微气泡臭氧混凝工艺在污水深度处理中的应用

李鑫东 李俊超 任彤 韩东慧

摘 要：针对污水厂污水深度处理常规工艺中存在的有机物去除效率低、混凝效果差、回用水安全性差等问题，采用微气泡臭氧-混凝-耦合强化处理技术，对常规的臭氧处理工艺进行优化，选择合适的混凝剂，提高了臭氧利用率，且去除效率最佳。对我国污水厂污水深度处理中二级出水的解决方案具有一定的参考价值。

关键词：微气泡;臭氧强化;混凝;深度处理

1引言

污水厂二级出水中主要含有一些大分子有机污染物和众多细胞微生物碎片，各类溶解性有机物的种类很多，其中的蛋白质，腐殖酸和其他碳水化合物是组成二级生化处理出水溶解性有机物最重要的三类有机物质。另外，在进行污水处理的过程中微生物通过合成代谢，产生了细胞外的有机聚合物和其他可溶性的微生物新陈代谢反应的产物，主要成分是一种亲水性有机大分子或者有机胶体。污水厂二级处理水中较高的污染物和残余出水有机物，使得污水厂常规的混凝-沉淀-过滤-消毒工艺在二级污水深度处理和残余再生有机物处理过程中的其局限性日益得到凸显。在提倡节能环保的今天，针对污水处理厂二级出水的水质，应用微气泡臭氧混凝耦合强化污水深度处理技术，对于提高污水厂回用水的安全性和经济效益，促进水环境的可持续发展具有一定的现实意义。

2微气泡臭氧混凝工艺

2.1作用机理

微气泡臭氧混凝耦合强化技术主要通过对药剂的改善、匹配和对混凝处理工艺的优化，增大有机物絮体对水中的超微细有机物颗粒的吸附和碰撞机率、增强水中有机物絮体的吸附耦合作用[1]。微气泡臭氧混凝的作用机理可以归纳为：1）臭氧的主要作用和机理是使得水中含氧官能团（主要如羧基、羟基）的含量明显增多，使得更多的有机物如铝、铁、镁及碳酸钙等阳离子与之进行络合、沉淀;2）臭氧氧化的作用使得直接吸附在小分子胶体颗粒上的胶体有机物阳离子亲水性明显增强，从而直接导致小分子有机物从胶体颗粒物上解离并吸下来;3）臭氧将大分子胶体有机物的亲水性转化为其他小分子胶体有机物，降低了胶体空间位阻和小分子的静电斥力，提升混凝的臭氧氧化效果;4）臭氧的作用会直接引起胶体有机物的聚合，促进胶体颗粒物通过吸附架桥的方式进行凝聚。

2.2混凝剂种类

针对混凝剂种类对微气泡臭氧混凝强化效果的影响进行研究，选择硫酸亚铁、硫酸铝、和臭氧聚合氯化铝三种常见的混凝剂分别进行微气泡臭氧混凝耦合作用后，得到最佳的混凝剂投加量，并对使用该投加量的微气泡臭氧混凝强化工艺进行了微气泡臭氧混凝耦合技术强化工艺的可行性实验。三种臭氧混凝剂的耦合实验水样处理结果表明，采用铝盐混凝剂的强化效果整体比传统的铁盐混凝剂的强化效果好，聚合氯化铝盐在做臭氧混凝剂时的处理氧化效果更好。臭氧氯化铝混凝耦合的工艺大大提高了浊度的指标去除率，这主要是由于微气泡臭氧混凝耦合的工艺对不同浓度指标的去除效果，主要决定于臭氧混凝剂的种类和工艺中臭氧浓度。当臭氧氯化铝混凝耦合工艺在低臭氧浓度（小于1mg/L）时，指标去除率可达最佳，且三种臭氧混凝剂中使用的聚合氯化铝的表现最好。

2.3处理效果

通过微气泡臭氧混凝耦合强化处理后，能够显著改善二级出水的一些感官和生理学指标，如对色度的去除可视化程度达到75%，并容易与二级出水具有非饱和分子结构的溶解性有机物直接进行溶解性反应，从而使得臭氧可以直接改变溶解性有机物的分子性质和结构。微气泡臭氧传质的效率高，并在液相中同时具有快速收缩和破裂的特性，可有效促进羟基自由基的产生，当二级有机深化处理水中臭氧的投加量为1mgO3/mgTOC时，臭氧投加量会与疏水性的组分及其他亲水性的组分及其中的溶解性物质发生较为彻底的反应[2]。且溶解性的有机物中含氧官能团（羰基与羧基）的数量和比例会随着臭氧投加量的比例升高而进一步升高，有利于更多的铝、铁、镁及钙离子与之络合、沉淀。微气泡与臭氧的混凝耦合催化深度氧化系统能够有效地处理二级出水中的有机物和其他芳香族化合物，显著地提高了废水的臭氧可生化性，臭氧的利用率可高达95%以上，且不用进行对尾气污染的处理[3]。

3微气泡臭氧混凝工艺的应用

在现代化学工业上，微气泡在固液传输界面的减阻和摩擦方面已经显示出重要的地位和作用。臭氧进入出水池的废水，通过第一管道直接进入臭氧气液缓冲的混合泵和对臭氧进行混凝反应的发生器。由此臭氧气体在反应池的废水中可以迅速产生大量微气泡，在这些微气泡里可以迅速充满了大量的臭氧，使得這些臭氧降解体作为微气泡的主要承载气体更容易迅速产生大量的羟基自由基，羟基自由基对于废水中的有机物和难降解的污染物都具有强烈的抗氧化性，从而在短暂的上升时间内有效将这些难溶的有机物迅速氧化转变为难溶的无机物。臭氧所产生的这些带有更多臭氧的微气泡迅速进入了反应池，反应池内部的压力大，气泡在压力上升的过程中不断的收缩并逐渐表现出自身的增压和氧化效果。由于微气泡的表面积和内部的气压不断增大，使更多有机物和臭氧降解气体可以穿过这些微气泡的界面迅速溶解排放到水中，从而大大提高了对臭氧的利用率。

参考文献

[1] 蒋淡宁. 磁性树脂在饮用水源水处理中的应用研究[D].南京大学，2011.

[2] 押玉荣，陈晓轩，杜亚威，王晓磊，张静，吴江渤，刘春.微气泡臭氧氧化处理酸性大红3R废水的影响因素[J].河北科技大学学报，2017，38（04）：403-410

[3] 刘春，周洪政，张静，陈晓轩，张磊，郭延凯.微气泡臭氧催化氧化-生化耦合工艺深度处理煤化工废水[J].环境科学，2017，38（08）：3362-3368.

作者简介：李鑫东，男，本科在读，给排水科学与工程专业。

基金项目：吉林省大学生创新创业训练计划项目（201910191120）