预氧化在水处理中的应用

预氧化在污水处
理中的应用
在常规废水处理技术都是混凝沉淀(或气浮)法与生物法的多种方式的组合，由于生物法的多种变种，所衍生出多种处理方式。

随着新型有机和无机高分子絮凝剂的应用，采用混凝沉淀法不仅可有效地去除废水中的SS和色度，也能除去大部分COD物质。

化学氧化法越来越受到人们的重视，结合混凝沉淀法，在废水处理中也得到广泛的运用。

氧化有机物是氧化技术在水和废水领域中的主要应用，在与混凝沉淀法结合时，作为预氧化手段，提高混凝沉淀效果，强化化学处理的目的。

目前采用较多的有：KMnO4、二氧化氯以及臭氧，分别加以介绍或案例说明。

当然还有NaClO、Feton试剂(H2O2+Fe2+)等氧化剂。

一、KMnO4预氧化——混凝法在废水处理中的运用优于絮凝沉降法
高锰酸钾的氧化性较强，常用于消毒等方面，我们在水处理方面利用其强氧化性，预氧化水中的有机物，提高水处理的效果，通过实验了解。

搅拌烧杯中废水的同时加入化学氧化剂，反应至规定的时间后，再按混凝沉淀法的最佳工艺条件进行处理。

经过多次测试：
项目悬浮物
(mg/L)
浊度
(度)
色度
(倍)
pH值
CODCr
(mg/l)
BOD5
(mg/l)
CODCr
去除(%)
BOD5
去除(%)
原废水615 183 400 6.79 609.0 252.0 - - 絮凝
沉降法
6.0 2 2 6.35 169.2 72.9 72.2 71.1
预氧
化-混凝法
3.5 0 无 6.00 65.3 25.9 89.3 89.7
通过对比试验表明，这种预氧化可以结合现有絮凝沉降系统进行运用，可以在原有设施基础上，增加少量投资既能提高处理效果。

二、二氧化氯氧化法：
二氧化氯氧化法的基本原理是在催化剂存在的条件下,利用二氧化氯的强氧化性,在常温常压下催化氧化废水中的有机污染物质,在降解COD的过程中,打断有机分子中的基团,如偶氮基、硝基、硫化羰基、碳亚氨基等,达到裂解为小分子的目的,有效提高BOD5/COD的值。

二氧化氯遇水迅速分解,生成多种强氧化剂——HClO、HClO2、Cl2、H2O2等,并能产生多种氧化能力极强的活性基团(即自由基),这些自由基能激发有机物分子中活泼氢,通过脱氢反应生成Ｒ·白由基,成为进一步氧化的诱发剂;还能通过逐基取代反应将芳烃上的-SO2H、-NO2等基团取代下来,生成不稳定的逐基取代中间体,此羧基取代中间体易于发生开环裂解,直至完全分解为无机物;此外ClO2还能将还原性物质如S-2等氧化。

ClO2在污水处理应用中，对污染物有一定的去除效率，主要是初步裂解有机物大分子，为后续处理的生物做准备。

三、臭氧及运用
（1）臭氧及其作用原理
臭氧（化学分子式O3）是一种由三个氧原子组成的有草鲜味的淡蓝色气体，自然界中的臭氧主要存在于地球表面1．2－3．5万米的高空中，在太阳紫外线作用下形成一个臭氧层。

是屏蔽地球表面上生物不受紫外线侵害的保护层。

它可吸收90％的紫外线，是人类的忠诚“卫士”，对维持地球的生态环境有着无法替代的功能。

臭氧是一种强氧化剂，臭氧与水分子接触时，会立即发生还原反应，产生单原子氧(O)和羟基OH：羟基自由基具有比臭氧分子更强的氧化能力，且反应无选择性，比次氯酸根（ClO¯）的氧化能力大10-100倍，杀菌性能大3125倍，O3→O2＋（O）
（O）＋H2O→2OH
羟基(OH)是一种催化剂，能使有机物发生连锁反应，可快速氧化分解污水中大量有机污染物。

OH＋RH→R.＋H2O
R.＋O2→RO2.
RO2.＋RH→ROOH＋R
ROOH→CO2
（2）臭氧的杀菌、消毒效果：
1）杀菌消毒；
2）解毒：臭氧能通过氧化反应有效去除有毒气体，如CO、SO2、芥子气等。

溶于水中的臭氧可氧化、分解有害物质，从而有效去除水中的有毒物质如重金属离子、有机毒物、氰化物、硫化物以及敌敌畏、氧化乐果、马拉硫酸等农药；
3）防护保鲜；
4）除臭、除异味。

自然界引起臭味与腐败味的主要成分是氨、硫化氢、甲硫醇、二甲硫化物、二甲二硫化物等，臭氧可以与它们发生化学反应将其氧化分解为无毒、无臭的物质，从而达到除臭的效果。

（3）臭氧在水处理中的预氧化作用
臭氧在饮用水处理中的应用已经有一百多年的历史。

但是由于其技术复杂、成本昂贵，使应用受到限制。

经过近二十年的研究和实践，以臭氧为主组成的复合应用技术，以其良好的处理效果成为给水深度净化技术的首选。

采用臭氧化、强化混凝和生物处理等技术来达到水质要求。

某自来水厂利用预氧化处理案例
1、工艺流程：
·预臭氧化
臭氧发生器设计采用5台(4用1备)，臭氧发生量149kg／h。

臭氧接触室共4座，单池尺寸为30×9×6m，臭氧投加量1.0-2.0mg／l，停留时间5min，尾气由接触室顶部集中抽送到臭氧尾气破坏装置中，将尾气中臭氧降至0.1 mg／l以下，排入大气。

·混凝
快速混合池共8个，混凝剂投量为：阳离子聚合物1.3 mg／l，三氯化铁1.1 mg／l。

混合时间0．86s。

絮凝池36个，停留时间10 min。

·过滤
滤池24只，单池面积130m2，无烟煤滤料，厚度1.83 m，有效粒径1.5mm，均匀系数1.5。

采用3段式气水混合反冲洗：首先气水同时冲洗，通气时间1min，冲洗强度20 l/(s·m2)，水冲2 min，冲洗强度6.8 l/(s·m2)；然后单水高速反冲5 min，冲洗强度17 l/(s·m2)；最后低强度漂洗2 min，冲洗强度15 l/(s·m2)。

冲洗效果良好，滤料表面不易结块，滤层不形成泥球。

·消毒
由于预臭氧化的作用，最后消毒时，三卤甲烷大大减少。

4台加氯机容量124kg／h，最大加氯量5.6mg/l。

2、出水水质
水厂处理前后的水质指标见表。

由浊度、三卤甲烷生成势、总有机碳等项指标来衡量，该水厂的出水优良。

（4）、臭氧化技术特点与应用效果
运行经验充分证实，臭氧除了可有效地控制嗅、味与色度和控制消毒副产物以外，臭氧化通过微絮凝和消毒灭菌，在水厂处理工艺中发挥着至关重要的作用。

·微絮凝作用
与预加氯比较，臭氧有助于加快絮凝(絮凝时间从20min缩短到10min)，相应地絮凝池的数目减少了—半；臭氧能提高滤池过滤速度，过滤速率由22m/h
增加到33m/h，相应所需过滤装置的数目则降低了三分之一；延长了反洗周期之间的过滤装置运行时间，降低了反洗所需的用水量，减少所需反洗设备的规模；臭氧可降低凝聚剂的用量，所需的化学凝聚剂减少了33％，并且减少了过滤装置反洗污泥。

·消毒灭菌
在水厂控制贾第虫和病毒的多道屏障中，臭氧首当其冲。

根据美国环保局地表水处理规定进行测算，臭氧对贾第虫的平均灭活率达0.8个数量级以上。

臭氧与后加氯共同作用可以达到杀灭贾第虫1个数量、杀灭病菌3个数量级。

同时，控制水中颗粒数量的试验表明，如果将臭氧关闭，代之以预氯化，滤后水中的颗粒数量将增加5倍。

此外，臭氧化使后消毒的氯需求减少了50％。

四、预氧化处理——混凝法工艺在酒钢污水中的思考与建议
酒钢污水处理厂污水在调节池中虽然进行“曝气、氧化”处理，但其主要作
用只是将污水进行均匀、混合，同时将污水中可溶的Fe2+氧化成Fe3+，在加入石灰乳液使其PH提高后形成氢氧化铁胶（絮）体参与絮凝反应，不能氧化分解大分子有机物；根据我司这几天对酒钢污水处理厂污水进行“烧杯混凝对比试验”发现，在相同水质及石灰、絮凝剂、助凝剂投加量的条件下，用臭氧进行预处理后其水中“矾花”颗粒要比没经过预氧化处理的“矾花”颗粒大、其絮体沉降速度快，“上清液”的COD含量也要低。

根据上述案例以及我们在酒钢的“烧杯试验”效果以及酒钢污水对COD的去除还要进一步提高的要求，我们可以对酒钢污水的氧化剂投加点及运行方式做出相关调整，即：在污水进水端设置臭氧发生器装置或利用现有二氧化氯发生装置，通过现场模拟试验计算好臭氧或二氧化氯的消耗量，通过臭氧或二氧化氯与废水的充分混合，利用其产生的羟基自由基氧化水中的铁等金属元素，与所投加的混凝剂共同作用，增强絮凝效果，同时降低混凝剂投加量，提高系统运行效果。

预氧化处理——混凝法在酒钢污水处理厂运用有以下优点：
1、由于在进入混合池之前对污水进行了“预氧化”处理，有效地将水中有机物的链键打断，并将水中可溶的Fe2+氧化成可参与混凝的氢氧化铁胶体，有利于对有机物的混凝效果、增大了“矾花”体积、降低了絮凝剂的用量；
2、预氧化用的氧化剂分解产物——羟基具有很强的杀菌灭藻作用，能有效地防止V型滤池滤料中截污物微生物的滋生与膨胀，在滤池进水水质不变的条件下可延长滤池反洗周期与周期制水量，降低滤池出水COD含量，提高出水水质；
3、由于减少了滤池滤料中截污物微生物的滋生与膨胀现象，也减少了滤料颗粒之间因微生物产生的“粘连”现象，使得滤池反洗更彻底，减少了滤池反洗导致“跑沙”现象，降低了滤池滤料的“损失”。