紫外线/氯高级氧化处理城市污水再生系统反渗透浓水的研究

With the extensive utilization of reclaimed water, reverse osmosis (RO) is used more and more widely in municipal wastewater reclamation process. The RO concentrate, however, contains varieties of bio-refractory pollutants in relatively high concentration. It is urgently needed to develop efficient and economical treatment methods for RO concentrate. The objective of this project is to establish UV/chlorine advanced oxidation process for municipal wastewater reclamation RO (mWRRO) concentrate treatment. Thus, the decomposition and transformation properties of representative constituents in mWRRO concentrate, as well as the influence of water quality and oxidation conditions, will be investigated. These constituents include chemicals used during RO process (e.g., biocides, antiscalants), emerging contaminants in effluents of wastewater treatment plant (e.g., endocrine disrupt compounds, pharmaceutical and personal care products), and dissolved organic matters (DOMs). This project will also evaluate the biodegradability improvement and biotoxicity alterations of mWRRO concentrate during UV/chlorine oxidation, and develop their relationships with general water quality index alterations. These investigations will help to clarify the synergistic effect between UV and chlorine, and to optimize the operation conditions of UV/chlorine oxidation under the case of mWRRO concentrate. Based on the research mentioned above, the efficiency and economy of UV/chlorine oxidation for mWRRO concentrate treatment will also be assessed. This project will make great significance both in the theoretical research and practical application for the economical and efficient operation of mWRRO system.

随着再生水用途的不断拓展，反渗透(RO)技术在城市污水再生处理中的应用越来越广泛。RO系统产生的浓水具有污染物种类复杂、浓度高、难生物降解等特点，目前尚缺乏经济、有效的处理技术。本研究以开发适于城市污水再生处理RO系统（mWRRO）浓水水质特点的紫外线/氯高级氧化处理工艺为目标，研究紫外线/氯高级氧化对RO系统常用化学药剂（抑菌剂、阻垢剂等）、城市污水二级出水中常见新兴污染物（内分泌干扰物、药品和个人护理用品等）和溶解性有机物（DOM）等典型组份的分解去除特性及水质条件和氧化条件的影响；考察氧化分解过程中浓水可生化性的改善和生物毒性的变化及其与常规指标间的关联性，阐明紫外线和氯的协同氧化机理、调控机制，优化工艺条件；综合评价紫外线/氯高级氧化技术处理mWRRO浓水的适用性和经济性。该研究对保障城市污水再生处理反渗透系统的低耗高效运行，具有重要的理论意义和应用价值。

反渗透(RO)技术在城市污水再生处理中的应用越来越广泛，但反渗透系统会产生污染物种类复杂、浓度高、生物降解难的反渗透浓水。开发城市污水再生反渗透浓水深度处理技术，去除反渗透浓水中难降解有毒有害污染物及其毒性，是城市污水再生反渗透处理工艺需要迫切解决的难题。.本研究以保障城市污水再生反渗透系统稳定高效运行为目标，针对反渗透浓水中难降解有毒有害污染物，开发紫外线/氯协同氧化高效处理技术，阐明污染物去除和毒性削减机制，取得了以下主要创新性成果。.（1）针对浓水中高浓度和高毒性的抑菌剂、阻垢剂、药品和个人护理品污染物，开发污染物和毒性同步去除的紫外线/氯氧化技术。率先使用发光二极管新型光源，通过紫外线波长和活性氯紫外线吸收适配，强化紫外线/氯氧化效率。.（2）阐明无机阴离子和溶解性有机物对紫外线/氯氧化的抑制特性和机理，通过调控氯投加量（≥3.5 mg/L）和紫外线剂量（≥750 mJ/cm2），可有效克服基质抑制效应。.（3）建立紫外线/氯氧化中自由基生成和淬灭链式反应模型，发现紫外线/氯包括直接光解和间接光解，分别生成•OH/•Cl和Cl2•–/ClO•。活性氯自由基氧化是污染物降解的主要途径，贡献率为45%−86%，高于•OH。紫外线/氯降解难去除污染物的主要反应包括N-七元杂环发生羟基化、脱氢、脱氨基等。.（4）针对反渗透浓水中混合污染物的降解特性和降解机制复杂，基于供电子基团变化建立反渗透浓水中污染物氧化评价方法，阐明紫外线/氯氧化通过强化自由基亲电加成和芳香环开环反应，优先降解大分子组分和供电子基团。.（5）针对紫外线/氯处理反渗透浓水效能评价难题，基于富里酸类荧光团变化率，建立了难降解污染物去除效率的替代性指标，开发出激光光源便携式荧光检测器快速指示紫外线/氯氧化处理效率；建立紫外线/氯连续流反应器运行效能评价方法，紫外线/氯的运行成本约为0.20 −0.59 元/m3，仅为紫外线/H2O2的27%−65%。.本项目共发表论文9篇，SCI论文8篇，其中6篇论文发表在高水平学术期刊Water Research (影响因子7.913)和Chemical Engineering Journal (影响因子8.355)。