微气泡臭氧混凝耦合强化技术及其在污水深度处理中的应用

任彤 韩东慧 李俊超 李鑫东

摘 要：为了进一步提高污水处理常规工艺对污水深度处理的效果及再生利用的能力以及大大降低污水厂运行的成本，利用臭氧预氧化提升常规处理工艺效率，研究利用臭氧预氧化提升常规处理工艺效率，探讨臭氧预氧化对常规工艺效果的影响，从而建立微气泡臭氧混凝耦合强化反应体系，研发微气泡臭氧混凝耦合强化技术，并与气浮工艺相结合，研发微气泡臭氧混凝气浮一体化工艺。本文展望了将其推向规模化、工业化的未来发展战略方向以及其亟需研究和解决的技术问题。

关键词：微气泡;臭氧混凝;深度处理

1引言

污水厂二级处理水中残留有机物浓度高，污染物种类复杂，使得传统的混凝-沉淀-过滤工艺在污水的深度处理和循环利用中的局限性日益突出。在此方面，使用臭氧预氧化来提高常规处理工艺的效率是突破该限制的有效方法。在该项目中，考虑到臭氧剂量，有机物的分布和含量对臭氧预处理过程种混凝作用的影响，以及严寒地区独特的气候特征，计划以长春市污水处理厂二级出水为研究对象，分析和表征二级出水中可溶性有机物的特性，研究臭氧与二级出水中可溶性有机物的化学反应过程，探讨臭氧预氧化的处理效果并结合常规工艺，建立了微气泡臭氧混凝耦合强化反应体系，开发了微气泡臭氧混合凝结耦合强化技术，结合先进的微气浮臭氧混凝工艺，开发了微气泡臭氧混凝与气浮一体化的工艺，并将其广泛应用于工业污水处理的相关技术实践中。进一步研究的结果将为进一步加强工业废水循环处理与利用的相关应用技术基础性研究提供理论依据。

2污水深度处理的必要性

2.1水资源稀缺

我国目前淡水资源存在许多问题：人均水资源占有量很少，仅为目前全世界人均水资源占有量的1/4;随着季节性的变化比较强烈，南北变化跨度大，空间分布不均;我国水资源使用率低，浪费严重，使得我国已经成为了缺水较严重的发达国家;城市排污造成所属流域水体污染和水环境恶化。

2.2污水回用的问题

污水再生利用是缓解城市缺水问题的主要措施。从再生水回用安全角度看，二级处理水在大部分指标上都能够满足回用的水质要求，但二级处理水回用的主要问题是水的色度偏高，以COD、BOD5为代表的有机物指標不能满足娱乐性景观环境用水的要求，因此需对二级出水进行深度处理以进一步降低水中溶解性有机物。

2.3常规处理工艺的弊端

污水深度处理的常规工艺一般是混凝-沉淀-污水过滤-消毒。该深度处理工艺对于设备的要求相对较低，维护和操作相对简单，运行也相对比较稳定，但对溶解性胶体颗粒物质的过滤和去除率比较低。此外，一般采用的二级砂氯化消毒的处理方式，会产生以三卤甲烷氯化物为主要代表的氯化消毒副产物，使得再生水的消毒安全性难以得到有效的保障。

3微气泡臭氧混凝耦合强化技术

3.1强化与联用

（1）强化混凝

强化混凝处理技术主要通过强化混凝药剂的改善、匹配和强化混凝处理工艺的改善和优化，增大有机物和絮体对水中的超微细颗粒的相互碰撞产生几率，增强对有机物和絮体的吸附能力等作用，改善混凝条件提高沉淀池出水的水质。但是强化混凝会直接导致沉淀池混凝剂有机物消投量的大大提高，从而直接使得沉淀池混凝剂消耗量的上升，提高了沉淀池的出水污泥有机物含量。

（2）与臭氧氧化工艺联用

常规处理工艺经常与臭氧氧化工艺联用，通常的联用方式为预臭氧氧化-混凝这种方式，研究表明预臭氧氧化可以有效提高后续混凝工艺的处理效果，其主要作用机理可以归纳为：1）臭氧的作用使得水中含氧官能团（如羧基、羟基）的含量增多，使得更多的铝、铁、镁及钙离子与之络合、沉淀;2）由于臭氧的氧化使得已经吸附在混凝胶体聚合物颗粒上的大分子有机物对其亲水性能大大增强，从而直接导致小分子有机物从大分子的颗粒物上解离并被吸下来等[1]。

3.2臭氧氧化工艺类型

（1）臭氧直接氧化工艺

臭氧直接氧化主要的作用是对经过深度直接氧化处理后的臭氧水进行了消毒，对水中的藻类及微生物的嗅味进行了控制。水中的臭氧能够直接氧化、破坏细菌的细胞壁，对于细胞内的氧化酶和蛋白质进行直接氧化，导致细胞死亡。臭氧消毒具有快速、高效、彻底的特点，能有效控制水中三卤甲烷等消毒副产物的形成。同氯化消毒相比，臭氧消毒对水体pH的要求较低，投加量较小[2]。

（2）臭氧氧化联用工艺

臭氧的预氧化工艺作为一种进行化学预氧化的手段，它可以与目前常规处理污水的深度氧化处理工艺、活性炭、曝气生物质过滤池等相联用，提高了后续污水处理工艺以及处理污水效率的促进作用。臭氧可以通过快速氧化水中的有机物，使其被氧化成为一种小分子易生物降解的有机物，从而更加有利于进行后续的大分子易生物降解工艺处理，而活性炭中的空隙结构可以为微生物提供良好的生存场所，在吸附有机物的同时，起到生物降解的作用。

（3）臭氧催化氧化工艺

采用臭氧催化剂作为主要的氧化剂对水中臭氧污染严重的物质可以进行氧化处理，臭氧对水分子的直接氧化以及在水中生成·oh的间接氧化（高级间接氧化），臭氧的催化间接氧化的原理就是通过利用臭氧催化剂在反应中等离子体系的作用促进了臭氧反应产生大量的·oh，提高了氧化的效率。常见的对臭氧进行催化和氧化的手段主要有O3/UV、O3/H2O2、O3/金属离子（均相催化氧化）、O3/金属离子化合物（非均相催化氧化）。

4结论

针对污水深度处理常规工艺中的各种弊端，本项目中提出微气泡臭氧混凝耦合强化污水深度处理技术，保障了回用水的安全性，极大改进了污水深度处理常规工艺。在提倡节能环保的今天，将此微气泡臭氧混凝耦合强化污水深度处理技术，应用于污水厂的生产实践，对于提高污水厂回用水的安全性和经济效益具有一定的现实意义。

参考文献

[1] 王时灿.臭氧氧化技术处理工业废水[J].科学技术创新，2020（02）：12-13.

[2] 陈琳，刘国光，吕文英.臭氧氧化技术发展前瞻[J].环境科学与技术，2004（S1）：143-145+161.

作者简介：任彤，女，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）