本论文围绕城市生活污水深度处理与回用的实际需求,针对生化出水中溶解性有机质(DOM)的去除,对四座典型城市污水处理厂生化出水中的DOM进行了深入分析和表征,考察了新型磁性丙烯酸系季铵盐型阴离子交换树脂对其处理效果。并在实际废水体系中树脂与DOM的作用机制研究基础上,开发了树脂与沸石联用的深度处理工艺,实现了生化出水中氨氮和DOM的同时去除。并探索此类季铵盐型磁性树脂对生化出水中潜在病原体和抗性基因的去除,主要研究内容如下:(1)发现了城市污水生化出水中DOM的特点:此类DOM芳香类化合物含量较低,可生化性较差:DOM的分子量呈“三峰分布”特征,分布宽度相对较窄。三维荧光分析表明,类蛋白质类荧光物质是该类生化尾水的特征之一。疏水性酸(HPO-A)和亲水性组分(HPI)是主要的有机组分,红外谱图的结果显示HPO-A和过渡亲水性酸(TPI-A)红外特征相似,有酸性基团的特征峰存在,疏水性中性物(HPO-N)和过渡亲水性中性物(TPI-N)均具有明显的脂肪碳链结构,而HPI结构中有多糖、醇或醚的C-O键和β型糖苷键的特征吸收峰。疏水性组分中不饱和双键或芳香环有机物的含量较高,而亲水性组分中不饱和双键和芳香环的含量相对较低。几种亲疏水性组分的强酸酸度依次为:HPI>HPO-A>TPI-A>HPO-N>TPI-N(2)讨论树脂本身的特性对吸附DOM的影响。使用氧化铁含量不同的系列新型磁性树脂,该类树脂随着氧化铁含量由0上升至20.7%,其含水率由42.8%提高到68.0%,而从系列树脂吸附腐殖酸和实际废水中DOM的动力学数据、吸附后树脂的红外光谱结果和吸附后出水的紫外光谱结果均可以看出,随着树脂含水率的升高,其对DOM的去除效率也随之增大,但当氧化铁含量达到20.7%时,对DOM的去除率反而又下降,过高的磁性影响了树脂与水样的充分接触。系列树脂吸附腐殖酸和DOM的动力学曲线均能较好地由准二级动力学方程拟合。(3)发现有机物的分子量会影响树脂的吸附速率和吸附容量。在对腐殖酸模拟废水的吸附实验中发现吸附速率由快至慢依次为分子量(2500～10000 Da)>(1000～2500 Da)>(>10000 Da)>(<1000 Da),而平衡吸附容量排序为:分子量(2500～10000 Da)>(>10000 Da)>(1000～2500 Da)>(<1000 Da),平衡吸附容量的排序与腐殖酸在pH 6-9范围内Zeta电位的排序相同,吸附中腐殖酸与树脂的静电引力将起到很大作用。GPC的结果也证明,树脂对实际废水中小分子的有机物吸附效果较差。其次从污水的三维荧光结果来看,荧光强度较高的类蛋白质物质和类富里酸等物质,经磁性树脂处理后,荧光强度均大幅度下降,在进一步的动力学荧光谱图分析中,我们发现这几种物质几乎均在20-30分钟内达到吸附平衡,而对比5分钟内的快速吸附阶段发现类蛋白质类物质、类富里酸物质还有类腐殖酸物质的荧光峰强度下降速率相当。因为两种高荧光强度物质激发波长均为230 nm,所以在接下来的反相高效液相色谱分离-荧光检测时固定激发波长为230 nm,而进行多发射波长的扫描,检测中发现,高效液相色谱分离出的不同亲疏水性组分,在树脂处理的动力学实验中也是同时达到平衡,平衡时间为30分钟,并没有因亲疏水性不同而出现差异。而DAX-8和XAD-4树脂分离出的亲疏水性组分,经树脂处理后发现,疏水性物质(HPO-A和HPO-N)和过渡亲水性酸(TPI-A)去除率均较高,均高于亲水性组分,但HPO-N组分在多批次试验中发现,去除率下降相对较快,说明树脂对此类物质的持续吸附能力较差。(4)进行了磁性树脂和改性天然沸石联用的耦合应用研究。首先,分别对两种材料的应用条件进行优化。在磁性树脂应用于实际废水的优化中发现,随着优选出的树脂投加浓度的增高,对有机物、硝态氮和磷的去除率均有上升,当投加浓度为20 mL/L时,对表征芳香类有机物的UV254、NO3-N和PO3-P的最高去除率分别为70%、77%和70%。而优选出的再生配方为“15%NaCl+1%NaOH”。而对天然沸石的优化中发现氯化钠改性的天然沸石提高了阳离子交换容量,减少了杂质,提高了对氨氮的去除效率。在模拟氨氮废水的试验中,改性沸石的热力学和动力学实验结果都表明用来模拟DOM的腐殖酸对沸石去除氨氮会产生负面效应,腐殖酸的分子量越高,这种影响越大。没有腐殖酸存在时,沸石吸附氨氮的平衡数据能较好地由Freundlich模型拟合,而当腐殖酸存在时,Langmuir模型的拟合效果更佳,说明腐殖酸可能改变沸石表面形态,占据交换位点。而无论腐殖酸存在与否,所有的动力学数据都能较好地由准二级动力学方程拟合,腐殖酸不影响离子交换反应达到平衡的时间,但会缩短单独由颗粒内扩散控制的时间。其次,开展树脂和沸石处理实际废水的联合应用,对比了 NDMP-D树脂、沸石、“NDMP-D树脂+沸石”及“沸石+NDMP-D树脂”四种工作形式,结果表明磁性阴离子交换树脂应用于沸石之前,去除了大部分DOM,尤其是大分子DOM,避免了有机物对沸石处理氨氮的不利影响,可进一步提升后续氨氮的去除率,显著延长沸石的工作周期。沸石的最佳再生配方为“10%NaCl+0.6%NaOH”。在反复10次再生后,树脂和改性沸石均保持了较高的有机物和氨氮的去除效率。(5)实验发现,经季铵盐型磁性树脂处理后生化尾水中细菌总数和总大肠菌群数均有所下降,当树脂投加量为10 mL/L时,分别下降57%和87%,且过程十分迅速,分别在5 min和1.5 min内达到平衡,而且树脂的这种去除作用不随温度的改变而改变,树脂经10次再生后仍保持较高的去除效率。经磁性树脂处理后,生化出水中39种潜在病原体减至19种,病原体总相对丰度下降60%。经磁性树脂处理后,生化尾水中14大类的抗性基因(ARGs)减至8个大类,总ARGs的相对丰度下降79%,而四环素ARGs、磺胺ARGs、多重抗性ARGs、氨基糖苷ARGs、β-内酰胺ARGs和杆菌肽ARGs等六种丰度较高的ARGs相对丰度分别下降85%、71%、80%、89%、84%和46%,去除效率均超过常规的混凝砂滤工艺。