摘要：对臭氧氧化深度处理生活污水进行了长期试验，以评价臭氧氧化对生活污水深处理的效能。研究结果表明，当臭氧投加量16 mg / L、臭氧氧化时间15 min，臭氧氧化后出水COD、UV254、色度、浊度、NH3-N 的平均值分别为51.0 mg / L、0.140 cm -1、27.4 度、5.0 NTU 和18.7 mg / L，臭氧氧化对上述5 个水质指标的平均去除率分别为30.3%、22.0%、53.7%、32.1%、14.6%。单独依靠臭氧氧化技术很难将上述5 个水质指标降低到较低水平，因此，需要将臭氧氧化作为预处理技术与其他工艺进行组合，利用组合工艺对再生水进行深度处理将有广阔的发展前景。

关键词：臭氧氧化 生活污水 污水回用

中图分类号X703 文献标志码A 文章编号1673-4637（2010）04-0008-03

我国城市缺水已经成为阻碍和制约经济持续发展的重要因素[1]，而城市污水深度处理与回用是缓解水资源紧张的有效措施。臭氧的氧化性（氧化还原电位为-2.07 V，仅次于氟）极强，是一种高效的无二次污染的绿色氧化剂。臭氧氧化不仅可以直接将一部分有机物彻底氧化为无机物，还可以改变水中有机物的结构和性质，使有机物分子量的分布发生变化。臭氧氧化作为给水或污水的深度处理技术或作为生化处理的预处理技术受到人们的广泛关注[2-5]。

城镇污水经二级生化处理以后，水中残留的有机物大多是难于生物降解的有机物。臭氧氧化能够改变难于生物降解化合物的结构使其断裂成更小的分子，提高二级出水中有机物的可生化性，可与后续的曝气生物滤池（BAF）或生物活性炭滤池（BAC）组合成O3-BAF 或O3-BAC 组合工艺，经过后续工艺的进一步处理，可使水质得到进一步提高。

本课题组也对臭氧氧化深度处理生活污水进行了试验研究，以分析和评价臭氧氧化对二级出水中COD、UV254、浊度、色度和氨氮等指标的去除能力，为该工艺在工程实践中的应用提供技术参考，为选择合适的后续处理工艺提供技术参数和理论依据。

1 试验流程及试验方法

1.1 试验流程

试验用水为北京某小区的生活污水。通过调节SBR 反应器的运行参数来调整二级出水水质。

经过SBR 反应器（覫500 mm×2 000 mm）处理后的二级出水置于水箱（80 cm×50 cm×110 cm）中保存备用。臭氧发生器（CF - G - 3 - 010G 型）以空气作为气源。打开冷却水阀和空气进气阀，通电后臭氧发生器开始工作，进气量可由流量计进行控制，所产生的臭氧通过曝气头进入臭氧接触反应池，蠕动泵将水箱中的二级出水抽到臭氧反应池，臭氧与二级出水在池内接触、反应。臭氧产生的尾气外排到大气中。

1.2 分析项目及分析方法

COD：快速COD 测定仪；NH3 - N：纳氏试剂分光光度法；浊度：SZD - 1 型散射光浊度仪；色度：铂钴标准比色法，波长350 nm；臭氧浓度：碘量法；UV254：UV - 1 700 紫外分光光度计；pH：便携式pH 计。

2 试验结果

试验条件：臭氧投加量16 mg / L，臭氧与水的接触时间为15 min。进水流量为7.8 L / h，试验期间水温（11.0～20.0）℃。

2.1 对COD 的去除

臭氧氧化对COD 的去除情况如图1 所示。

二级出水COD 为（39.1～133.9） mg / L，平均值为73.4 mg / L，经过臭氧氧化后COD 降为（ 25.9 ～98.2） mg / L，出水COD 的平均值为51.0 mg / L。臭氧氧化对二级出水COD 的去除率平均可达到30.3%。

3.2 对UV254的去除

臭氧氧化对二级出水中UV254的去除情况见图2。

二级出水UV254为（0.104 ～ 0.262） cm-1，平均值为0.180 cm-1，经过臭氧氧化后UV254降为（0.065～0.200） cm-1，出水UV254的平均值为0.140 cm-1。臭氧氧化对UV254的去除率平均可达到22.0%。

3.3 对色度的去除

臭氧氧化对二级出水色度的去除情况如图3 所示。

二级出水色度为（33.1 ～ 92.5）度，平均值为56.1度，经过臭氧氧化后色度降为（0 ～ 52.5）度，出水色度的平均值27.4 度。臭氧氧化对二级出水色度的平均去除率可达到53.7%。

3.4 对浊度的去除

臭氧氧化对二级出水浊度的去除情况见图4。

二级出水浊度为（2.8～15.7） NTU，平均值为7.4 NTU，经过臭氧氧化后浊度降为（1.5 ～ 10.8） NTU，出水浊度的平均值为5.0 NTU。臭氧氧化对二级出水浊度的去除率平均可达到32.1%。

3.5 对NH3-N 的去除

臭氧氧化对二级出水NH3-N 的去除情况如5 所示。

二级出水NH3 - N 为（8.1～38.8） mg / L，平均值为22.8 mg / L，经过臭氧氧化后NH3-N 降为（11.2～30.8） mg/L，出水NH3 - N 的平均值为14.6 mg / L。臭氧氧化对二级出水NH3 - N 的去除率平均可达到14.6%。

4 讨论

当进水COD 最低为39.1 mg / L 时，臭氧氧化后出水COD 达到了25.9 mg / L，当进水COD 最高达到133.9 mg / L 时，出水COD 达到了98.2 mg / L。臭氧氧化出水COD 虽然平均值为51.0 mg / L，随着进水COD的上升，其出水COD 值也随着上升。臭氧与水中的有机物反应是极其复杂的，通常是通过2 条途径来进行，即臭氧的直接氧化反应和臭氧分解产生羟基自由基的间接反应。臭氧氧化可将水中部分有机物直接彻底氧化为CO2和H2O，表现为直接去除COD 的作用；臭氧氧化亦能够改变有机物的结构特性，虽然有机物总量不会有所改变，但是大分子有机物降解为可生物降解的有机物，为臭氧氧化与其他生物处理工艺的组合创造了条件。在本试验条件下，单独依靠臭氧氧化较难将二级出水的COD 降低到30 mg / L 以下。因此，将臭氧氧化与其他工艺（BAF、BAC 等）组合深度处理生活污水中的有机物将变得至关重要。

水中的色度主要由溶解性有机物、悬浮胶体、铁锰和颗粒物引起的，致色有机物的特征结构是带双键和芳香环，臭氧通过与不饱和官能团反应、破坏这些官能团的结构而去除真色；同时臭氧可氧化铁、锰等无机呈色离子，最终达到去除真色的目的。本试验条件下，臭氧氧化后出水色度的平均值为27.4 度，试验期间还出现了臭氧氧化出水色度为0 度的情况。可见，臭氧氧化对色度有较好的处理效果。

UV254主要反映了水中具有共轭双键结构的有机物(如酚类、多环芳烃、芳香酮、芳香醛等) 的多少，臭氧的强氧化作用可使不饱和双键断开，苯开环，使大多数含有共轭双键结构的有机物结构破坏，最终使UV254降低。本次试验数据表明，在该试验条件下，臭氧氧化对UV254的去除能力较差，平均去除率仅为22.0%，这与相关文献中关于臭氧氧化能够很好地去除UV254的结论相悖。

浊度是水中悬浮物及胶体浓度的一个替代参数。臭氧氧化对进水浊度的去除并不稳定，有一定的波动，有时出现臭氧氧化后出水的浊度反而升高的现象，呈现负去除。投加臭氧氧化后浊度变化不明显，只是有了稍微的降低。臭氧本身并不能去除浊度，但具有微絮凝作用，分析其原因可能是臭氧氧化使水中的悬浮固体、胶体杂质以及病菌微生物等引起浊度的物质经臭氧氧化后发生聚集形成絮体，使得水中的固体颗粒物的微粒浓度减少，这样使得臭氧氧化出水浊度出现降低。臭氧是强氧化剂，它可以改变水中悬浮固体颗粒表面的电荷使其大小、形状、表面特性都发生变化，大分子有机物变为小分子有机物，微小颗粒聚集形成絮体，从而促使浊度升高。臭氧的微絮凝效应有助于有机胶体脱稳聚集而有利于颗粒物混凝沉淀，从而使水中的浊度降低。

臭氧氧化对NH3-N 的去除效果较差，平均去除率仅为14.6%，甚至出现负去除的情况，可能原因是臭氧能把有机氮氧化为NH3 - N，从而使NH3 - N 值升高。因此，单独依靠臭氧氧化很难将二级出水中的NH3-N 去除。

试验中的臭氧投加量和臭氧氧化反应时间一直保持恒定，并没有对反应条件进行优化。如果根据水质情况适当调整臭氧投加量和氧化反应时间，也会使臭氧氧化后的出水水质提高。

5 结论

采用臭氧氧化工艺对生活污水的二级出水进行深度处理，经过长时间的运行，臭氧氧化对COD、UV254、色度、浊度、NH3 - N 5 个水质指标的平均去除率分别为30.3%、22.0%、53.7%、32.1%、14.6%。单独依靠臭氧氧化工艺很难将二级出水的上述5 个水质指标降低到较低水平，需要与其他工艺进行组合，以达到更好的出水水质。臭氧氧化工艺的运行参数应随着进水水质的变化做相应变动,为此应对臭氧投加量、臭氧氧化反应时间、曝气方式等条件等进行优化。

参考文献

[1] 周彤. 污水回用是解决城市缺水的有效途径[J]. 给水排水.2001,27(11):2-8.

[2] 傅金祥,梁建浩,杨涛. 臭氧预氧化工艺处理微污染水源水的中试研究[J]. 沈阳建筑大学学报：自然科学版. 2006, 22(2):285-288.

[3] Barredo-Damas S, Iborra-Clar M I, and Bes-Pia A, Study of preozonation influence on the physical-chemical treatment of textile wastewater[J]. Desalination, 2005,182:267-274.

[4] 王树涛,马军,田海，等. 污水厂二级处理出水的臭氧氧化特性及其动力学[J], 中国给水排水, 2007,23:79-86.

[5] Hsu Yung-Chien, Yang Hsiang-Cheng, Chen Jyh-Herng,The enhancement of the biodegradability of phenolic solution using preozonation based on high ozone utilization[J]. Chemosphere, 2004,56:149-158.

作者简介：吴春光（1978—），男，硕士研究生。