臭氧氧化技术深度处理市政污水实验研究

孙佳丽   ,孔祥星

610103198807222435

摘要：目前应用较为广泛的深度处理工艺有生物法、物化处理法和高级氧化法等。其中,臭氧氧化法是常见的高级氧化处理工艺之一,具有快速脱色、除臭、杀菌、无二次污染等优点。臭氧氧化法应用广泛,常作为污水厂后端的深度处理工艺来去除污水色度和难降解有机物,使出水达到排放标准。采用臭氧作为深度处理的主要技术是因为臭氧具有强氧化性,其生成的羟基自由基(·OH)氧化电位(2.85eV)仅次于氟(2.87eV),能直接或间接地氧化有机物,有效破坏水中难降解有机物的分子结构,将难降解物质分解为小分子有机物,提高出水的可生化性或进一步矿化有机物。

关键词：臭氧氧化技术；深度处理；市政污水；

引言

随着国家环保要求的不断提高，众多市政污水处理厂要求从国家一级A标准提高至地表水准IV类标准，即要求化学需氧量ρ(COD)≤30mg/L，氨氮ρ(NH+4－N)≤1．5mg/L。目前，污水处理厂提标改造为准IV类标准，常用工艺为臭氧催化氧化+曝气生物滤池组合工艺，但近几年臭氧污染备受关注，该工艺应用逐渐受限。电催化氧化技术是一种新型的高级氧化工艺，能够通过极板的直接氧化作用及羟基自由基(·OH)的间接氧化作用去除水中的有机物，具有反应迅速、效果明显、无副产物等优点。

1市政污水处理的重要作用

基于整体性的角度对市政污水问题进行探究，明确掌握市政污水处理以及回用工序的重要作用，充分的结合现阶段的水资源保护状况加以分析，可以看出虽然社会各界的日常生活水平得到了显著的提升，但由于生态环境遭到了严重的破坏，在短期之内虽然获得了良好的经济效益保障，基于长久化的发展角度进行考虑，可以看出对环境效益造成了不良影响，不利于保障生态环境治理工序的合理性。若无法针对污水问题予以有效处理，则会在持续的破坏影响下，降低了生态自然环境的保护水平，对社会经济的可持续发展带来了不良影响。为此，市政部门需要对污水处理等方面的工序予以高度的重视，除了开展此项处理工作之外，还需要针对已经处理完成的水资源加以应用，保证回用的总体效果。与此同时，在回收可用资源的过程中，还可以将其投入到其他行业的发展阶段，及时解决了水资源匮乏等方面的问题，有效提高了行业的发展水平。除此之外，市政部门还需要对相关资源进行整合，在先进技术的融合利用下，加大对污水的处理力度，通过对水资源的有效回收，不仅能够减少对污水的排放量，还可以在减轻污染的基础上，对有用物质予以全面的回收。

2臭氧氧化主要技术形式

2.1臭氧高级氧化

臭氧本身不稳定，能迅速分解成分子氧，利用率低。此外单独臭氧氧化对一些难溶化合物氧化效率低，因此臭氧与其他条件相结合的臭氧高级氧化法被应用于工业废水预处理。臭氧通过与H2O2、紫外线（UV）、催化剂等结合通过链反应机理产生羟基自由基（•OH）。它是一种高反应性和不稳定的化合物，具有比臭氧更高的氧化电位。由于•OH的不稳定性质，它会立即通过吸收丢失的电子而发生化学反应，从而变得稳定。•OH氧化有机物，反应速度快，反应直接，氧化更强烈，且没有选择性。

2.2催化臭氧氧化

催化臭氧化过程分为均相和非均相催化臭氧化过程，是通过使用催化剂来促进臭氧分解。均相催化臭氧化通常使用过渡金属离子（Fe2+、Cu2+、Mn2+、Co2+、Zn2+等）作为催化剂，臭氧被金属离子分解导致自由基的产生，有机分子和催化剂之间可以形成络合物，随后络合物被氧化。非均相催化臭氧化通常使用金属氧化物、负载金属氧化物和一些多孔材料（活性炭、沸石等）作为催化剂。

2.3臭氧直接氧化的机理

温度和pH值是影响臭氧在水中分解速率的主要原因，正常条件下温度升高，臭氧分解的速度也会加快。当温度达到373.15K以上时，分解速度就十分强烈了。并且当温度升高到543.15K以上时，臭氧会直接转化为氧气。pH值和分解速度也成正相关的关系。目前主要有两种反应方式（偶极加成反应和亲电取代反应）来直接使臭氧完成氧化过程。当臭氧的偶极结构与具有不饱和键的这一类有机物发生加成反应后，会直接实现氧化，这一反应过程称为偶极加成反应。

2.4曝气氧化沟处理工艺

氧化沟当中含有大量的活性污泥，属于常见的污水处理系统类型，曝气池属于封闭类型的沟渠。为此，曝气氧化沟处理工艺与传统形式的活性污泥污水处理方式之间有着较大的差异，氧化沟属于前后密接形式且相互连接的爆气沟渠，且此类沟渠具有循环性的特点，在具体的应用过程中，氧化沟的生物反应池当中会出现以闭合形式为主的曝气渠道，且此类渠道当中能够容纳大量的混合液时，混合液能够持续的处于连续循环的运作状态。氧化沟的内部设置了曝气和搅动等两方面的不同装置，借助此类装置能够对大量的污水进行控制，以反向的形式加大了对污水的控制力度，在一定程度上提高了曝气池内部物质的整体反应速度，基于持续化的动力搅拌形式对污水进行搅动处理。

3臭氧投加比对COD去除率的影响

当池体构造确定时,池内的臭氧投加方式是影响臭氧接触池反应效率的关键因素。实验过程中通过改变溶气装置中回流泵的运行功率来调整三段接触池中臭氧投加的比例。因后端2个反应池共用一个溶气装置,投加的臭氧量需要保持一致,所以目前选择3种投加比例,分别是3:1:1、2:1:1、1:1:1。针对选择的3种臭氧投加比来探究臭氧对有机物的去除情况,在变化范围约35~40mg/L的进水COD浓度条件下进行实验,设置最佳臭氧投加量10mg/L,结果如图1所示。

图1不同臭氧投加比对COD去除率的影响

从图1可以看出,随着反应时间的延长在3种投加比例情况下COD去除率持续升高,且投加比例越高,最终去除率越高。在臭氧投加比为3:1:1的条件下COD去除效果最好,去除率为42.9%,原因为臭氧接触池进水为连续砂滤池出水,水中有机物含量较高,在接触时间为20min内随着臭氧投加量的增加,去除有机物的效率也更高。且经过第一段接触反应池氧化反应后,第二、三段反应池中与臭氧反应的有机物含量随之减少。因此,在该时间段中,臭氧投加比为2:1:1、1:1:1时的COD去除率与投加比为3:1:1时相比略高。对比不同时间条件下3种投加比的曲线,结果表明去除效果最优比例为3:1:1,分析原因为在此投加比条件下,臭氧浓度较高,产生的羟基自由基浓度相对较高,更容易氧化水中的细菌和溶解性的有机物和被微小絮体包围的有机物;另一方面,在没有达到臭氧饱和浓度条件下,由于臭氧的半衰期较短,在经过第一段接触池中臭氧没有完全被利用,仍有部分剩余臭氧流入第二段接触池,进一步提高第二、三段接触池中臭氧浓度,从而提高臭氧的利用率。

结束语

臭氧氧化技术作为一种新型高级氧化技术在市政污水处理方面有很大的应用优势，它具有氧化效率高、不会引入其他杂质，无二次污染产生等优点，但也存在处理成本高，臭氧利用率低等问题。因此研究臭氧氧化技术与其他技术联用以提高处理效果、降低成本、增加适用性是今后臭氧氧化技术市政污水处理的研究重点。

参考文献

[1]高群丽,张耀宗,孙锦程,周淑香,王勇,张宁.臭氧氧化技术深度处理市政污水实验研究[J].华北理工大学学报(自然科学版),2022,44(03):103-110.

[2]松丽涛.臭氧氧化技术在工业废水处理中的应用[J].化工管理,2020(30):104-105.

[3]姜灵彦.臭氧氧化技术在水处理中的应用研究[J].风景名胜,2019(08):230.

[4]冯计安,邬亮.臭氧氧化技术在废水处理中的应用[J].化工设计通讯,2019,45(06):57+83.