挥发性硅氧烷在恒水位序批式活性污泥法市政废水处理厂的归趋及生态风险评估

摘要

本文主要对恒水位序批式活性污泥法(CWSBR)为核心工艺的废水处理厂中的环状和线性挥发性甲基硅氧烷(VMSs)迁移、分布的归趋变化展开研究，并对其出水水质的生态风险进行评估。我们采集一周时间内的废水处理厂进水、出水和污泥样品，实验测得其环状VMS的平均浓度分别为1.053μgL-1和0.343μgL-1，总去除效率为67.4％。由于较高的固-水分配系数（Kd），使得污泥样中的VMSs浓度较高，平均值为4.876μgg-1。并计算得到该废水处理厂的每日质量流量较稳定，周末和工作日的流量及浓度对比均表现为波动不大，在废水处理厂服务范围内，总VMSs的预计人均质量负荷为每1000人口145～236mgd-1，平均为195mgd-1。为了进一步阐明VMSs的去除机制，建立CWSBR逸度模型来模拟典型环状VMS八甲基环四硅氧烷(D4)、十甲基环戊硅氧烷(D5)和十二甲基环己硅氧烷(D6)的去除途径。模型结果得69％的D4、24％的D5和9％的D6通过曝气反应和表面挥发进入到大气中，其中曝气是一个主要的方式;而另外17％的D4、45％的D5和54％的D6则吸附至剩余污泥中。综合实验和模型结果表明，污泥吸附和挥发是影响VMS在该恒水位序批式活性污泥法市政废水处理厂中归趋变化的关键因素，随着环状VMS分子量的增大和疏水性的增强，污泥吸附能力逐渐增强而挥发性则下降。采用蒙特卡洛模拟进行不确定性分析和敏感性分析，得出出水总悬浮固体浓度、混合液相悬浮固体浓度、剩余污泥流量和进水流速是对VMSs质量分布影响最大的因素。同时实验结果可能会受到居民护肤品和化妆品使用习惯的周期性模式影响，需要长期对废水处理厂进行监测以获得数据支持。生态风险评估表明，该CWSBR市政废水处理厂排放的含有D4、D5和D6的出水风险商在0.1≤HQ＜0.5间，未对周围水生生态系统构成危害，但仍需要进行不定期动态监测，减少高危害、高风险发生的几率。

目录

声明

摘要

引言

第1章 挥发性硅氧烷概述

1．1 挥发性硅氧烷简介

1．2 国内外挥发性硅氧烷的应用现状

1．3 挥发性硅氧烷的理化性质

1．4 国内外VMS环境分布的研究现状

1．4．1 水生浓度

1．4．2 大气浓度

1．4．3 污泥浓度

1．4．4 生物浓度

1．5 挥发性硅氧烷的生物积累潜力和毒性

1．5．1 VMS的底泥积累

1．5．2 VMS的生物浓缩和放大

1．5．3 VMS的水生毒性

1．5．4 VMS的土壤和底泥毒性

1．6 挥发性硅氧烷的降解

1．6．1 VMS的水解

1．6．2 VMS的大气降解

1．6．3 VMS的土壤和底泥降解

第2章 挥发性硅氧烷在市政废水处理厂的浓度和周期变化

2．1 市政废水处理厂介绍

2．1．1 废水处理厂概况

2．1．2 CWSBR工艺简介

2．1．3 CWSBR工艺运行流程

2．1．4 CWSBR反应池构造和运行方式

2．1．5 CWSBR工艺特点

2．1．6 废水处理厂运行设备参数

2．2 废水处理厂样品采集

2．2．1 采样时间和地点分布

2．2．2 水样品采集方法

2．2．3 污泥样品采集方法

2．3 样品前处理及分析

2．3．1 实验材料与仪器

2．3．2 水样品前处理

2．3．3 污泥样品前处理

2．3．4 气相色谱／质谱联用分析

2．4 质量保证／质量控制

2．5 VMS分布和浓度分析

2．5．1 水样中VMS浓度分布

2．5．2 污泥样中VMS浓度分布

第3章 CWSBR逸度模型模拟挥发性硅氧烷的去除和分布

3．1 多介质逸度模型介绍

3．1．1 逸度介绍

3．1．2 多介质环境模型

3．2 废水处理厂逸度模型

3．2．1 废水处理厂模型参数

3．2．2 CWSBR逸度模型

3．3 逸度模型的不确定性和敏感性分析

第4章 挥发性硅氧烷的质量流量计算和生态风险评估

4．1 质量流量计算

4．1．1 计算原理

4．1．2 质量流量结果分析

4．1．3 环境负荷和周期性模式

4．2 VMS生态毒理学评估

4．3 生态风险表征

结论

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

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