摘要：對(duì)臭氧氧化深度處理生活污水進(jìn)行了長(zhǎng)期試驗(yàn)，以評(píng)價(jià)臭氧氧化對(duì)生活污水深處理的效能。研究結(jié)果表明，當(dāng)臭氧投加量16 mg / L、臭氧氧化時(shí)間15 min，臭氧氧化后出水COD、UV254、色度、濁度、NH3-N 的平均值分別為51.0 mg / L、0.140 cm -1、27.4 度、5.0 NTU 和18.7 mg / L，臭氧氧化對(duì)上述5 個(gè)水質(zhì)指標(biāo)的平均去除率分別為30.3%、22.0%、53.7%、32.1%、14.6%。單獨(dú)依靠臭氧氧化技術(shù)很難將上述5 個(gè)水質(zhì)指標(biāo)降低到較低水平，因此，需要將臭氧氧化作為預(yù)處理技術(shù)與其他工藝進(jìn)行組合，利用組合工藝對(duì)再生水進(jìn)行深度處理將有廣闊的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：臭氧氧化 生活污水 污水回用

中圖分類號(hào)X703 文獻(xiàn)標(biāo)志碼A 文章編號(hào)1673-4637（2010）04-0008-03

我國(guó)城市缺水已經(jīng)成為阻礙和制約經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的重要因素[1]，而城市污水深度處理與回用是緩解水資源緊張的有效措施。臭氧的氧化性（氧化還原電位為-2.07 V，僅次于氟）極強(qiáng)，是一種高效的無二次污染的綠色氧化劑。臭氧氧化不僅可以直接將一部分有機(jī)物徹底氧化為無機(jī)物，還可以改變水中有機(jī)物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，使有機(jī)物分子量的分布發(fā)生變化。臭氧氧化作為給水或污水的深度處理技術(shù)或作為生化處理的預(yù)處理技術(shù)受到人們的廣泛關(guān)注[2-5]。

城鎮(zhèn)污水經(jīng)二級(jí)生化處理以后，水中殘留的有機(jī)物大多是難于生物降解的有機(jī)物。臭氧氧化能夠改變難于生物降解化合物的結(jié)構(gòu)使其斷裂成更小的分子，提高二級(jí)出水中有機(jī)物的可生化性，可與后續(xù)的曝氣生物濾池（BAF）或生物活性炭濾池（BAC）組合成O3-BAF 或O3-BAC 組合工藝，經(jīng)過后續(xù)工藝的進(jìn)一步處理，可使水質(zhì)得到進(jìn)一步提高。

本課題組也對(duì)臭氧氧化深度處理生活污水進(jìn)行了試驗(yàn)研究，以分析和評(píng)價(jià)臭氧氧化對(duì)二級(jí)出水中COD、UV254、濁度、色度和氨氮等指標(biāo)的去除能力，為該工藝在工程實(shí)踐中的應(yīng)用提供技術(shù)參考，為選擇合適的后續(xù)處理工藝提供技術(shù)參數(shù)和理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)流程及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)流程

試驗(yàn)用水為北京某小區(qū)的生活污水。通過調(diào)節(jié)SBR 反應(yīng)器的運(yùn)行參數(shù)來調(diào)整二級(jí)出水水質(zhì)。

經(jīng)過SBR 反應(yīng)器（覫500 mm×2 000 mm）處理后的二級(jí)出水置于水箱（80 cm×50 cm×110 cm）中保存?zhèn)溆谩３粞醢l(fā)生器（CF - G - 3 - 010G 型）以空氣作為氣源。打開冷卻水閥和空氣進(jìn)氣閥，通電后臭氧發(fā)生器開始工作，進(jìn)氣量可由流量計(jì)進(jìn)行控制，所產(chǎn)生的臭氧通過曝氣頭進(jìn)入臭氧接觸反應(yīng)池，蠕動(dòng)泵將水箱中的二級(jí)出水抽到臭氧反應(yīng)池，臭氧與二級(jí)出水在池內(nèi)接觸、反應(yīng)。臭氧產(chǎn)生的尾氣外排到大氣中。

1.2 分析項(xiàng)目及分析方法

COD：快速COD 測(cè)定儀；NH3 - N：納氏試劑分光光度法；濁度：SZD - 1 型散射光濁度儀；色度：鉑鈷標(biāo)準(zhǔn)比色法，波長(zhǎng)350 nm；臭氧濃度：碘量法；UV254：UV - 1 700 紫外分光光度計(jì)；pH：便攜式pH 計(jì)。

2 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)條件：臭氧投加量16 mg / L，臭氧與水的接觸時(shí)間為15 min。進(jìn)水流量為7.8 L / h，試驗(yàn)期間水溫（11.0～20.0）℃。

2.1 對(duì)COD 的去除

臭氧氧化對(duì)COD 的去除情況如圖1 所示。

二級(jí)出水COD 為（39.1～133.9） mg / L，平均值為73.4 mg / L，經(jīng)過臭氧氧化后COD 降為（ 25.9 ～98.2） mg / L，出水COD 的平均值為51.0 mg / L。臭氧氧化對(duì)二級(jí)出水COD 的去除率平均可達(dá)到30.3%。

3.2 對(duì)UV254的去除

臭氧氧化對(duì)二級(jí)出水中UV254的去除情況見圖2。

二級(jí)出水UV254為（0.104 ～ 0.262） cm-1，平均值為0.180 cm-1，經(jīng)過臭氧氧化后UV254降為（0.065～0.200） cm-1，出水UV254的平均值為0.140 cm-1。臭氧氧化對(duì)UV254的去除率平均可達(dá)到22.0%。

3.3 對(duì)色度的去除

臭氧氧化對(duì)二級(jí)出水色度的去除情況如圖3 所示。

二級(jí)出水色度為（33.1 ～ 92.5）度，平均值為56.1度，經(jīng)過臭氧氧化后色度降為（0 ～ 52.5）度，出水色度的平均值27.4 度。臭氧氧化對(duì)二級(jí)出水色度的平均去除率可達(dá)到53.7%。

3.4 對(duì)濁度的去除

臭氧氧化對(duì)二級(jí)出水濁度的去除情況見圖4。

二級(jí)出水濁度為（2.8～15.7） NTU，平均值為7.4 NTU，經(jīng)過臭氧氧化后濁度降為（1.5 ～ 10.8） NTU，出水濁度的平均值為5.0 NTU。臭氧氧化對(duì)二級(jí)出水濁度的去除率平均可達(dá)到32.1%。

3.5 對(duì)NH3-N 的去除

臭氧氧化對(duì)二級(jí)出水NH3-N 的去除情況如5 所示。

二級(jí)出水NH3 - N 為（8.1～38.8） mg / L，平均值為22.8 mg / L，經(jīng)過臭氧氧化后NH3-N 降為（11.2～30.8） mg/L，出水NH3 - N 的平均值為14.6 mg / L。臭氧氧化對(duì)二級(jí)出水NH3 - N 的去除率平均可達(dá)到14.6%。

4 討論

當(dāng)進(jìn)水COD 最低為39.1 mg / L 時(shí)，臭氧氧化后出水COD 達(dá)到了25.9 mg / L，當(dāng)進(jìn)水COD 最高達(dá)到133.9 mg / L 時(shí)，出水COD 達(dá)到了98.2 mg / L。臭氧氧化出水COD 雖然平均值為51.0 mg / L，隨著進(jìn)水COD的上升，其出水COD 值也隨著上升。臭氧與水中的有機(jī)物反應(yīng)是極其復(fù)雜的，通常是通過2 條途徑來進(jìn)行，即臭氧的直接氧化反應(yīng)和臭氧分解產(chǎn)生羥基自由基的間接反應(yīng)。臭氧氧化可將水中部分有機(jī)物直接徹底氧化為CO2和H2O，表現(xiàn)為直接去除COD 的作用；臭氧氧化亦能夠改變有機(jī)物的結(jié)構(gòu)特性，雖然有機(jī)物總量不會(huì)有所改變，但是大分子有機(jī)物降解為可生物降解的有機(jī)物，為臭氧氧化與其他生物處理工藝的組合創(chuàng)造了條件。在本試驗(yàn)條件下，單獨(dú)依靠臭氧氧化較難將二級(jí)出水的COD 降低到30 mg / L 以下。因此，將臭氧氧化與其他工藝（BAF、BAC 等）組合深度處理生活污水中的有機(jī)物將變得至關(guān)重要。

水中的色度主要由溶解性有機(jī)物、懸浮膠體、鐵錳和顆粒物引起的，致色有機(jī)物的特征結(jié)構(gòu)是帶雙鍵和芳香環(huán)，臭氧通過與不飽和官能團(tuán)反應(yīng)、破壞這些官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)而去除真色；同時(shí)臭氧可氧化鐵、錳等無機(jī)呈色離子，最終達(dá)到去除真色的目的。本試驗(yàn)條件下，臭氧氧化后出水色度的平均值為27.4 度，試驗(yàn)期間還出現(xiàn)了臭氧氧化出水色度為0 度的情況。可見，臭氧氧化對(duì)色度有較好的處理效果。

UV254主要反映了水中具有共軛雙鍵結(jié)構(gòu)的有機(jī)物(如酚類、多環(huán)芳烴、芳香酮、芳香醛等) 的多少，臭氧的強(qiáng)氧化作用可使不飽和雙鍵斷開，苯開環(huán)，使大多數(shù)含有共軛雙鍵結(jié)構(gòu)的有機(jī)物結(jié)構(gòu)破壞，最終使UV254降低。本次試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在該試驗(yàn)條件下，臭氧氧化對(duì)UV254的去除能力較差，平均去除率僅為22.0%，這與相關(guān)文獻(xiàn)中關(guān)于臭氧氧化能夠很好地去除UV254的結(jié)論相悖。

濁度是水中懸浮物及膠體濃度的一個(gè)替代參數(shù)。臭氧氧化對(duì)進(jìn)水濁度的去除并不穩(wěn)定，有一定的波動(dòng)，有時(shí)出現(xiàn)臭氧氧化后出水的濁度反而升高的現(xiàn)象，呈現(xiàn)負(fù)去除。投加臭氧氧化后濁度變化不明顯，只是有了稍微的降低。臭氧本身并不能去除濁度，但具有微絮凝作用，分析其原因可能是臭氧氧化使水中的懸浮固體、膠體雜質(zhì)以及病菌微生物等引起濁度的物質(zhì)經(jīng)臭氧氧化后發(fā)生聚集形成絮體，使得水中的固體顆粒物的微粒濃度減少，這樣使得臭氧氧化出水濁度出現(xiàn)降低。臭氧是強(qiáng)氧化劑，它可以改變水中懸浮固體顆粒表面的電荷使其大小、形狀、表面特性都發(fā)生變化，大分子有機(jī)物變?yōu)樾》肿佑袡C(jī)物，微小顆粒聚集形成絮體，從而促使?jié)岫壬摺３粞醯奈⑿跄?yīng)有助于有機(jī)膠體脫穩(wěn)聚集而有利于顆粒物混凝沉淀，從而使水中的濁度降低。

臭氧氧化對(duì)NH3-N 的去除效果較差，平均去除率僅為14.6%，甚至出現(xiàn)負(fù)去除的情況，可能原因是臭氧能把有機(jī)氮氧化為NH3 - N，從而使NH3 - N 值升高。因此，單獨(dú)依靠臭氧氧化很難將二級(jí)出水中的NH3-N 去除。

試驗(yàn)中的臭氧投加量和臭氧氧化反應(yīng)時(shí)間一直保持恒定，并沒有對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化。如果根據(jù)水質(zhì)情況適當(dāng)調(diào)整臭氧投加量和氧化反應(yīng)時(shí)間，也會(huì)使臭氧氧化后的出水水質(zhì)提高。

5 結(jié)論

采用臭氧氧化工藝對(duì)生活污水的二級(jí)出水進(jìn)行深度處理，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，臭氧氧化對(duì)COD、UV254、色度、濁度、NH3 - N 5 個(gè)水質(zhì)指標(biāo)的平均去除率分別為30.3%、22.0%、53.7%、32.1%、14.6%。單獨(dú)依靠臭氧氧化工藝很難將二級(jí)出水的上述5 個(gè)水質(zhì)指標(biāo)降低到較低水平，需要與其他工藝進(jìn)行組合，以達(dá)到更好的出水水質(zhì)。臭氧氧化工藝的運(yùn)行參數(shù)應(yīng)隨著進(jìn)水水質(zhì)的變化做相應(yīng)變動(dòng),為此應(yīng)對(duì)臭氧投加量、臭氧氧化反應(yīng)時(shí)間、曝氣方式等條件等進(jìn)行優(yōu)化。

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作者簡(jiǎn)介：吳春光（1978—），男，碩士研究生。