
圖 4(a)所示, 臭氧(yang)(yang)濃(nong)度的(de)(de)增加(jia)能夠加(jia)以強化(hua)(hua)COD和(he)(he)NH4+-N的(de)(de)去(qu)(qu)(qu)除(P<0.05).臭氧(yang)(yang)濃(nong)度為(wei)10.0 mg?L-1時(shi)(shi)(shi), COD和(he)(he)NH4+-N分(fen)別(bie)由(you)31.0 mg?L-1和(he)(he)1.1 mg?L-1降(jiang)至(zhi)15.0 mg?L-1和(he)(he)0.7 mg?L-1; 當臭氧(yang)(yang)濃(nong)度達到30.0 mg?L-1時(shi)(shi)(shi), COD和(he)(he)NH4+-N去(qu)(qu)(qu)除率(lv)(lv)約為(wei)68.0%, 與(yu)Martínez等(deng)(deng)研(yan)究成果較(jiao)為(wei)接近. 圖 4(b)所示, 紫(zi)外(wai)(wai)劑量的(de)(de)增加(jia)能夠促進去(qu)(qu)(qu)除COD和(he)(he)NH4+-N (P<0.05).但是紫(zi)外(wai)(wai)消毒(du)對(dui)COD和(he)(he)NH4+-N去(qu)(qu)(qu)除效(xiao)果較(jiao)差(cha), 紫(zi)外(wai)(wai)劑量為(wei)90.0 mJ?cm-2時(shi)(shi)(shi), COD和(he)(he)NH4+-N去(qu)(qu)(qu)除率(lv)(lv)僅為(wei)19.4%和(he)(he)11.2%, 該結論(lun)與(yu)Vaccari等(deng)(deng)的(de)(de)結論(lun)相吻合(he).對(dui)比圖 4(c)和(he)(he)圖 4(d), 發現次(ci)(ci)(ci)氯(lv)(lv)(lv)酸(suan)鈉(na)(na)濃(nong)度的(de)(de)增加(jia)能夠強化(hua)(hua)去(qu)(qu)(qu)除COD和(he)(he)NH4+-N(P<0.05), 并且紫(zi)外(wai)(wai)耦(ou)合(he)次(ci)(ci)(ci)氯(lv)(lv)(lv)酸(suan)鈉(na)(na)消毒(du)時(shi)(shi)(shi), 低濃(nong)度次(ci)(ci)(ci)氯(lv)(lv)(lv)酸(suan)鈉(na)(na)(25.0 mg?L-1)條件下, COD和(he)(he)NH4+-N分(fen)別(bie)降(jiang)至(zhi)22.5 mg?L-1和(he)(he)0.9 mg?L-1, 相應(ying)(ying)去(qu)(qu)(qu)除率(lv)(lv)分(fen)別(bie)為(wei)27.4%和(he)(he)21.7%;當次(ci)(ci)(ci)氯(lv)(lv)(lv)消毒(du)濃(nong)度高達100.0 mg?L-1時(shi)(shi)(shi), COD和(he)(he)NH4+-N去(qu)(qu)(qu)除率(lv)(lv)依(yi)次(ci)(ci)(ci)為(wei)41.9%和(he)(he)42.0%.其原因在(zai)于, 臭氧(yang)(yang)和(he)(he)次(ci)(ci)(ci)氯(lv)(lv)(lv)酸(suan)鈉(na)(na)能夠將水體(ti)中的(de)(de)有機(ji)(ji)物質氧(yang)(yang)化(hua)(hua), 從而(er)使(shi)污水中COD降(jiang)低.而(er)NH4+-N的(de)(de)去(qu)(qu)(qu)除主要與(yu)次(ci)(ci)(ci)氯(lv)(lv)(lv)酸(suan)鈉(na)(na)的(de)(de)消毒(du)機(ji)(ji)理(li)有關, 在(zai)氨氮(dan)存(cun)在(zai)的(de)(de)條件下, 氯(lv)(lv)(lv)和(he)(he)氨氮(dan)反(fan)應(ying)(ying)生成一(yi)氯(lv)(lv)(lv)胺(an)(an)、二氯(lv)(lv)(lv)胺(an)(an)等(deng)(deng)物質, 一(yi)氯(lv)(lv)(lv)胺(an)(an)進一(yi)步被氧(yang)(yang)化(hua)(hua)成氮(dan), 二氯(lv)(lv)(lv)胺(an)(an)則反(fan)應(ying)(ying)生成硝酸(suan)鹽, 從而(er)使(shi)水中游離氨氮(dan)濃(nong)度降(jiang)低.但是, 4種(zhong)消毒(du)技術對(dui)TN基本沒有去(qu)(qu)(qu)除能力(P>0.05).
圖 4 不(bu)同消毒技術對水質指標(biao)的去除效(xiao)果
同時, 綜合(he)圖(tu) 3與圖(tu) 4中(zhong)消(xiao)毒(du)(du)(du)技術對(dui)(dui)ARB、COD、NH4+-N的(de)(de)去(qu)(qu)除效果, 發現(xian)當(dang)臭氧濃(nong)(nong)度(du)、紫(zi)(zi)外劑量(liang)、次(ci)氯酸(suan)鈉(na)(na)(na)濃(nong)(nong)度(du)依次(ci)為(wei)5.0 mg?L-1、45.0 mJ?cm-2、25.0 mg?L-1時, ARB的(de)(de)去(qu)(qu)除率增(zeng)速(su)最快(kuai), 而繼續增(zeng)加消(xiao)毒(du)(du)(du)濃(nong)(nong)度(du)或(huo)劑量(liang), ARB的(de)(de)去(qu)(qu)除率增(zeng)速(su)反而降低, 因此本(ben)研究將以上(shang)濃(nong)(nong)度(du)視為(wei)消(xiao)毒(du)(du)(du)的(de)(de)最佳濃(nong)(nong)度(du)或(huo)劑量(liang).而且, 次(ci)氯酸(suan)鈉(na)(na)(na)耦(ou)合(he)紫(zi)(zi)外消(xiao)毒(du)(du)(du)對(dui)(dui)ARB的(de)(de)去(qu)(qu)除效果更佳.污水(shui)處(chu)理(li)(li)廠(chang)實際(ji)選用臭氧、紫(zi)(zi)外、次(ci)氯酸(suan)鈉(na)(na)(na)及(ji)次(ci)氯酸(suan)鈉(na)(na)(na)耦(ou)合(he)紫(zi)(zi)外消(xiao)毒(du)(du)(du)時, 所需(xu)成本(ben)分(fen)別為(wei)0.1、0.02~0.03、0.02~0.04和0.02~0.04元?m-3，且污水(shui)處(chu)理(li)(li)廠(chang)處(chu)理(li)(li)水(shui)量(liang)越大消(xiao)毒(du)(du)(du)處(chu)理(li)(li)成本(ben)越低, 因此建議該污水(shui)處(chu)理(li)(li)廠(chang)出(chu)水(shui)消(xiao)毒(du)(du)(du)處(chu)理(li)(li)采(cai)用經濟合(he)理(li)(li)的(de)(de)次(ci)氯酸(suan)鈉(na)(na)(na)耦(ou)合(he)紫(zi)(zi)外消(xiao)毒(du)(du)(du)方式, 實現(xian)對(dui)(dui)污水(shui)處(chu)理(li)(li)廠(chang)出(chu)水(shui)中(zhong)ARB、COD和NH4+-N的(de)(de)強化去(qu)(qu)除.
3 結論
(1) 污水處理(li)廠出(chu)水中含量最(zui)多的ARB為AMP, 污水處理(li)廠實際紫(zi)外消毒對ARB的去除率(lv)僅為18.2%~40.9%.
(2)4種(zhong)消毒技術對ARB具有選(xuan)擇(ze)(ze)性去除效果, 對ERY的(de)選(xuan)擇(ze)(ze)性去除效果較好, 但其他4種(zhong)ARB無明(ming)顯選(xuan)擇(ze)(ze)性去除效果.其中(zhong)ERY/HPC由16.9%降(jiang)至1.4%, CIP/HPC反而(er)由1.0%增(zeng)至5.7%(P<0.05).
(3) 確定了不同消(xiao)毒(du)(du)處理技術(shu)的(de)最佳(jia)濃度(du)(du)或劑(ji)(ji)量：臭(chou)氧濃度(du)(du)為(wei)(wei)5.0 mg?L-1時, ARB的(de)去除(chu)(chu)(chu)率(lv)為(wei)(wei)45.5%~74.5%, COD和(he)NH4+-N去除(chu)(chu)(chu)率(lv)分(fen)別(bie)為(wei)(wei)32.3%和(he)33.1%;紫外消(xiao)毒(du)(du)劑(ji)(ji)量為(wei)(wei)45.0 mJ?cm-2時, ARB的(de)去除(chu)(chu)(chu)率(lv)為(wei)(wei)68.6%~85.5%, COD和(he)NH4+-N去除(chu)(chu)(chu)率(lv)分(fen)別(bie)為(wei)(wei)19.4%和(he)11.2%.次氯酸鈉濃度(du)(du)為(wei)(wei)25.0 mg?L-1時, 其(qi)對ARB的(de)去除(chu)(chu)(chu)率(lv)為(wei)(wei)66.1%~85.5%, COD和(he)NH4+-N去除(chu)(chu)(chu)率(lv)分(fen)別(bie)為(wei)(wei)37.1%和(he)26.5%, 同時耦合紫外消(xiao)毒(du)(du)ARB的(de)去除(chu)(chu)(chu)效果更(geng)佳(jia).