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 嘉庚學院，福建 漳州 363105）

微污染水是指被一些超過《地表水環境質量標準》（GB3828-2002）III 類標準的部分物理、化學以及微生物指標污染的水體。這種類型的水含有較多重污染物，性質也較為復雜，但濃度較低，通過適當的處理可以達到中水回用的目的。目前，國內微污染水處理主要是采用預處理技術、強化常規工藝技術和深度處理技術[1]等組合工藝的方式進行。Qianshu Sun[2]的研究表明，強化混凝可對微污染水中的天然有機物有明顯的作用。本實驗以廈門大學嘉庚學院中區外河流內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處理效果的影響，以色度、濁度、CODMn和磷酸鹽4 項指標來判斷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嘉庚學院中區外南太武高爾夫鄉村俱樂部旁微污染湖水。試驗水質基本情況見表1。

表1 試驗水質情況Tab.1 Water quality of the experiment

1.2 儀器

pHS-25 精密pH 計（上海儀電科學儀器股份有限公司）；SGZ-2P 微機濁度儀（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 六聯數顯同步電動攪拌器（金壇市城東新瑞儀器廠）；電子天平（德國賽多利斯集團）。

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，設置了四因素三水平正交試驗，通過對各項指標的分析確定出最優組合。因素水平表和實驗設計表見表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計Tab.4 Four factors and three levels orthogonal experiment design

2 結果與討論

為了優化臭氧預氧化+海藻酸鈉混凝的組合工藝條件，設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，其結果分析見表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 正交實驗數據結果Tab.5 Results of orthogonal experiment data

由表5 可知，影響臭氧預氧化+海藻酸鈉強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，當投加量增加時，礬花形成較快，但其結構較為疏松，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 個因素對臭氧預氧化+海藻酸鈉強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理是在氫鍵作用下的吸附架橋機理[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生吸附作用，影響其混凝效果[4]。

表6 正交實驗數據結果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 的實驗數據，對去除CODMn的實驗結果進行極差分析。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 正交實驗數據結果Tab.7 Results of orthogonal experiment data

表8 正交實驗數據結果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階段和慢速反應階段[5]，由于實驗反應時間均少于40min，所以整個預氧化階段都屬于快速反應階段，在此階段污染物主要通過O3直接反應去除，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 結論

通過正交試驗研究臭氧氧化-強化混凝工藝對微污染水的處理效果研究發現，臭氧預氧化與強化混凝聯合使用后，當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混凝劑或生物處理工藝低一些，但海藻酸鈉具有穩定、價格低的優點，對處理微污染水源有著一定的經濟價值。