一种有机化学品在A2/O污水生化处理系统中的暴露预测方法与流程

and modeling of hydrolysis of particulate organic matter in aerobic wastewater tratment-a review.water ence&technology a journal of the international association on water pollution research,45(6),25-40.)。当toc较高时，污泥在共代谢降解有机营养物质时，可能会产生较多的酶，使污泥活性增强(可理解为有效污泥浓度增加)，促进对化学物质的降解；而当toc较低时，污泥产生的酶较少(有效污泥浓度较少)，化学物质的降解速率变低。因此化学物质的降解速率显著的受到水中toc的影响，该现象也被相关研究所发现(reboleirorivas,p.,martinpascual,j.,juarezjimenez,b.,poyatos,j.m.,hontoria,e.,rodelas,b.,&gonzalezlopez,j.(2013).enzymatic activities in a moving bed membrane bioreactor for real urban wastewater treatment:effect of operational conditions.ecological engineering,61,23-33.)。在a2/o系统中，由于缺氧和好氧单元在厌氧单元之后，污水经过厌氧单元的降解，toc含量下降，因此通常情况下，缺氧和好氧单元进水中toc含量不高，化学物质的降解速率易受污泥活性(有效污泥浓度)的影响。因此有必要在降解动力学模拟时考虑水中toc变化对有效污泥的影响，以提高评估去除率预测准确度。


技术实现要素：

[0011]
本发明的目的是通过提供一种化学品在a2/o工艺stp中的暴露预测方法，为化学品环境暴露评估以及stp效果评估及工艺优化和设计提供技术工具。
[0012]
为实现上述目的，本发明提供一种本发明实施的化学品在a2/o工艺污水生化处理系统去除预测方法，包括以下步骤：1.建立a2/o系统暴露预测概念模型；2.计算厌氧单元的降解去除率；3.计算缺氧单元和好氧单元的降解去除率；4.计算系统总降解去除率。具体如下：
[0013]
(1)建立a2/o系统暴露预测概念模型(见附图1，s1、s2、s4为采样点位)；将厌氧单元、缺氧单元和好氧单元分别标记为a1、a2和o。
[0014]
(2)建立二级生物降解动力学速率方程
[0015]
根据二级动力学方程，假定生物降解速率与化学物质浓度和有效污泥浓度有关：
[0016][0017]
对公式(1)在t＝[0,hrt]内进行积分后得到：
[0018][0019]
则去除率通式为：
[0020][0021]
公式(1)至公式(3)中：k为二级动力学常数(l
·
h-1
·
g-1
)；r为去除率(％)；c0为初始时刻化学物质浓度(mg l-1
)；c
t
为t时刻化学物质浓度(mg l-1
)；mlss为污泥浓度(g
·
l-1
)；t为反应时间(h)，hrt为单元的水力停留时间(h)。
[0022]
(3)建立有效活性污泥计算公式
[0023]
假设系统中只有有效的污泥才能促进化学物质的降解，并假定有效的污泥浓度(mlss
eff
)与污泥浓度成正比，比例系数为k
en
：
[0024]
mlss
eff
＝k
en
×
mlss
ꢀꢀ
(4)
[0025]
其中有效污泥比例系数k
en
与水中toc密切相关：
[0026]
k
en
＝(0.009
×
toc)
–
0.04
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0027]
公式(5)来源：试验测定了a2/o系统中3种水力停留时间(对应3个进水toc)下，11种有机磷酸酯在缺氧和好氧单元中的去除率。将去除率与进水toc根据公式5进行回归，得到有效污泥比例系数k
en
与水中toc的关系，回归曲线见图2。
[0028]
公式(4)和公式(5)中，mlss
eff
为有效污泥浓度(g
·
l-1
)；toc为缺氧单元进水有机碳浓度(mg
·
l-1
)；k
en
为有效污泥比例系数(无量纲)；toc为缺氧单元进水有机碳浓度(mg
·
l-1
)。
[0029]
(4)计算总降解去除率
[0030]
假定在缺氧和好氧单元中，水中toc不足，需要使用有效的污泥浓度mlss
eff
代替mlss，则根据公式(3)，缺氧和好氧单元化学物的去除率为：
[0031][0032]
而在厌氧单元，水中toc充足，所有污泥都有效，去除率无需用有效污泥浓度：
[0033][0034]
系统总降解去除率为：
[0035]
r＝r
a1
+(1r
a1
)r
a2o
ꢀꢀ
(8)
[0036]
公式(6)至公式(8)中，k
en
为有效污泥比例系数(无量纲)；k为二级动力学常数(l
·
h-1
·
g-1
)；r为去除率(％)；mlss为污泥浓度(g
·
l-1
)；hrt为水力停留时间(h)；下标a1为厌氧单元、a2为缺氧单元、o为好氧单元，a2o为缺氧和好氧单元。
[0037]
本发明的有益效果在于：
[0038]
(1)本发明提供了一种估算有机化学品在a2/o工艺stp中暴露预测方法，可估算有机化学品的去除率，为化学品环境暴露评估和环境风险评估提供技术工具，也可为stp工艺设计、效果评估提供参考。
[0039]
(2)本发明使用了二级动力学方程描述有机化学品在stp中的生物降解去除过程，相比于一级动力学方程，考虑了污泥浓度，更符合真实的污泥降解机制。
[0040]
(3)在a2/o工艺中，由于缺氧和好氧单元在厌氧单元之后，污水经过厌氧单元的降解后，toc含量较低，使得缺氧和好氧单元污泥活性不高，有效污泥浓度降低。现有的方法均未考虑水中toc对降解去除的影响。本发明建立了有效污泥浓度的计算方法，查明了水中的toc对降解去除的影响，可提高a2/o系统中化学物质的去除率预测的准确度。
附图说明
[0041]
图1为a2/o系统暴露预测概念模型。
[0042]
图2为11种有机磷酸酯在a2/o系统的缺氧和好氧单元k
en
与水中toc浓度回归曲线。
具体实施方式
[0043]
结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0044]
选择三-(1,3二氯丙基)磷酸酯(tdcp)作为待评估化学品，试验测定厌氧、缺氧和
好氧生物降解速率，分别为k
a1
＝0.014l
·
h-1
·
g-1
，k
a2
＝0.010l
·
h-1
·
g-1
，k
o
＝0.030l
·
h-1
·
g-1
。
[0045]
搭建a2/o模拟试验装置，测定tdcp在不同hrt条件下的去除率。装置控制参数见表1。试验测定的去除率见表2。
[0046]
表1试验装置运行条件
[0047][0048]
因为厌氧单元受toc影响较少，因此不考虑污泥有效浓度，根据公式(7)计算了tdcp在厌氧单元不同hrt的去除效率。
[0049]
使用本发明方法计算缺氧和好氧单元去除率和总去除。
[0050]
缺氧和好氧单元由于进水toc浓度不足，有效污泥浓度易受进水toc影响，首先使用公式(5)，根据缺好氧段进水toc分别为84g
·
l-1
、200g
·
l-1
和238g
·
l-1
，计算k
en
分别为0.72、1.76和2.10。使用公式(6)计算tdcp在缺氧和好氧单元不同hrt的去除效率分别为95％、97％和89％。
[0051]
根据公式(8)得到总去除分别为99％、99％和93％。
[0052]
使用非本发明方法计算去除率。计算不考虑有效污泥浓度时tdcp的去除率，即在公式(6)中将k
en
设置为1。得到的去除率列于表2。
[0053]
作为对比，可以发现，不考虑有效污泥浓度时，计算结果显著受到hrt影响，随着hrt减小，r
a2o
显著降低(分别为98％、88％和65％)，与实测结果(分别为88％、87％和94％)差异较大，最高偏差29％。尤其是在hrt＝20.5h时，预测r为79％，实测r为96％，偏差为17％。
[0054]
而考虑了有效污泥浓度后，r
a2o
分别为95％、97％和89％，与实测结果差异较小，最高偏差10％。预测总去除r与实验值最高偏差为3％，相比于不考虑有效污泥浓度时的偏差减小，说明预测准确度有较大提高。
[0055]
表2不同预测方法与实测结果的比较
[0056]