摘要：對臭氧氧化深度處理生活污水進行了長期試驗，以評價臭氧氧化對生活污水深處理的效能。研究結果表明，當臭氧投加量16 mg / L、臭氧氧化時間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，臭氧氧化對上述5 個水質指標的平均去除率分別為30.3%、22.0%、53.7%、32.1%、14.6%。單獨依靠臭氧氧化技術很難將上述5 個水質指標降低到較低水平，因此，需要將臭氧氧化作為預處理技術與其他工藝進行組合，利用組合工藝對再生水進行深度處理將有廣闊的發展前景。

關鍵詞：臭氧氧化 生活污水 污水回用

中圖分類號X703 文獻標志碼A 文章編號1673-4637（2010）04-0008-03

我國城市缺水已經成為阻礙和制約經濟持續發展的重要因素[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，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物徹底氧化為無機物，還可以改變水中有機物的結構和性質，使有機物分子量的分布發生變化。臭氧氧化作為給水或污水的深度處理技術或作為生化處理的預處理技術受到人們的廣泛關注[2-5]。

城鎮污水經二級生化處理以后，水中殘留的有機物大多是難于生物降解的有機物。臭氧氧化能夠改變難于生物降解化合物的結構使其斷裂成更小的分子，提高二級出水中有機物的可生化性，可與后續的曝氣生物濾池（BAF）或生物活性炭濾池（BAC）組合成O3-BAF 或O3-BAC 組合工藝，經過后續工藝的進一步處理，可使水質得到進一步提高。

本課題組也對臭氧氧化深度處理生活污水進行了試驗研究，以分析和評價臭氧氧化對二級出水中COD、UV254、濁度、色度和氨氮等指標的去除能力，為該工藝在工程實踐中的應用提供技術參考，為選擇合適的后續處理工藝提供技術參數和理論依據。

1 試驗流程及試驗方法

1.1 試驗流程

試驗用水為北京某小區的生活污水。通過調節SBR 反應器的運行參數來調整二級出水水質。

經過SBR 反應器（覫500 mm×2 000 mm）處理后的二級出水置于水箱（80 cm×50 cm×110 cm）中保存備用。臭氧發生器（CF - G - 3 - 010G 型）以空氣作為氣源。打開冷卻水閥和空氣進氣閥，通電后臭氧發生器開始工作，進氣量可由流量計進行控制，所產生的臭氧通過曝氣頭進入臭氧接觸反應池，蠕動泵將水箱中的二級出水抽到臭氧反應池，臭氧與二級出水在池內接觸、反應。臭氧產生的尾氣外排到大氣中。

1.2 分析項目及分析方法

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

2 試驗結果

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

2.1 對COD 的去除

臭氧氧化對COD 的去除情況如圖1 所示。

二級出水COD 為（39.1～133.9） mg / L，平均值為73.4 mg / L，經過臭氧氧化后COD 降為（ 25.9 ～98.2） mg / L，出水COD 的平均值為51.0 mg / L。臭氧氧化對二級出水COD 的去除率平均可達到30.3%。

3.2 對UV254的去除

臭氧氧化對二級出水中UV254的去除情況見圖2。

二級出水UV254為（0.104 ～ 0.262） cm-1，平均值為0.180 cm-1，經過臭氧氧化后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UV254的去除率平均可達到22.0%。

3.3 對色度的去除

臭氧氧化對二級出水色度的去除情況如圖3 所示。

二級出水色度為（33.1 ～ 92.5）度，平均值為56.1度，經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。臭氧氧化對二級出水色度的平均去除率可達到53.7%。

3.4 對濁度的去除

臭氧氧化對二級出水濁度的去除情況見圖4。

二級出水濁度為（2.8～15.7） NTU，平均值為7.4 NTU，經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。臭氧氧化對二級出水濁度的去除率平均可達到32.1%。

3.5 對NH3-N 的去除

臭氧氧化對二級出水NH3-N 的去除情況如5 所示。

二級出水NH3 - N 為（8.1～38.8） mg / L，平均值為22.8 mg / L，經過臭氧氧化后NH3-N 降為（11.2～30.8） mg/L，出水NH3 - N 的平均值為14.6 mg / L。臭氧氧化對二級出水NH3 - N 的去除率平均可達到14.6%。

4 討論

當進水COD 最低為39.1 mg / L 時，臭氧氧化后出水COD 達到了25.9 mg / L，當進水COD 最高達到133.9 mg / L 時，出水COD 達到了98.2 mg / L。臭氧氧化出水COD 雖然平均值為51.0 mg / L，隨著進水COD的上升，其出水COD 值也隨著上升。臭氧與水中的有機物反應是極其復雜的，通常是通過2 條途徑來進行，即臭氧的直接氧化反應和臭氧分解產生羥基自由基的間接反應。臭氧氧化可將水中部分有機物直接徹底氧化為CO2和H2O，表現為直接去除COD 的作用；臭氧氧化亦能夠改變有機物的結構特性，雖然有機物總量不會有所改變，但是大分子有機物降解為可生物降解的有機物，為臭氧氧化與其他生物處理工藝的組合創造了條件。在本試驗條件下，單獨依靠臭氧氧化較難將二級出水的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物將變得至關重要。

水中的色度主要由溶解性有機物、懸浮膠體、鐵錳和顆粒物引起的，致色有機物的特征結構是帶雙鍵和芳香環，臭氧通過與不飽和官能團反應、破壞這些官能團的結構而去除真色；同時臭氧可氧化鐵、錳等無機呈色離子，最終達到去除真色的目的。本試驗條件下，臭氧氧化后出水色度的平均值為27.4 度，試驗期間還出現了臭氧氧化出水色度為0 度的情況。可見，臭氧氧化對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構的有機物(如酚類、多環芳烴、芳香酮、芳香醛等) 的多少，臭氧的強氧化作用可使不飽和雙鍵斷開，苯開環，使大多數含有共軛雙鍵結構的有機物結構破壞，最終使UV254降低。本次試驗數據表明，在該試驗條件下，臭氧氧化對UV254的去除能力較差，平均去除率僅為22.0%，這與相關文獻中關于臭氧氧化能夠很好地去除UV254的結論相悖。

濁度是水中懸浮物及膠體濃度的一個替代參數。臭氧氧化對進水濁度的去除并不穩定，有一定的波動，有時出現臭氧氧化后出水的濁度反而升高的現象，呈現負去除。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、膠體雜質以及病菌微生物等引起濁度的物質經臭氧氧化后發生聚集形成絮體，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降低。臭氧是強氧化劑，它可以改變水中懸浮固體顆粒表面的電荷使其大小、形狀、表面特性都發生變化，大分子有機物變為小分子有機物，微小顆粒聚集形成絮體，從而促使濁度升高。臭氧的微絮凝效應有助于有機膠體脫穩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NH3-N 的去除效果較差，平均去除率僅為14.6%，甚至出現負去除的情況，可能原因是臭氧能把有機氮氧化為NH3 - N，從而使NH3 - N 值升高。因此，單獨依靠臭氧氧化很難將二級出水中的NH3-N 去除。

試驗中的臭氧投加量和臭氧氧化反應時間一直保持恒定，并沒有對反應條件進行優化。如果根據水質情況適當調整臭氧投加量和氧化反應時間，也會使臭氧氧化后的出水水質提高。

5 結論

采用臭氧氧化工藝對生活污水的二級出水進行深度處理，經過長時間的運行，臭氧氧化對COD、UV254、色度、濁度、NH3 - N 5 個水質指標的平均去除率分別為30.3%、22.0%、53.7%、32.1%、14.6%。單獨依靠臭氧氧化工藝很難將二級出水的上述5 個水質指標降低到較低水平，需要與其他工藝進行組合，以達到更好的出水水質。臭氧氧化工藝的運行參數應隨著進水水質的變化做相應變動,為此應對臭氧投加量、臭氧氧化反應時間、曝氣方式等條件等進行優化。

參考文獻

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作者簡介：吳春光（1978—），男，碩士研究生。