臭氧氧化与海藻酸钠混凝处理微污染水的研究*

沈程程

（厦门大学 嘉庚学院，福建 漳州 363105）

微污染水是指被一些超过《地表水环境质量标准》（GB3828-2002）III 类标准的部分物理、化学以及微生物指标污染的水体。这种类型的水含有较多重污染物，性质也较为复杂，但浓度较低，通过适当的处理可以达到中水回用的目的。目前，国内微污染水处理主要是采用预处理技术、强化常规工艺技术和深度处理技术[1]等组合工艺的方式进行。Qianshu Sun[2]的研究表明，强化混凝可对微污染水中的天然有机物有明显的作用。本实验以厦门大学嘉庚学院中区外河流内微污染湖水为处理对象，通过多因素正交实验，研究臭氧-海藻酸钠组合工艺对微污染水水质处理效果的影响，以色度、浊度、CODMn和磷酸盐4 项指标来判断3 种工艺的处理效果。

1 实验部分

1.1 实验对象

本实验选用的原水为厦门大学嘉庚学院中区外南太武高尔夫乡村俱乐部旁微污染湖水。试验水质基本情况见表1。

表1 试验水质情况Tab.1 Water quality of the experiment

1.2 仪器

pHS-25 精密pH 计（上海仪电科学仪器股份有限公司）；SGZ-2P 微机浊度仪（上海悦丰仪器仪表有限公司）；VIS-7220 型可见分光光度计（北京瑞利分析仪器公司）；JJ-4A 六联数显同步电动搅拌器（金坛市城东新瑞仪器厂）；电子天平（德国赛多利斯集团）。

1.3 检测方法

本实验所用的检测方法见表2。

表2 检测方法Tab.2 Detection methods

本实验通过设置不同的O3投加量、O3接触时间、海藻酸钠投加量、混凝时间，设置了四因素三水平正交试验，通过对各项指标的分析确定出最优组合。因素水平表和实验设计表见表3、4。

表3 因素水平表Tab.3 Orthogonal factors

表4 四因素三水平正交实验设计Tab.4 Four factors and three levels orthogonal experiment design

2 结果与讨论

为了优化臭氧预氧化+海藻酸钠混凝的组合工艺条件，设计了一组四因素三水平正交试验，确定O3投加量、O3氧化时间、海藻酸钠投加量和混凝时间为正交试验的4 个因素，各因素均取3 水平。以色度、浊度、CODMn和磷酸盐作为判断处理效果的指标，其结果分析见表5。

2.1 组合工艺对色度的影响

组合工艺对色度的影响见表5。

表5 正交实验数据结果Tab.5 Results of orthogonal experiment data

由表5 可知，影响臭氧预氧化+海藻酸钠强化混凝效果的影响从大到小依次为O3投加量、O3氧化时间、混凝时间、海藻酸钠投加量。海藻酸钠投加量的影响相对较小，理论上海藻酸钠最佳投加量为1.67mg·L-1，当投加量增加时，矾花形成较快，但其结构较为疏松，矾花也较小，沉降性能较差。各因素水平的均值可表明，本实验中各个因素最佳的水平条件为O3投加量为0.5mg·L-1、O3氧化时间为25min、海藻酸钠投加量为1.33mg·L-1、混凝时间为10min。

2.2 组合工艺对浊度的影响

由表6 可知，O3投加量、O3氧化时间、海藻酸钠投加量、混凝时间的极差分别为50.47、13.4、6.30、11.91，由此可以得出，这4 个因素对臭氧预氧化+海藻酸钠强化混凝效果的影响从大到小依次是：O3投加量、O3氧化时间、混凝时间、海藻酸钠投加量。这一结果与对色度的处理效果相同，海藻酸钠的投加量在组合工艺中发挥作用较小的原因可能在于水体中本身存在着较多的微生物絮凝剂，这些微生物的絮凝机理是在氢键作用下的吸附架桥机理[3]，而海藻酸钠的加入主要影响混凝剂的吸附架桥能力，海藻酸钠的吸附架桥作用会迅速与微絮体发生吸附作用，影响其混凝效果[4]。

表6 正交实验数据结果Tab.6 Results of orthogonal experiment data

2.3 组合工艺对CODMn 的影响

通过正交试验得到如表8 的实验数据，对去除CODMn的实验结果进行极差分析。O3投加量的极差为3.33，O3氧化时间的极差为6.32，海藻酸钠投加量的极差为2.18，混凝时间的极差为4.14，因此，影响CODMn去除效果的因素主次分别为O3氧化时间、混凝时间、O3投加量、海藻酸钠投加量。

表7 正交实验数据结果Tab.7 Results of orthogonal experiment data

表8 正交实验数据结果Tab.8 Results of orthogonal experiment data

O3氧化时间对去除CODMn的影响存在快速反应阶段和慢速反应阶段[5]，由于实验反应时间均少于40min，所以整个预氧化阶段都属于快速反应阶段，在此阶段污染物主要通过O3直接反应去除，所以对CODMn的处理效果较好。对于去除废水中的CODMn来说，正交条件下的最适合条件为：O3投加量为1mg·L-1，O3氧化时间为35min，海藻酸钠投加量为1.2mg·L-1，混凝时间为10min。

2.4 组合工艺对磷酸盐的影响

由表8 可知，在所有设计的水平因素中，磷酸盐的去除率在38.13%～68.28%之间，其中O3投加量的影响最大，4 个因素的主次关系分别为O3投加量、海藻酸钠投加量、混凝时间、O3氧化时间，对于去除微污染水中的磷酸盐来说，正交条件下的最适合水平为：O3投加量为0.5mg·L-1，O3氧化时间为35min，海藻酸钠投加量为2.5mg·L-1，混凝时间为20min。

3 结论

通过正交试验研究臭氧氧化-强化混凝工艺对微污染水的处理效果研究发现，臭氧预氧化与强化混凝联合使用后，当O3投加量为0.5mg·L-1，O3氧化时间为25min，海藻酸钠投加量为1.67mg·L-1，混凝时间为15min 时，组合工艺对微污染水的各项指标的处理效果较好。同时海藻酸钠作为混凝剂与其他混凝剂相比，虽然效果较其他有机混凝剂或生物处理工艺低一些，但海藻酸钠具有稳定、价格低的优点，对处理微污染水源有着一定的经济价值。