北京市城市污水中主要污染物分布调查分析_胶体组分

论文导读:：城市污水是目前污水处理的主要对象。考虑到悬浮物和胶体组分中矿质成分的复杂性。维荧光光谱（3DEEM）分析方法。
论文关键词：城市污水，悬浮组分，胶体组分，溶解组分，三维荧光光谱

 

1 前言

城市污水是目前污水处理的主要对象。城市污水的来源主要有生活污水、部分工业废水及少量径流污水^[1]。其中生活污水主要来自家庭、机关、商业和城市公用设施，主要是粪便和洗涤污水；而工业废水在城市污水中的比重因城市工业生产规模和水平而不同，其中往往含有有毒、有害及难以生物降解的污染物。

近些年来有关城市污水特性方面的研究逐渐受到重视，特别是对污水中可生物降解物质及有毒有害污染物的调查研究^[2]。最近一些研究表明，如果根据污水中不同的污染物的存在形式和分布特征再进行工艺的选择及组合，则对污水的高效处理有积极的作用^[3,4]。此外由于目前城市污水处理工艺基本还是以活性污泥法为主，各个处理单元所处理的对象及处理效率会因污水中污染物的类型及浓度差别而变化，而目前活性污泥法所依据的理论及工艺的优化基本都建立在污泥负荷、污泥龄及分解速率等参数组合上^[5]胶体组分，而从城市污水中污染物分布特性和分布规律入手而进深入研究污染物的去除机理及去除规律还少有进行。所以系统地研究分析污水中各种污染物的存在形态和分布规律对于城市污水的处理性评价和相应的处理工艺优化显得很必要。

北京市位于华北平原北部，城市人口1800万（2007年），气候属于温带大陆性气候，经济发展较快，城市污水量大成分复杂，在北方城市污水中具有一定代表性。因此，选择北京市四家污水处理厂的入厂原污水为对象，系统地研究分析了污水中主要污染物（COD、TN、TP）的分布特性和分布规律，以便从污染物分布特性及分布规律方面为城市污水的处理性评价和相应的处理工艺优化提供基础性数据。

2 材料与方法

2.1 材料

2.1.1污水样品采集

试验用原污水取自北京市四家污水处理厂（清河、酒仙桥、北小河、黄村），以细格栅后污水为调查对象，水样采集时间为2009年9-12月及2010年的2-7月中国论文下载中心。水样采集后置于2L聚乙烯样品瓶中在2小时内4℃冷藏送至中科院生态环境中心进行实验分析。污水样品采集后不经过曝气及其他处理，所有实验均在室温下完成。

2.1.3实验仪器

SFH2004型全温通风橱，SUNLAB；DHG-9140A型台式干燥箱；AR2140型上皿式电子天平，OHAUS；ALPHA1-2型台式冷冻干燥机，BMH；BCD-2278型冰箱，中国海尔；Mastersizer 2000型激光粒度仪，英国Malvem；F-4500荧光分光光度计胶体组分，日本HITACHI；

UV1700紫外-可见分光光度计，日本SHIMADZU；PB10型 pH计，SARTORIUS；PHOENIX型X射线能谱分析仪（EDX），美国EDAX；S-3000N型扫描电镜，日本Hitachi；PANalytical PR3040/60 X'PertPro型XRD分析仪，荷兰Philiphs；UV-Vis 共振拉曼光谱仪（λ=532 nm, 325 nm），中国大连。

2.2 实验方法

2.2.1污水水质分析方法

主要对污水的SS，COD，TN，TP等指标进行连续取样监测。污水中各种污染物的分析方法见下表1。

表1 水质分析方法

Tab.1 water quality analysing methods

2.2.2污水中不同颗粒大小组分的划分

根据污水中污染物颗粒大小及其溶解能力，可将其分为悬浮性、胶体性和溶解性组分^[6]。本实验研究中为了便于实际操作和叙述，统一将污水中的各组分按表2划分^[7]。以后本文中出现相同名称皆按此表划分。

表2 污水中不同粒径大小组分的划分

Tab.2 Particle size-based classification of the componentin municipal sewage

由此，污水中主要污染物组分存在以下关系：

CODtotal= CODs +CODc+ CODp;TNtotal= TNs +TNc+ TNp;TPtotal=TPs +TPc+ TPp

(注：s=soluble, c=colloidal, p=particulate)

取污水溶解性组分和胶体性组分液体样品进行三维荧光光谱（3DEEM）分析；取部分溶解性组分样品用三种截留不同分子量的Milipore滤膜（5×10⁴，1×10⁴，1×10³）抽滤后，对滤膜截留后不同分子量区间的组分冷冻干燥后进行拉曼光谱分析；取部分污水将其中悬浮物和胶体物质截留、冷冻干燥后对其中的有机物/无机物的比例、主要组成元素和矿物组成进行分析。污水样品中不同组分及离心及过膜截分后所制固体样品在4℃冰箱中冷藏保存。

2.2.3污水中悬浮物粒度分析方法

污水中污染物悬浮粒度采用激光粒度仪（Malvem,UK）进行测量。测量时激光强度>70%，激光粒度仪的粒度读数用球体直径当量D[4,3]来表示。

2.2.4三维荧光光谱（3DEEM）分析方法

三维荧光光谱图的测定在F-4500荧光分光光度计(HITACHI,Japan)上完成,污水样品经离心和过0.22μm滤膜后分别对污水中的胶体组分和溶解组分经过稀释后进行三维荧光扫描。F-4500荧光光度计使用150W氙弧灯为激发光源;激发波长λEx=200~450nm,发射扫描波长λEm=250~600nm;激发和发射狭缝宽度为5 nm;激发波长扫描间隔为10 nm;扫描速度为2400 nm·min^-1;扫描光谱进行仪器自动校正;响应时间为0.05S。样品装入1cm石英荧光样品池中胶体组分，采集数据采用日立公司FL Solutions Ver2.0软件进行3DEEM图谱绘制。

2.2.5拉曼光谱(Raman spectra)分析方法

拉曼光谱实验采用UV-Vis 共振激光拉曼光谱仪(大连化物所研制)进行测试，仪器配有全息阶式滤波器以及CCD检测器。先前实验中发现污水中的悬浮性组分和胶体性组分成分复杂且用拉曼光谱进行表征时产生很高的荧光峰，会严重遮盖拉曼信号峰，只有溶解性组分的拉曼信号峰较好。所以溶解性组分（通过0.22μm滤膜过滤后滤液部分）经过三种截留不同分子量的滤膜（5×10⁴，1×10⁴，1×10³）过滤后截分为四部分，再将四部分液体样品分别冷冻干燥，将制好的样品置于激光拉曼光谱仪检测。固体样品放入特制不锈钢样品杯中压紧抹平后，采用波长为325nm的氩离子激光源激发，为了避免激光产生的热效应，选择40mw的低功率，曝光时间为20s。由于几乎所有重要的拉曼位移都集中在100-2000cm^-1之中，实验主要对这个范围内的拉曼光谱进行研究中国论文下载中心。

2.2.6 X射线衍射（XRD）分析方法

城市污水中的悬浮物和胶体物是由无机组分和有机组分组成的复杂的异质组合体，其中无机悬浮物和无机胶体可能组分是矿物母质及次生矿物等，而这些无机矿物成分还可以吸附、络合有机物及金属离子成为无机-有机复合悬浮物和复合胶体。为确定城市污水中悬浮物和胶体物的矿物的组成，分别将截留的悬浮物和胶体成分加3%稀盐酸和双氧水除去碳酸盐、有机质和铁氧化物，再将样品冷冻干燥后对其中的主要矿物组成进行分析^[8]。

将冷冻干燥的样品过80目筛后进行测量分析。将样品经过喷金处理后进行SEM-EDX联用分析。其中SEM-EDX联用分析采用扫描电镜（S-3000N胶体组分，Hitachi,Japan）结合X射线能谱分析仪（PHOENIX EDX）进行测量矿物主要元素组成分析。污水中悬浮物和胶体物的矿物组成分析采用XRD（PANalytical）进行，配置Cu靶及石墨单色器。其中发散狭缝(divergence listfixed)为1/8”，防散射狭缝(anti-scatter)为1/4”，步长为0.05°，扫描角度为5°-80°，扫描速度为5°/min。样品采用粗面背装法装样，择优取向的影响<2%。采集数据采用X'Pert HighScore Plus软件（Version 2.2 d）进行数据分析。

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