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(duì)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(duì)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(duì)我國污水廠污水深度處理中二級(jí)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(jí)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(jí)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(jí)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(jí)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(duì)污水處理廠二級(jí)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(duì)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(duì)藥劑的改善、匹配和對(duì)混凝處理工藝的優(yōu)化，增大有機(jī)物絮體對(duì)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(huì)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(duì)混凝劑種類對(duì)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(duì)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(duì)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(jí)出水的一些感官和生理學(xué)指標(biāo)，如對(duì)色度的去除可視化程度達(dá)到75%，并容易與二級(jí)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(jí)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(huì)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(huì)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(jí)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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）