微氣泡臭氧混凝工藝在污水深度處理中的應(yīng)用

李鑫東 李俊超 任彤 韓東慧

摘?要：針對污水廠污水深度處理常規(guī)工藝中存在的有機(jī)物去除效率低、混凝效果差、回用水安全性差等問題，采用微氣泡臭氧-混凝-耦合強(qiáng)化處理技術(shù)，對常規(guī)的臭氧處理工藝進(jìn)行優(yōu)化，選擇合適的混凝劑，提高了臭氧利用率，且去除效率最佳。對我國污水廠污水深度處理中二級出水的解決方案具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：微氣泡;臭氧強(qiáng)化;混凝;深度處理

1引言

污水廠二級出水中主要含有一些大分子有機(jī)污染物和眾多細(xì)胞微生物碎片，各類溶解性有機(jī)物的種類很多，其中的蛋白質(zhì)，腐殖酸和其他碳水化合物是組成二級生化處理出水溶解性有機(jī)物最重要的三類有機(jī)物質(zhì)。另外，在進(jìn)行污水處理的過程中微生物通過合成代謝，產(chǎn)生了細(xì)胞外的有機(jī)聚合物和其他可溶性的微生物新陳代謝反應(yīng)的產(chǎn)物，主要成分是一種親水性有機(jī)大分子或者有機(jī)膠體。污水廠二級處理水中較高的污染物和殘余出水有機(jī)物，使得污水廠常規(guī)的混凝-沉淀-過濾-消毒工藝在二級污水深度處理和殘余再生有機(jī)物處理過程中的其局限性日益得到凸顯。在提倡節(jié)能環(huán)保的今天，針對污水處理廠二級出水的水質(zhì)，應(yīng)用微氣泡臭氧混凝耦合強(qiáng)化污水深度處理技術(shù)，對于提高污水廠回用水的安全性和經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)水環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

2微氣泡臭氧混凝工藝

2.1作用機(jī)理

微氣泡臭氧混凝耦合強(qiáng)化技術(shù)主要通過對藥劑的改善、匹配和對混凝處理工藝的優(yōu)化，增大有機(jī)物絮體對水中的超微細(xì)有機(jī)物顆粒的吸附和碰撞機(jī)率、增強(qiáng)水中有機(jī)物絮體的吸附耦合作用[1]。微氣泡臭氧混凝的作用機(jī)理可以歸納為：1）臭氧的主要作用和機(jī)理是使得水中含氧官能團(tuán)（主要如羧基、羥基）的含量明顯增多，使得更多的有機(jī)物如鋁、鐵、鎂及碳酸鈣等陽離子與之進(jìn)行絡(luò)合、沉淀;2）臭氧氧化的作用使得直接吸附在小分子膠體顆粒上的膠體有機(jī)物陽離子親水性明顯增強(qiáng)，從而直接導(dǎo)致小分子有機(jī)物從膠體顆粒物上解離并吸下來;3）臭氧將大分子膠體有機(jī)物的親水性轉(zhuǎn)化為其他小分子膠體有機(jī)物，降低了膠體空間位阻和小分子的靜電斥力，提升混凝的臭氧氧化效果;4）臭氧的作用會直接引起膠體有機(jī)物的聚合，促進(jìn)膠體顆粒物通過吸附架橋的方式進(jìn)行凝聚。

2.2混凝劑種類

針對混凝劑種類對微氣泡臭氧混凝強(qiáng)化效果的影響進(jìn)行研究，選擇硫酸亞鐵、硫酸鋁、和臭氧聚合氯化鋁三種常見的混凝劑分別進(jìn)行微氣泡臭氧混凝耦合作用后，得到最佳的混凝劑投加量，并對使用該投加量的微氣泡臭氧混凝強(qiáng)化工藝進(jìn)行了微氣泡臭氧混凝耦合技術(shù)強(qiáng)化工藝的可行性實(shí)驗(yàn)。三種臭氧混凝劑的耦合實(shí)驗(yàn)水樣處理結(jié)果表明，采用鋁鹽混凝劑的強(qiáng)化效果整體比傳統(tǒng)的鐵鹽混凝劑的強(qiáng)化效果好，聚合氯化鋁鹽在做臭氧混凝劑時(shí)的處理氧化效果更好。臭氧氯化鋁混凝耦合的工藝大大提高了濁度的指標(biāo)去除率，這主要是由于微氣泡臭氧混凝耦合的工藝對不同濃度指標(biāo)的去除效果，主要決定于臭氧混凝劑的種類和工藝中臭氧濃度。當(dāng)臭氧氯化鋁混凝耦合工藝在低臭氧濃度（小于1mg/L）時(shí)，指標(biāo)去除率可達(dá)最佳，且三種臭氧混凝劑中使用的聚合氯化鋁的表現(xiàn)最好。

2.3處理效果

通過微氣泡臭氧混凝耦合強(qiáng)化處理后，能夠顯著改善二級出水的一些感官和生理學(xué)指標(biāo)，如對色度的去除可視化程度達(dá)到75%，并容易與二級出水具有非飽和分子結(jié)構(gòu)的溶解性有機(jī)物直接進(jìn)行溶解性反應(yīng)，從而使得臭氧可以直接改變?nèi)芙庑杂袡C(jī)物的分子性質(zhì)和結(jié)構(gòu)。微氣泡臭氧傳質(zhì)的效率高，并在液相中同時(shí)具有快速收縮和破裂的特性，可有效促進(jìn)羥基自由基的產(chǎn)生，當(dāng)二級有機(jī)深化處理水中臭氧的投加量為1mgO3/mgTOC時(shí)，臭氧投加量會與疏水性的組分及其他親水性的組分及其中的溶解性物質(zhì)發(fā)生較為徹底的反應(yīng)[2]。且溶解性的有機(jī)物中含氧官能團(tuán)（羰基與羧基）的數(shù)量和比例會隨著臭氧投加量的比例升高而進(jìn)一步升高，有利于更多的鋁、鐵、鎂及鈣離子與之絡(luò)合、沉淀。微氣泡與臭氧的混凝耦合催化深度氧化系統(tǒng)能夠有效地處理二級出水中的有機(jī)物和其他芳香族化合物，顯著地提高了廢水的臭氧可生化性，臭氧的利用率可高達(dá)95%以上，且不用進(jìn)行對尾氣污染的處理[3]。

3微氣泡臭氧混凝工藝的應(yīng)用

在現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)上，微氣泡在固液傳輸界面的減阻和摩擦方面已經(jīng)顯示出重要的地位和作用。臭氧進(jìn)入出水池的廢水，通過第一管道直接進(jìn)入臭氧氣液緩沖的混合泵和對臭氧進(jìn)行混凝反應(yīng)的發(fā)生器。由此臭氧氣體在反應(yīng)池的廢水中可以迅速產(chǎn)生大量微氣泡，在這些微氣泡里可以迅速充滿了大量的臭氧，使得這些臭氧降解體作為微氣泡的主要承載氣體更容易迅速產(chǎn)生大量的羥基自由基，羥基自由基對于廢水中的有機(jī)物和難降解的污染物都具有強(qiáng)烈的抗氧化性，從而在短暫的上升時(shí)間內(nèi)有效將這些難溶的有機(jī)物迅速氧化轉(zhuǎn)變?yōu)殡y溶的無機(jī)物。臭氧所產(chǎn)生的這些帶有更多臭氧的微氣泡迅速進(jìn)入了反應(yīng)池，反應(yīng)池內(nèi)部的壓力大，氣泡在壓力上升的過程中不斷的收縮并逐漸表現(xiàn)出自身的增壓和氧化效果。由于微氣泡的表面積和內(nèi)部的氣壓不斷增大，使更多有機(jī)物和臭氧降解氣體可以穿過這些微氣泡的界面迅速溶解排放到水中，從而大大提高了對臭氧的利用率。

參考文獻(xiàn)

[1]?蔣淡寧. 磁性樹脂在飲用水源水處理中的應(yīng)用研究[D].南京大學(xué)，2011.

[2]?押玉榮，陳曉軒，杜亞威，王曉磊，張靜，吳江渤，劉春.微氣泡臭氧氧化處理酸性大紅3R廢水的影響因素[J].河北科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，38（04）：403-410

[3]?劉春，周洪政，張靜，陳曉軒，張磊，郭延凱.微氣泡臭氧催化氧化-生化耦合工藝深度處理煤化工廢水[J].環(huán)境科學(xué)，2017，38（08）：3362-3368.

作者簡介：李鑫東，男，本科在讀，給排水科學(xué)與工程專業(yè)。

基金項(xiàng)目：吉林省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201910191120）