微氣泡臭氧混凝耦合強化技術及其在污水深度處理中的應用

任彤 韓東慧 李俊超 李鑫東

摘?要：為了進一步提高污水處理常規(guī)工藝對污水深度處理的效果及再生利用的能力以及大大降低污水廠運行的成本，利用臭氧預氧化提升常規(guī)處理工藝效率，研究利用臭氧預氧化提升常規(guī)處理工藝效率，探討臭氧預氧化對常規(guī)工藝效果的影響，從而建立微氣泡臭氧混凝耦合強化反應體系，研發(fā)微氣泡臭氧混凝耦合強化技術，并與氣浮工藝相結(jié)合，研發(fā)微氣泡臭氧混凝氣浮一體化工藝。本文展望了將其推向規(guī)模化、工業(yè)化的未來發(fā)展戰(zhàn)略方向以及其亟需研究和解決的技術問題。

關鍵詞：微氣泡;臭氧混凝;深度處理

1引言

污水廠二級處理水中殘留有機物濃度高，污染物種類復雜，使得傳統(tǒng)的混凝-沉淀-過濾工藝在污水的深度處理和循環(huán)利用中的局限性日益突出。在此方面，使用臭氧預氧化來提高常規(guī)處理工藝的效率是突破該限制的有效方法。在該項目中，考慮到臭氧劑量，有機物的分布和含量對臭氧預處理過程種混凝作用的影響，以及嚴寒地區(qū)獨特的氣候特征，計劃以長春市污水處理廠二級出水為研究對象，分析和表征二級出水中可溶性有機物的特性，研究臭氧與二級出水中可溶性有機物的化學反應過程，探討臭氧預氧化的處理效果并結(jié)合常規(guī)工藝，建立了微氣泡臭氧混凝耦合強化反應體系，開發(fā)了微氣泡臭氧混合凝結(jié)耦合強化技術，結(jié)合先進的微氣浮臭氧混凝工藝，開發(fā)了微氣泡臭氧混凝與氣浮一體化的工藝，并將其廣泛應用于工業(yè)污水處理的相關技術實踐中。進一步研究的結(jié)果將為進一步加強工業(yè)廢水循環(huán)處理與利用的相關應用技術基礎性研究提供理論依據(jù)。

2污水深度處理的必要性

2.1水資源稀缺

我國目前淡水資源存在許多問題：人均水資源占有量很少，僅為目前全世界人均水資源占有量的1/4;隨著季節(jié)性的變化比較強烈，南北變化跨度大，空間分布不均;我國水資源使用率低，浪費嚴重，使得我國已經(jīng)成為了缺水較嚴重的發(fā)達國家;城市排污造成所屬流域水體污染和水環(huán)境惡化。

2.2污水回用的問題

污水再生利用是緩解城市缺水問題的主要措施。從再生水回用安全角度看，二級處理水在大部分指標上都能夠滿足回用的水質(zhì)要求，但二級處理水回用的主要問題是水的色度偏高，以COD、BOD5為代表的有機物指標不能滿足娛樂性景觀環(huán)境用水的要求，因此需對二級出水進行深度處理以進一步降低水中溶解性有機物。

2.3常規(guī)處理工藝的弊端

污水深度處理的常規(guī)工藝一般是混凝-沉淀-污水過濾-消毒。該深度處理工藝對于設備的要求相對較低，維護和操作相對簡單，運行也相對比較穩(wěn)定，但對溶解性膠體顆粒物質(zhì)的過濾和去除率比較低。此外，一般采用的二級砂氯化消毒的處理方式，會產(chǎn)生以三鹵甲烷氯化物為主要代表的氯化消毒副產(chǎn)物，使得再生水的消毒安全性難以得到有效的保障。

3微氣泡臭氧混凝耦合強化技術

3.1強化與聯(lián)用

（1）強化混凝

強化混凝處理技術主要通過強化混凝藥劑的改善、匹配和強化混凝處理工藝的改善和優(yōu)化，增大有機物和絮體對水中的超微細顆粒的相互碰撞產(chǎn)生幾率，增強對有機物和絮體的吸附能力等作用，改善混凝條件提高沉淀池出水的水質(zhì)。但是強化混凝會直接導致沉淀池混凝劑有機物消投量的大大提高，從而直接使得沉淀池混凝劑消耗量的上升，提高了沉淀池的出水污泥有機物含量。

（2）與臭氧氧化工藝聯(lián)用

常規(guī)處理工藝經(jīng)常與臭氧氧化工藝聯(lián)用，通常的聯(lián)用方式為預臭氧氧化-混凝這種方式，研究表明預臭氧氧化可以有效提高后續(xù)混凝工藝的處理效果，其主要作用機理可以歸納為：1）臭氧的作用使得水中含氧官能團（如羧基、羥基）的含量增多，使得更多的鋁、鐵、鎂及鈣離子與之絡合、沉淀;2）由于臭氧的氧化使得已經(jīng)吸附在混凝膠體聚合物顆粒上的大分子有機物對其親水性能大大增強，從而直接導致小分子有機物從大分子的顆粒物上解離并被吸下來等[1]。

3.2臭氧氧化工藝類型

（1）臭氧直接氧化工藝

臭氧直接氧化主要的作用是對經(jīng)過深度直接氧化處理后的臭氧水進行了消毒，對水中的藻類及微生物的嗅味進行了控制。水中的臭氧能夠直接氧化、破壞細菌的細胞壁，對于細胞內(nèi)的氧化酶和蛋白質(zhì)進行直接氧化，導致細胞死亡。臭氧消毒具有快速、高效、徹底的特點，能有效控制水中三鹵甲烷等消毒副產(chǎn)物的形成。同氯化消毒相比，臭氧消毒對水體pH的要求較低，投加量較小[2]。

（2）臭氧氧化聯(lián)用工藝

臭氧的預氧化工藝作為一種進行化學預氧化的手段，它可以與目前常規(guī)處理污水的深度氧化處理工藝、活性炭、曝氣生物質(zhì)過濾池等相聯(lián)用，提高了后續(xù)污水處理工藝以及處理污水效率的促進作用。臭氧可以通過快速氧化水中的有機物，使其被氧化成為一種小分子易生物降解的有機物，從而更加有利于進行后續(xù)的大分子易生物降解工藝處理，而活性炭中的空隙結(jié)構(gòu)可以為微生物提供良好的生存場所，在吸附有機物的同時，起到生物降解的作用。

（3）臭氧催化氧化工藝

采用臭氧催化劑作為主要的氧化劑對水中臭氧污染嚴重的物質(zhì)可以進行氧化處理，臭氧對水分子的直接氧化以及在水中生成·oh的間接氧化（高級間接氧化），臭氧的催化間接氧化的原理就是通過利用臭氧催化劑在反應中等離子體系的作用促進了臭氧反應產(chǎn)生大量的·oh，提高了氧化的效率。常見的對臭氧進行催化和氧化的手段主要有O3/UV、O3/H2O2、O3/金屬離子（均相催化氧化）、O3/金屬離子化合物（非均相催化氧化）。

4結(jié)論

針對污水深度處理常規(guī)工藝中的各種弊端，本項目中提出微氣泡臭氧混凝耦合強化污水深度處理技術，保障了回用水的安全性，極大改進了污水深度處理常規(guī)工藝。在提倡節(jié)能環(huán)保的今天，將此微氣泡臭氧混凝耦合強化污水深度處理技術，應用于污水廠的生產(chǎn)實踐，對于提高污水廠回用水的安全性和經(jīng)濟效益具有一定的現(xiàn)實意義。

參考文獻

[1]?王時燦.臭氧氧化技術處理工業(yè)廢水[J].科學技術創(chuàng)新，2020（02）：12-13.

[2]?陳琳，劉國光，呂文英.臭氧氧化技術發(fā)展前瞻[J].環(huán)境科學與技術，2004（S1）：143-145+161.

作者簡介：任彤，女，本科在讀，給排水科學與工程專業(yè)。

基金項目：吉林省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（201910191120）