从瑞典10座污水厂案例看污水中新兴污染物的去除

北极星环保网来源:给水排水2018/8/31 9:00:59我要投稿

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臭氧的产量也通过人工不断地调节，直到到达最小臭氧剂量(3g O₃/m3污水)，此后让它按此速率运行4个HRT的时间(20分钟)，然后才开始采样。采样方式是在1小时内在IN、AF和OUT三个点每10分钟采一次采样量分别为0.5L、0.5L和1.5L，所以一共有三个点的采样量分别有3.5L、3.5L和10.5L。然后分别以5gO3/m3污水和7g O₃/m3污水的臭氧剂量重复试验。IN和AF的样品作为整个试验的混合样。

样品送至隆德大学实验室进行分析，检测项包括COD、TOC、PO4-P、TN、NH4-N、NO3-N、NO2-N和SS和pH。药物分析则有瑞典环境研究院IVL进行。

表2. 二十四种药物名单

实验结果

由于欧盟目前没有对特定药物的排放浓度标准，因此这个实验的药物去除情况由所有分析的药物浓度减少率来表示，并用瑞士的80%去除率作为参照。

药物浓度的检测结果显示(下表3)，药物的总浓度范围在4600-18700 ng/L。三种不同的臭氧剂量下的平均去除率(图4)分别位65%(3g O₃/m3)、78%(5g O₃/m3)、88%(7g O₃/m3)。另外能看到，污水厂的达标数量与臭氧剂量呈正相关。

表3. 系统出入口的药物浓度结果

图4 在不同臭氧剂量下的去除率对比

研究人员随后根据去除率将24种药物进行分组，找出各药物的达标情况。前两组的药物跟Antoniou等人(2013)和Margot 等人(2013)的研究结果吻合。后两组的药物跟Hey 等人(2014)和Hollender 等人(2009)的研究结果吻合。

表4. 根据去除率的药物分组

图5. 单个药物在不同臭氧剂量的去除率对比

上图5显示一些药物的去除率的标准差较大，尤其在最低的臭氧剂量的情况下，例如布洛芬。实验团队无法对此给出确切解释，但认为中试规模和进水水质的变化都是可能的成因。另外数据也显示如果一种物质越难分解，那么去除率的变化则越大。

用TOC搭建臭氧剂量模型?

TOC和药物去除率的关系如下图6所示。虽然我们可以看到臭氧剂量与TOC整体呈正相关，但根据这次试验的离散点很难拟合出一条准确的回归曲线。所以这次建模的尝试可以说是以失败告终。

图6.单位臭氧剂量和药物去除率的结合曲线

由于Svedala和Västra Stranden污水厂的去除率特别的低，之后对其进行额外分析：Svedala进水的药物浓度最高，达18702 ng/L，但其实与Ellinge污水厂的17860 ng/L差距不大。而Västra Stranden的情况(7838 ng/L)则与Nyvångsverket接近(8359 ng/L)。因此排除了进水浓度的原因。他们还意外发现臭氧还会氧化亚硝态氮，而唯独Svedala和Västra Stranden污水厂的亚硝态氮没有被氧化。但后来他们又发现两座污水厂的进水亚硝态氮浓度本来就很低，所以这个原因也排除了。他们猜测可能是有未知的物质消耗了臭氧，但无法检测出来。

结论

通过这次中试，研究人员发现臭氧处理对大部分污水厂的药物去除是有效的，而且他们鉴定出了一个初步的臭氧浓度——7g O₃/m3。这份报告里没有对成本进行具体计算，只给出了Mulder等人在2015年的研究报告里的参考成本：7.7g O₃/m3的剂量对应0.16€/m3污水(300000人口当量的污水厂)，使用颗粒活性炭的成本相当，为0.18€/m3污水。

遗憾的是Svedala 和Västra Stranden两个污水厂的去除效果异常，但无法对此给出合理的成因解释。

另外他们发现单位臭氧剂量(O₃和TOC的比值)与药物去除率之间存在相关性，但因为它不够精确，因此不足以作为控制臭氧输出的参数。因此如果想建立一个普遍使用于任何污水处理厂的臭氧剂量模型，他们还需要很多工作要做。

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