臭氧氧化與海藻酸鈉混凝處理微污染水的研究*

沈程程

（廈門大學(xué) 嘉庚學(xué)院，福建 漳州 363105）

微污染水是指被一些超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3828-2002）III 類標(biāo)準(zhǔn)的部分物理、化學(xué)以及微生物指標(biāo)污染的水體。這種類型的水含有較多重污染物，性質(zhì)也較為復(fù)雜，但濃度較低，通過適當(dāng)?shù)奶幚砜梢赃_(dá)到中水回用的目的。目前，國內(nèi)微污染水處理主要是采用預(yù)處理技術(shù)、強(qiáng)化常規(guī)工藝技術(shù)和深度處理技術(shù)[1]等組合工藝的方式進(jìn)行。Qianshu Sun[2]的研究表明，強(qiáng)化混凝可對微污染水中的天然有機(jī)物有明顯的作用。本實驗以廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院中區(qū)外河流內(nèi)微污染湖水為處理對象，通過多因素正交實驗，研究臭氧-海藻酸鈉組合工藝對微污染水水質(zhì)處理效果的影響，以色度、濁度、CODMn和磷酸鹽4 項指標(biāo)來判斷3 種工藝的處理效果。

1 實驗部分

1.1 實驗對象

本實驗選用的原水為廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院中區(qū)外南太武高爾夫鄉(xiāng)村俱樂部旁微污染湖水。試驗水質(zhì)基本情況見表1。

表1 試驗水質(zhì)情況Tab.1 Water quality of the experiment

1.2 儀器

pHS-25 精密pH 計（上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司）；SGZ-2P 微機(jī)濁度儀（上海悅豐儀器儀表有限公司）；VIS-7220 型可見分光光度計（北京瑞利分析儀器公司）；JJ-4A 六聯(lián)數(shù)顯同步電動攪拌器（金壇市城東新瑞儀器廠）；電子天平（德國賽多利斯集團(tuán)）。

1.3 檢測方法

本實驗所用的檢測方法見表2。

表2 檢測方法Tab.2 Detection methods

本實驗通過設(shè)置不同的O3投加量、O3接觸時間、海藻酸鈉投加量、混凝時間，設(shè)置了四因素三水平正交試驗，通過對各項指標(biāo)的分析確定出最優(yōu)組合。因素水平表和實驗設(shè)計表見表3、4。

表3 因素水平表Tab.3 Orthogonal factors

表4 四因素三水平正交實驗設(shè)計Tab.4 Four factors and three levels orthogonal experiment design

2 結(jié)果與討論

為了優(yōu)化臭氧預(yù)氧化+海藻酸鈉混凝的組合工藝條件，設(shè)計了一組四因素三水平正交試驗，確定O3投加量、O3氧化時間、海藻酸鈉投加量和混凝時間為正交試驗的4 個因素，各因素均取3 水平。以色度、濁度、CODMn和磷酸鹽作為判斷處理效果的指標(biāo)，其結(jié)果分析見表5。

2.1 組合工藝對色度的影響

組合工藝對色度的影響見表5。

表5 正交實驗數(shù)據(jù)結(jié)果Tab.5 Results of orthogonal experiment data

由表5 可知，影響臭氧預(yù)氧化+海藻酸鈉強(qiáng)化混凝效果的影響從大到小依次為O3投加量、O3氧化時間、混凝時間、海藻酸鈉投加量。海藻酸鈉投加量的影響相對較小，理論上海藻酸鈉最佳投加量為1.67mg·L-1，當(dāng)投加量增加時，礬花形成較快，但其結(jié)構(gòu)較為疏松，礬花也較小，沉降性能較差。各因素水平的均值可表明，本實驗中各個因素最佳的水平條件為O3投加量為0.5mg·L-1、O3氧化時間為25min、海藻酸鈉投加量為1.33mg·L-1、混凝時間為10min。

2.2 組合工藝對濁度的影響

由表6 可知，O3投加量、O3氧化時間、海藻酸鈉投加量、混凝時間的極差分別為50.47、13.4、6.30、11.91，由此可以得出，這4 個因素對臭氧預(yù)氧化+海藻酸鈉強(qiáng)化混凝效果的影響從大到小依次是：O3投加量、O3氧化時間、混凝時間、海藻酸鈉投加量。這一結(jié)果與對色度的處理效果相同，海藻酸鈉的投加量在組合工藝中發(fā)揮作用較小的原因可能在于水體中本身存在著較多的微生物絮凝劑，這些微生物的絮凝機(jī)理是在氫鍵作用下的吸附架橋機(jī)理[3]，而海藻酸鈉的加入主要影響混凝劑的吸附架橋能力，海藻酸鈉的吸附架橋作用會迅速與微絮體發(fā)生吸附作用，影響其混凝效果[4]。

表6 正交實驗數(shù)據(jù)結(jié)果Tab.6 Results of orthogonal experiment data

2.3 組合工藝對CODMn 的影響

通過正交試驗得到如表8 的實驗數(shù)據(jù)，對去除CODMn的實驗結(jié)果進(jìn)行極差分析。O3投加量的極差為3.33，O3氧化時間的極差為6.32，海藻酸鈉投加量的極差為2.18，混凝時間的極差為4.14，因此，影響CODMn去除效果的因素主次分別為O3氧化時間、混凝時間、O3投加量、海藻酸鈉投加量。

表7 正交實驗數(shù)據(jù)結(jié)果Tab.7 Results of orthogonal experiment data

表8 正交實驗數(shù)據(jù)結(jié)果Tab.8 Results of orthogonal experiment data

O3氧化時間對去除CODMn的影響存在快速反應(yīng)階段和慢速反應(yīng)階段[5]，由于實驗反應(yīng)時間均少于40min，所以整個預(yù)氧化階段都屬于快速反應(yīng)階段，在此階段污染物主要通過O3直接反應(yīng)去除，所以對CODMn的處理效果較好。對于去除廢水中的CODMn來說，正交條件下的最適合條件為：O3投加量為1mg·L-1，O3氧化時間為35min，海藻酸鈉投加量為1.2mg·L-1，混凝時間為10min。

2.4 組合工藝對磷酸鹽的影響

由表8 可知，在所有設(shè)計的水平因素中，磷酸鹽的去除率在38.13%～68.28%之間，其中O3投加量的影響最大，4 個因素的主次關(guān)系分別為O3投加量、海藻酸鈉投加量、混凝時間、O3氧化時間，對于去除微污染水中的磷酸鹽來說，正交條件下的最適合水平為：O3投加量為0.5mg·L-1，O3氧化時間為35min，海藻酸鈉投加量為2.5mg·L-1，混凝時間為20min。

3 結(jié)論

通過正交試驗研究臭氧氧化-強(qiáng)化混凝工藝對微污染水的處理效果研究發(fā)現(xiàn)，臭氧預(yù)氧化與強(qiáng)化混凝聯(lián)合使用后，當(dāng)O3投加量為0.5mg·L-1，O3氧化時間為25min，海藻酸鈉投加量為1.67mg·L-1，混凝時間為15min 時，組合工藝對微污染水的各項指標(biāo)的處理效果較好。同時海藻酸鈉作為混凝劑與其他混凝劑相比，雖然效果較其他有機(jī)混凝劑或生物處理工藝低一些，但海藻酸鈉具有穩(wěn)定、價格低的優(yōu)點(diǎn)，對處理微污染水源有著一定的經(jīng)濟(jì)價值。