微氣泡臭氧混凝工藝在污水深度處理中的應用獲獎科研報告

微氣泡臭氧混凝工藝在污水深度處理中的應用獲獎科研報告摘

要：針對污水廠污水深度處理常規(guī)工藝中存在的有機物去除效率低、混凝效果差、回用水安全性差等問題，采用微氣泡臭氧-混凝-耦合強化處理技術，對常規(guī)的臭氧處理工藝進行優(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值。

關鍵詞：微氣泡;臭氧強化;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污染物和眾多細胞微生物碎片，各類溶解性有機物的種類很多，其中的蛋白質，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物最重要的三類有機物質。另外，在進行污水處理的過程中微生物通過合成代謝，產生了細胞外的有機聚合物和其他可溶性的微生物新陳代謝反應的產物，主要成分是一種親水性有機大分子或者有機膠體。污水廠二級處理水中較高的污染物和殘余出水有機物，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，應用微氣泡臭氧混凝耦合強化污水深度處理技術，對于提高污水廠回用水的安全性和經濟效益，促進水環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有一定的現實意義。

2微氣泡臭氧混凝工藝

2.1作用機理

微氣泡臭氧混凝耦合強化技術主要通過對藥劑的改善、匹配和對混凝處理工藝的優(yōu)化，增大有機物絮體對水中的超微細有機物顆粒的吸附和碰撞機率、增強水中有機物絮體的吸附耦合作用[1]。微氣泡臭氧混凝的作用機理可以歸納為：1）臭氧的主要作用和機理是使得水中含氧官能團（主要如羧基、羥基）的含量明顯增多，使得更多的有機物如鋁、鐵、鎂及碳酸鈣等陽離子與之進行絡合、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物陽離子親水性明顯增強，從而直接導致小分子有機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物的親水性轉化為其他小分子膠體有機物，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物的聚合，促進膠體顆粒物通過吸附架橋的方式進行凝聚。

2.2混凝劑種類

針對混凝劑種類對微氣泡臭氧混凝強化效果的影響進行研究，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化工藝進行了微氣泡臭氧混凝耦合技術強化工藝的可行性實驗。三種臭氧混凝劑的耦合實驗水樣處理結果表明，采用鋁鹽混凝劑的強化效果整體比傳統的鐵鹽混凝劑的強化效果好，聚合氯化鋁鹽在做臭氧混凝劑時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。當臭氧氯化鋁混凝耦合工藝在低臭氧濃度（小于1mg/L）時，指標去除率可達最佳，且三種臭氧混凝劑中使用的聚合氯化鋁的表現最好。

2.3處理效果

通過微氣泡臭氧混凝耦合強化處理后，能夠顯著改善二級出水的一些感官和生理學指標，如對色度的去除可視化程度達到75%，并容易與二級出水具有非飽和分子結構的溶解性有機物直接進行溶解性反應，從而使得臭氧可以直接改變溶解性有機物的分子性質和結構。微氣泡臭氧傳質的效率高，并在液相中同時具有快速收縮和破裂的特性，可有效促進羥基自由基的產生，當二級有機深化處理水中臭氧的投加量為1mgO3/mgTOC時，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發(fā)生較為徹底的反應[2]。且溶解性的有機物中含氧官能團（羰基與羧基）的數量和比例會隨著臭氧投加量的比例升高而進一步升高，有利于更多的鋁、鐵、鎂及鈣離子與之絡合、沉淀。微氣泡與臭氧的混凝耦合催化深度氧化系統能夠有效地處理二級出水中的有機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95%以上，且不用進行對尾氣污染的處理[3]。

3微氣泡臭氧混凝工藝的應用

在現代化學工業(yè)上，微氣泡在固液傳輸界面的減阻和摩擦方面已經顯示出重要的地位和作用。臭氧進入出水池的廢水，通過第一管道直接進入臭氧氣液緩沖的混合泵和對臭氧進行混凝反應的發(fā)生器。由此臭氧氣體在反應池的廢水中可以迅速產生大量微氣泡，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生大量的羥基自由基，羥基自由基對于廢水中的有機物和難降解的污染物都具有強烈的抗氧化性，從而在短暫的上升時間內有效將這些難溶的有機物迅速氧化轉變?yōu)殡y溶的無機物。臭氧所產生的這些帶有更多臭氧的微氣泡迅速進入了反應池，反應池內部的壓力大，氣泡在