面向工业园区废水臭氧氧化深...评价的模型污染物选择与评估_辛勃.pdf

Eco-EnvironmentalKnowledge Web环 境 科 学Environmental Science第44卷第4期 2023年4月Vol44，No4 Apr，2023面向工业园区废水臭氧氧化深度处理性能评价的模型污染物选择与评估辛勃，单超*，吕路(南京大学环境学院，污染控制与资源化研究国家重点实验室，南京210023)摘要:臭氧氧化近年来逐渐成为废水深度处理主要工艺之一 在臭氧氧化深度水处理技术创新的过程中，研发人员需要对大量臭氧氧化新技术、新装置和新材料等进行废水深度处理性能评价，然而常为选择何种模型污染物能够预估其深度处理实际废水时化学需氧量(COD)/总有机碳(TOC)削减方面的性能而困扰 现有研究选用的众多模型污染物能够在何种程度上代表实际废水深度处理时 COD/TOC 削减方面的特性尚不明确 面向废水深度处理的模型污染物选择与评估对臭氧氧化深度水处理技术标准体系的构建具有意义 对 19 种模型污染物溶液(无缓冲水溶液和碳酸氢盐缓冲溶液)和 4 种工业园区废水的二级出水进行臭氧氧化处理，对其有机物总量削减的相似性通过聚类分析等方法进行评估 结果表明，模型污染物溶液经过臭氧氧化处理的有机物总量削减率的差异性大于4 种实际废水间的差异，从而为筛选模型污染物用于臭氧氧化深度水处理技术性能评价提供了可能 采用酮基布洛芬、2，4-二氯苯氧乙酸和磺胺二甲基嘧啶的无缓冲水溶液，以及非那西汀、磺胺二甲基嘧啶和三氯蔗糖的碳酸氢盐缓冲溶液预测 3 种工业园区二沉池出水臭氧处理 60 min COD 削减率的误差不超过 9%以及 5%模型污染物的碳酸氢盐缓冲溶液在臭氧氧化处理过程中的 pH 变化比其无缓冲水溶液更接近实际废水的情况，且不同臭氧浓度条件下的相似性评估结果基本一致，表明上述相似性评价结果在不同臭氧浓度条件下具有一定普适性关键词:工业园区废水;模型污染物;臭氧氧化深度处理;化学需氧量;总有机碳中图分类号:X703.1文献标识码:A文章编号:0250-3301(2023)04-2168-09DOI:1013227/j hjkx202205124收稿日期:2022-05-10;修订日期:2022-07-21基金项目:国家自然科学基金项目(51978326)作者简介:辛勃(1994 )，男，博士研究生，主要研究方向为臭氧水处理技术及原理，E-mail:dg21250051 smail nju edu cn*通信作者，E-mail:shanchao nju edu cnSelection and Evaluation of Model Pollutants for Performance Assessment of AdvancedTreatment of Industrial Park Wastewater by OzonationXIN Bo，SHAN Chao*，L Lu(State Key Laboratory of Pollution Control and esource euse，School of Environment，Nanjing University，Nanjing 210023，China)Abstract:Ozonation has gradually become a routine process for advanced wastewater treatment During the technology innovation on the advanced treatment of wastewater byozonation，researchers have to assess the performance of abundant new technologies，new reactors，and new materials However，they are usually puzzled by the rationalselection of model pollutants to assess the capability of such new technologies to eliminate the chemical oxygen demand(COD)and total organic carbon(TOC)of practicalwastewater It is unclear how well the various model pollutants reported in the literature could represent the COD/TOC removal of actual wastewater The rational selection andevaluation of model pollutants for advanced treatment of industrial wastewater is of great significance in establishing the technological standard system for advanced treatment ofwastewater via ozonation Herein，the aqueous solutions(including unbuffered solutions and bicarbonate-buffered solutions)of 19 model pollutants and four practical secondaryeffluents from industrial parks were investigated through ozonation under identical conditions The similarity in COD/TOC removal of the above wastewater/solutions wereevaluated using mainly clustering analysis The results showed that the dissimilarity among the model pollutants was greater than that among the actual wastewaters，thusenabling the rational selection of several model pollutants to assess the performance of advanced treatment of wastewater using ozonation by different technologies The errors ofpredicting the COD removal of secondary sedimentation tank effluent by ozonation in 60 min using the unbuffered aqueous solutions of ketoprofen(KTP)，dichlorophenoxyacetic acid(2，4-D)，and sulfamethazine(SMT)were less than 9%，and those using the bicarbonate-buffered solutions of phenacetin(PNT)，SMT，andsucralose were less than 5%The evolution of pH by using the bicarbonate-buffered solutions was more similar to that in practical wastewater than by using unbuffered aqueoussolutions In the similarity evaluation of COD/TOC removal between the bicarbonate-buffered solutions and the practical wastewaters，the results were almost the same whetherconsidering different input ozone concentration conditions Therefore，the protocol proposed in this study based on similarity evaluation to assess the performance treating actualwastewater could be extended to different ozone concentration conditions with certain universalityKey words:industrial park wastewater;model pollutants;advanced ozonation treatment;chemical oxygen demand;total organic carbon工业废水深度处理的需求持续增大，不仅表现为出水水质持续提标，处理水量也将长期保持高位运行1 4 难降解有机废水是工业废水的重要门类，往往呈现浓度高、毒性大和有机污染物种类复杂等特点，含有多种难降解有机污染物5 9 对于该类废水，一级和二级处理只能去除部分有机物，需经深度处理以达到排放标准10 12 臭氧氧化因其几乎不产污泥、技术清洁度高等优势备受关注13 16，已逐渐成为工业废水深度处理的主流技术之一 当前，尽管一些特征污染物指标已被列入部分行业工业废水排放标准，但特征污染物指标尚处在不断发展完善的阶段，有机物总量型指标(COD/TOC)的深度削减依4 期辛勃等:面向工业园区废水臭氧氧化深度处理性能评价的模型污染物选择与评估然是当前众多行业废水深度处理实践中所关注的重要指标为实现废水深度处理稳定达标排放，废水深度处理技术创新的需求十分迫切，技术开发人员开展了大量的研究工作 研发人员在臭氧氧化深度处理技术开发的过程中，需要对大量的臭氧氧化新技术、新装置和新材料等进行深度处理性能评价 实际废水的获取、采集、运输和保存不便，实验室常用模型污染物溶液“模拟”实际废水评价臭氧氧化中工艺、反应器和催化剂的性能，同时可取得良好的可重现性和实验室间的可再现性 然而，选择不同的模型污染物时 COD/TOC 削减方面性能又有较大差异，技术开发人员常常为选择何种模型污染物能够较为科学地评价其 COD/TOC 削减方面的性能而感到困扰 在臭氧氧化相关的研究论文中，普遍关注“模型”污染物本身的去除，而对产物进一步降解和矿化程度经常缺乏关注;然而在工程技术性能评价中，通常需要关注 COD/TOC 的去除与达标;污染物自身的降解程度不必然反映 COD/TOC 削减程度17 19，因此，难以用模型污染物本身的去除效果去评价实际废水深度处理的 TOC/COD 削减效果另外，性能评价方法是水处理技术和产品标准化的重要基础，缺乏通用的“模型污染物”也制约了水处理技术标准体系的发展废水经生化处理后的二级出水有机质组分极为复杂，其中大部分(占 COD 的 50%以上)为微生物溶解性代谢产物20 化工废水二级出水中可测得的溶解性有机质分子式多达数千种21，且并未发现一种或几种有机物在浓度上占主导地位，加之绝大多数测得分子式对应的立体结构尚不清楚，无法确定具体物质种类，这意味着从二级出水本身含有的“主要”有机污染物中选取模型污染物极为困难 鉴于此，本文从等效思想出发，探讨模型污染物选择的可行性，即模型污染物未必需要是废水中本身含有的污染物，而是要求选择的模型污染物溶液和实际废水经臭氧氧化处理后在