臭氧混凝互促增效机制及其在污水深度处理中的应用

发布时间：2020-06-26 09:26

【摘要】：近年来,污水厂二级处理水中较高的残余有机物浓度以及复杂的污染物种类,使得常规混凝-沉淀-过滤工艺在污水深度处理和再生利用过程中的局限性日益凸显。对此,通过臭氧预氧化提升常规处理工艺效率的做法逐渐引起人们的重视。然而,预臭氧工艺对于混凝效果的提升往往受臭氧投加量以及有机物种类分布与含量的限制。基于此,本研究以西安某A2O工艺为主体的城市污水处理厂为研究对象,分析表征了城市污水处理厂二级出水溶解性有机物特性,研究了臭氧与二级出水溶解性有机物的化学反应过程,探讨了臭氧预氧化对常规工艺效果的影响,从而建立了臭氧混凝互促增效反应体系,研发了基于臭氧混凝增效机制的微气泡臭氧气浮一体化工艺,并将其应用于污水深度处理中,研究结果对于丰富污水深度处理工艺和强化污水再生利用效率提供了理论依据与应用基础。论文的主要研究内容及主要成果如下:(1)通过XAD-8树脂对二级出水溶解性有机物进行分级表征,结果表明,HOA(疏水性酸性有机物)和HON(疏水性中性有机物)为其主要成分,其中腐殖质类物质含量较多,含有较多的苯环碳、脂肪碳和羧基碳,分子量主要分布在500~1000 Da。HOB(疏水性碱性有机物)和HI(亲水性有机物)组分含量相对较少,主要以蛋白类物质为主,以脂肪碳有机物为主,分子量主要分布在0.01~100 kDa。(2)在臭氧氧化的过程中,疏水性组分特别是HOA和HON均有向HI组分转化的趋势,而且HOA在低臭氧投加量时会优先转化为HON,随后HON进一步转化为HI组分。臭氧氧化会降低疏水性腐殖质类及蛋白类物质的荧光强度,破坏芳香性官能团构造以提高HON组分中脂肪碳和羰基碳的含量。研究结果表明,臭氧与有机物的反应具有显著的选择性,即臭氧易于与HON反应,随后才会与HOA反应,且臭氧易于与分子量小于10 kDa的疏水性蛋白类荧光物质发生反应。(3)针对传统混凝-沉淀-过滤深度处理工艺对溶解性有机物的去除效果有限,以及预臭氧氧化改善混凝效果受臭氧投加量影响显著的问题,建立了复合式臭氧混凝耦合反应体系(Hybrid Ozonation-Coagulation,HOC),使混凝和臭氧氧化在一个体系内同时作用,并利用铝盐混凝剂中的金属离子实现臭氧的催化效应以产生大量羟基自由基(?OH),进而强化有机物的臭氧氧化反应效率。研究表明,PAC在HOC体系中比AlCl3?6H2O产生更多的羟基自由基。对于两种混凝剂而言,在不同pH条件下,臭氧氧化后Alb的含量都有所升高,Alb中主要以Al13为主,Al13含量的提高可以强化有机物的混凝效率。因此,在HOC反应体系中,存在臭氧和混凝剂之间的互促增效机制。(4)基于臭氧与混凝剂的互促增效机制,提出了微气泡臭氧溶气气浮工艺(DOF),该工艺结合了臭氧氧化与气浮两种工艺,可在一个反应器内实现臭氧氧化、混凝、气浮固液分离与消毒等多个水处理反应过程。针对有机物和悬浊质去除及消毒效果进一步强化的需求,充分利用DOF工艺不能溶解的多余臭氧气体和DOF气浮柱的水位差,分别提出了多级臭氧气浮(DOIF)和微滤膜臭氧气浮(MDOF)改进工艺,实现了在不增加占地面积和在没有高压泵抽吸的情况下膜过滤产水,降低了污水深度处理的能耗,有效提升了浊度的去除和消毒效果。同时,由于臭氧的氧化作用,MDOF工艺中微滤膜的膜污染问题得到缓解,延长了膜组件的清洗周期。
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703
【图文】：

城市水系,社会,渠道

水的社会循环[6]

分子量分布,二级出水,污水厂,图谱

2.3.3二级出水溶解性有机物分子量分布在进行二级出水分子量分布分析时，采用荧光检测器，根据图2.3所示EEM图谱，选择检测激发和发射波长分别为Ex/Em 355/430 nm及Ex/Em 230/340 nm来表示腐殖质类及蛋白类物质。由图2.4可以看出，腐殖质类物质的分子量分布较为集中，主要分布在分子量在500~1000 Da。对于蛋白类物质而言(图2.5)，其分子量分布较为广泛，在0.01~100 kDa均有分布。-10001002003004005006007008000 5 10 15 20 25Time (min)Intesnity图2.4二级出水中腐殖质类溶解性有机物分子量分布

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