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該設備主要適用于處理生活污水和與生活污水類似的工業有機污水，設備采用的核心技術是較為成熟的生化處理技術接觸氧化法，總共由六部分組成：*生化池、O級生化池、沉淀池、消毒池、污泥池、風機房。*生化池內設彈性立體填料，O級生化池內設立體柱狀彈性填料。達到去除有機污染物和脫氮的目的。

WSZ地埋式一體化污水處理設備

（1）*生化池

為使*生化池內溶解氧控制在0.5mg/l左右，池內采用間隙曝氣。*生化池的填料采用新型彈性立體填料，高度為2.0米。這種填料具有不易堵塞、重量輕、比表面積大，處理效果穩定等優點，并且易于檢修和更換，停留時間為≥3.5小時。

（2）O級生化池

A/O生化池的填料采用池內設置柱狀生物載體填料，該填料比表面積大，為一般生物填料的16～20倍(同單位體積)，因此池內保持較高的生物量，達到高速去除有機污染物的目的。曝氣設備采用鼓風機及微孔曝氣器，氧的利用率為30以上，有效地節約了運行費用。停留時間≥7小時，氣水比在12：1左右。

（3）沉淀池

污水經O級生化池處理后，水中含有大量懸浮固體物（生物膜脫落），為了使出水SS達到排放標準，采用豎流式沉淀池來進行固液分離。沉淀池設置1座，表面負荷為1.0m3/m2·hr。沉淀池污泥采采用氣提設備提至污泥池，同時可根據實際水質情況將污泥部分提至*生化池進行污泥回流，增加O級生化池中的污泥濃度，提高去除效率。

（4）消毒池

消毒池接觸時間為30分鐘。消毒采用二氧化氯消毒。投加量為4－6mg/L。經過生化、沉淀后的處理水再進行消毒處理。

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（5）污泥池

污泥池有效容積8m3,沉淀池污泥用空氣提升至污泥池進行常溫消化，污泥池的上清液回流至接觸氧化池內進行再處理，消化后剩余污泥很少。清理方法可用吸糞車從污泥池的檢查孔伸入污泥底部進行抽吸外運即可。

（6）風機房、風機

風機設在風機房內，設有消聲器，因此運行時噪聲符合環保要求。

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隨著水資源的日益短缺, 城市污水再生回用受到人們的廣泛關注.城市污水中90%的溶解態有機質和96%的非溶解態有機質可經常規生物處理工藝有效去除, 但是仍存在部分難降解有機物, 需要進行深度處理.混凝作為污水深度處理方法之一, 去除溶解性有機物一般通過混凝顆粒形成過程中的吸附電中和作用以及混凝劑與有機物之間復雜的絡合反應實現, 主要依賴于原水水質、混凝劑投加量和pH等條件.然而這些難降解有機物大多為酚類、苯類等有機物, 僅僅通過混凝、過濾、吸附等常規的物理、化學方法很難將它們去除.因此, 單獨混凝對溶解性有機物的去除效果較差, 再生水水質難以保證.

　　臭氧化技術具有殺菌性強、無藥劑殘留、操作簡單、不產生氯化消毒副產物等優點, 在飲用水凈化、污水深度處理等方面均有很好的應用前景.臭氧不僅可以和水中有機物發生反應, 改變有機物的結構和性質;還可以破壞溶解性有機物中大分子結構, 生成小分子有機物, 提高有機物的可生化性.盡管近年來, 臭氧氧化二級出水的研究逐漸增多, 然而涉及混凝無法去除的難凝聚有機物與臭氧作用的研究并不多, 且大多集中在單獨臭氧與溶解性有機物的反應或預臭氧與其他工藝聯用以提高有機物去除效率的研究上, 對于臭氧化工藝去除二級出水中難凝聚有機物的特性研究較少.

　　因此, 本研究將污水廠二級出水先經過混凝處理, 混凝之后的水再經過臭氧化處理后, 分析水中有機物色度、DOC、UV254和SUVA等的變化情況, 并進一步討論不同處理方式和不同臭氧投加量對難凝聚有機物相對分子質量、熒光特性和官能團種類的影響.

　　1 材料與方法 1.1 實驗材料及臭氧水制備

　　水樣來自西安市某污水處理廠A2/O工藝的二沉池出水, 該污水處理廠進水主要來自城市生活污水.采用圖 1(a)所示裝置制備臭氧原液, 制備裝置中加入適量超純水, 用磷酸調pH至3.氧氣源臭氧發生器(濟南三康, SK-CFQ-5P)出口流量通過氣體流量計控制在20 L ·h-1, 溢出的氣體通入KI吸收瓶.制備時溫度通過水浴控制在0~4℃之間, 曝氣約2 h后使用紫外分光光度計(UNIC, UV-4802)在波長258 nm下測定吸光度值[ε258=3 000 L ·(mol ·cm)-1], 其濃度可達到80 mg ·L-1.

　　1.2 實驗方法 1.2.1 混凝實驗

　　將盛有原水的500 mL燒杯置于混凝攪拌器上(武漢梅宇, 3000-6), 使用0.1 mol ·L-1 NaOH和磷酸調節pH至5, 加入2 mmol ·L-1磷酸鹽緩沖液以控制pH在5±0.5附近, 使用6 mg ·L-1聚合氯化鋁(以Al計)進行混凝實驗, 如圖 1(b)所示.混凝條件為300 r ·min-1(G=670.4 s-1)快攪1 min, 60 r ·min-1(G=59.9 m ·s-2)慢攪30 min, 結束后靜置沉淀30 min, 并于液面下2 cm處取上清液過濾后測DOC、UV254、UV280、色度、三維熒光、相對分子質量和X射線光電子能譜(XPS)等水質指標.

　　1.2.2 臭氧實驗

　　取上述實驗中的上清液分別置于3個100 mL燒杯中, 加入適量臭氧原液(O3/DOC=0.5, 1.0, 1.5)后立即開始攪拌, 實驗條件為60 r ·min-1, 攪拌20 min.反應結束后靜置10 min, 取樣測定DOC、UV254、UV280、色度、三維熒光、相對分子質量和XPS等水質指標.

　　1.3 分析方法

　　(1) 水樣預處理

　　污水處理廠沉淀池出水在進行實驗分析前均需使用0.45 μm濾膜過濾, 過濾后的水質如表 1所示.樣品的后續分析均使用3~5個平行樣.

　(2) pH的測定

　　采用上海雷磁PHSJ-3F型精密酸度計測定.

　　(3) 色度的測定

　　采用分光光度鉑鈷比色法測定.

　　(4) UV254、UV280及SUVA的測定

　　采用紫外分光光度計分別在254 nm和280 nm下測定吸光度值. SUVA(100×UV254/TOC)表示單位濃度TOC的紫外吸光度值.

　　(5) DOC的測定

　　采用日本島津生產的TOC-VCPH分析儀測定.測定前先用硫酸對水樣進行酸化氮吹處理, 除去水中堿度保證測定值的準確性.

　　(6) 液態臭氧濃度的測定

　　采用靛藍比色法測定.

　　(7) 三維熒光光譜

　　采用日本JASCO公司生產的FP6500型熒光分光光度計進行分析, 原水和混凝后的二級出水均稀釋1.5倍測定.激發波長范圍為220~480 nm, 發射波長范圍為280~550 nm.激發和發射掃描間隔分別為5 nm和2 nm, 掃描速度為2 000 nm ·min-1.測定前使用空白溶液校準, 排除水的散射峰影響.

　　(8) 相對分子質量

　　相對分子質量由島津公司生產的LC-2010AHF型高效液相色譜測定.采用紫外檢測器, 檢測波長為254 nm和280 nm, 色譜柱為Zenix SEC-100凝膠色譜柱, 流動相為150 mmol ·L-1磷酸鹽緩沖溶液, 流速0.8 mL ·min-1.不同聚合度聚乙二醇(PEG)標準品用于測定腐殖質類物質的標線.

　　(9) XPS分析

　　利用X射線光電子能譜(英國熱電, K-α)探究二級出水經混凝和臭氧化處理后的碳元素價鍵形式. XPS分析前, 需將樣品放置在冷凍干燥機(北京博益康, FD-1C-50)中干燥成粉末后進行測定.實驗得到的元素電子結合能以C1s(285 eV)進行校正. C1s譜圖應用XPSPEAK41專業軟件進行高斯分峰擬合, 對不同形態的碳原子進行定量分析.

　　2 結果與討論 2.1 反應前后二級出水水質特性

　　由表 1可以看出, 混凝對二級出水有機物的去除是十分有限的, 各項指標的去除率均在15%以下.原因在于混凝主要去除水中懸浮顆粒和膠體微粒等大分子有機物(相對分子質量在5 000~50 000之間), 而污水廠二級出水中有機物分子量普遍較低, 主要以腐殖酸形式存在.

　　混凝無法去除的難凝聚有機物經臭氧化后UV254和UV280均有了明顯去除, 且隨著臭氧投加量的增加, UV254和UV280的去除率逐漸增大.這是因為UV254代表水中芳香族有機物以及含共軛雙鍵結構的有機物, 特別是腐殖質類物質的含量, 而具有親電特性的臭氧能夠與有機物的不飽和鍵迅速發生反應, 使有機物芳香性降低或消失, 在短時間內即可以將不飽和有機物大量去除, 從而有效降低水的紫外吸收值.同時, 臭氧化后色度也隨著臭氧投加量的增加而逐漸降低, 當臭氧投加量(以O3/DOC計, 下同)增加至1.5 mg ·mg-1時, 色度的去除率已達到45%, 體現了臭氧良好的脫色性能.相比于臭氧對UV254的去除效果, 臭氧化后DOC的去除率僅由9%增加到20%, 說明臭氧對有機物直接氧化的礦化能力較弱.劉建紅等研究也認為, 臭氧*氧化去除二級出水有機物的效果有限, 但能夠有效氧化分解具有強烈紫外吸收的有機物.

　　SUVA可以從某種程度上反映水中有機物的共軛不飽和及芳香程度.由于臭氧對二級出水UV254的去除效果明顯優于對DOC的去除效果, 因此臭氧化后SUVA隨臭氧投加量的升高呈現逐漸降低的趨勢, 說明經過臭氧化后有機物的不飽和性及芳香程度得以降低, 臭氧改變了有機物的結構.這與Gong等和Wu等的研究結果*, 臭氧對二級出水中DOC的去除效果不明顯, 但水中的SUVA值卻快速下降.

　　與此同時, 前期的研究結果顯示, 金屬鹽混凝劑及其水解產物能夠作為臭氧化的催化劑, 引發鏈式反應, 產生強氧化性的·OH, 從而進一步氧化有機物.本研究中混凝后水中殘留的鋁鹽可能在臭氧化過程中起到促進臭氧分解, 產生·OH的作用, 從而提高了難凝聚有機物的去除效率.