臭氧混凝互促增效機制及其在污水深度處理中的應(yīng)用.pdf

1、近年來，污水廠二級處理水中較高的殘余有機物濃度以及復(fù)雜的污染物種類，使得常規(guī)混凝-沉淀-過濾工藝在污水深度處理和再生利用過程中的局限性日益凸顯。對此，通過臭氧預(yù)氧化提升常規(guī)處理工藝效率的做法逐漸引起人們的重視。然而，預(yù)臭氧工藝對于混凝效果的提升往往受臭氧投加量以及有機物種類分布與含量的限制?；诖?，本研究以西安某A2O工藝為主體的城市污水處理廠為研究對象，分析表征了城市污水處理廠二級出水溶解性有機物特性，研究了臭氧與二級出水溶解性有機物

2、的化學(xué)反應(yīng)過程，探討了臭氧預(yù)氧化對常規(guī)工藝效果的影響，從而建立了臭氧混凝互促增效反應(yīng)體系，研發(fā)了基于臭氧混凝增效機制的微氣泡臭氧氣浮一體化工藝，并將其應(yīng)用于污水深度處理中，研究結(jié)果對于豐富污水深度處理工藝和強化污水再生利用效率提供了理論依據(jù)與應(yīng)用基礎(chǔ)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過XAD-8樹脂對二級出水溶解性有機物進(jìn)行分級表征，結(jié)果表明，HOA(疏水性酸性有機物)和HON(疏水性中性有機物)為其主要成分，其中腐殖質(zhì)類物質(zhì)含量較

3、多，含有較多的苯環(huán)碳、脂肪碳和羧基碳，分子量主要分布在500~1000 Da。HOB(疏水性堿性有機物)和HI(親水性有機物)組分含量相對較少，主要以蛋白類物質(zhì)為主，以脂肪碳有機物為主，分子量主要分布在0.01~100 kDa。⑵在臭氧氧化的過程中，疏水性組分特別是HOA和HON均有向HI組分轉(zhuǎn)化的趨勢，而且HOA在低臭氧投加量時會優(yōu)先轉(zhuǎn)化為HON，隨后HON進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為HI組分。臭氧氧化會降低疏水性腐殖質(zhì)類及蛋白類物質(zhì)的熒光強度，破壞

4、芳香性官能團構(gòu)造以提高HON組分中脂肪碳和羰基碳的含量。研究結(jié)果表明，臭氧與有機物的反應(yīng)具有顯著的選擇性，即臭氧易于與HON反應(yīng)，隨后才會與HOA反應(yīng)，且臭氧易于與分子量小于10 kDa的疏水性蛋白類熒光物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。⑶針對傳統(tǒng)混凝-沉淀-過濾深度處理工藝對溶解性有機物的去除效果有限，以及預(yù)臭氧氧化改善混凝效果受臭氧投加量影響顯著的問題，建立了復(fù)合式臭氧混凝耦合反應(yīng)體系(Hybrid Ozonation-Coagulation, HOC

5、)，使混凝和臭氧氧化在一個體系內(nèi)同時作用，并利用鋁鹽混凝劑中的金屬離子實現(xiàn)臭氧的催化效應(yīng)以產(chǎn)生大量羥基自由基(?OH)，進(jìn)而強化有機物的臭氧氧化反應(yīng)效率。研究表明，PAC在HOC體系中比AlCl3?6H2O產(chǎn)生更多的羥基自由基。對于兩種混凝劑而言，在不同pH條件下，臭氧氧化后Alb的含量都有所升高，Alb中主要以Al13為主，Al13含量的提高可以強化有機物的混凝效率。因此，在HOC反應(yīng)體系中，存在臭氧和混凝劑之間的互促增效機制。⑷基于

6、臭氧與混凝劑的互促增效機制，提出了微氣泡臭氧溶氣氣浮工藝(DOF)，該工藝結(jié)合了臭氧氧化與氣浮兩種工藝，可在一個反應(yīng)器內(nèi)實現(xiàn)臭氧氧化、混凝、氣浮固液分離與消毒等多個水處理反應(yīng)過程。針對有機物和懸濁質(zhì)去除及消毒效果進(jìn)一步強化的需求，充分利用DOF工藝不能溶解的多余臭氧氣體和 DOF氣浮柱的水位差，分別提出了多級臭氧氣浮(DOIF)和微濾膜臭氧氣浮(MDOF)改進(jìn)工藝，實現(xiàn)了在不增加占地面積和在沒有高壓泵抽吸的情況下膜過濾產(chǎn)水，降低了污水深