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基于微纳米气泡臭氧曝气的饮用水厂有机物强化处理技术研究

马艳 吴俊 周维

马艳,吴俊,周维.基于微纳米气泡臭氧曝气的饮用水厂有机物强化处理技术研究[J].环境工程技术学报,2024,14(4):1141-1150 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20240200
引用本文: 马艳,吴俊,周维.基于微纳米气泡臭氧曝气的饮用水厂有机物强化处理技术研究[J].环境工程技术学报,2024,14(4):1141-1150 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20240200
MA Y,WU J,ZHOU W.Research on the enhanced treatment of organic matter in drinking water plant based on micro-nano bubble ozone aeration[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2024,14(4):1141-1150 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20240200
Citation: MA Y,WU J,ZHOU W.Research on the enhanced treatment of organic matter in drinking water plant based on micro-nano bubble ozone aeration[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2024,14(4):1141-1150 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20240200

基于微纳米气泡臭氧曝气的饮用水厂有机物强化处理技术研究

doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20240200
基金项目: 上海市2021年度“科技创新行动计划”社会发展科技攻关项目(21DZ1202205);上海城投(集团)有限公司科技创新计划项目产业化引导专项(CTKY-CYHYD-2023-003);2022年东方英才计划青年项目;面向土地利用的新型稳定污泥资源化利用技术研究(D202203)
详细信息
    作者简介:

    马艳(1986—),女,正高级工程师,博士,长期从事水处理理论与技术研究,mayan616@yeah.net

    通讯作者:

    吴俊(1988—),男,高级工程师,博士,主要从事排水系统提质增效相关研究,wujunz2929@sina.com

  • 中图分类号: X703;X52

Research on the enhanced treatment of organic matter in drinking water plant based on micro-nano bubble ozone aeration

  • 摘要:

    为提升饮用水厂原水混凝及前/后臭氧处理等重要工艺段的有机物去除率,对比研究了微纳米气泡(MNBs)与普通曝气盘2种曝气方式下的臭氧传质效率,开展了MNBs对水厂原水混凝效果影响小试,并对2种曝气方式下前/后臭氧处理工艺段有机物及藻类等的去除率进行研究。结果表明:1)本研究中的微气泡发生器产生纳米气泡数量为1.2×108个/mL,中值粒径显著低于100 μm,有利于MNBs臭氧(MNBs-O3)在水中停留较长时间;在水厂原水中加入12.5%(体积比)的MNBs水时,MNBs吸附疏水性有机物及产生羟基自由基的特征可以显著提高混凝沉淀效果,使UV254下降幅度达到15%。2)在前臭氧处理过程中,原水经MNBs-O3处理后,出水110 kDa峰消失而小于1 Da部分出现新峰,五日生化需氧量(BOD5)的去除率约为15%(远低于普通曝气盘的50%)且总有机碳与UV254未发生显著变化;在后臭氧处理过程中,MNBs-O3处理后BOD5上升了40%,TOC上升了36%,UV254则先上升后下降。该结果说明MNBs-O3在前臭氧处理过程中可以将芳香族有机物分解为含氧类链状有机物,MNBs-O3较长的停留时间使其更易将大分子有机物转换为小分子有机物,而后臭氧处理过程中MNBs-O3可以进一步提高对水中残留的难降解有机物的去除率。3)MNBs-O3对藻类的去除率可达25%,且MNBs-O3处理不会增加水中溴酸盐浓度,后续可借助MNBs的气浮功能进一步提升其效率。尽管MNBs替代普通曝气盘使电能消耗上升约30%,但MNBs会大幅缩短进气时间,减少O3使用量。本研究结果为MNBs在原水混凝及前/后臭氧处理过程中的应用建立了理论基础。

     

  • 图  1  传质效率分析试验装置示意

    Figure  1.  Schematic of mass transfer efficiency experiment equipment

    图  2  不同气泡密度与体积密度下的微气泡粒径分布特征

    Figure  2.  Particle size distribution characteristics of microbubbles under different volume densities and bubble densities

    图  3  MNBs与普通曝气盘臭氧曝气方式下水中溶解性臭氧浓度及利用率

    Figure  3.  Concentration and utilization efficiency of dissolved ozone under the treatment with micro-nano bubbles and ordinary aeration discs

    图  4  不同MNBs水比例下原水混凝沉淀后浊度与UV254变化

    Figure  4.  Changes in turbidity and UV254 of raw water after coagulation and precipitation under different micro-nano bubble water ratios

    图  5  原水和砂滤池出水经MNBs与普通曝气盘臭氧处理后的BOD5及B/C变化

    Figure  5.  Changes in BOD5 concentration and B/C ratio in raw water and sand filtered effluent after treatment with micro-nano bubbles and ordinary aeration discs

    图  6  原水和砂滤池出水经MNBs与普通曝气盘臭氧处理后的CODMn变化

    Figure  6.  Changes in CODMn concentration in raw water and sand filtered effluent after treatment with micro-nano bubbles and ordinary aeration discs

    图  7  原水和砂滤池出水经MNBs与普通曝气盘臭氧处理后的滤后TOC浓度变化

    Figure  7.  Change in filtered TOC concentration of raw water and sand filtered effluent after ozone treatment with micro-nano bubbles and ordinary aeration discs

    图  8  原水和砂滤池出水经MNBs与普通曝气盘臭氧处理后的滤后UV254变化

    Figure  8.  Change in filtered UV254 values of raw water and sand filtered effluent after ozone treatment with micro-nano bubbles and ordinary aeration discs

    图  9  MNBs与普通曝气盘臭氧处理后原水和砂滤池出水的分子量分布

    Figure  9.  Molecular weight distribution of raw water and sand filtered effluent after ozone treatment with micro-nano bubbles and ordinary aeration discs

    图  10  原水经MNBs与普通曝气盘臭氧处理后藻细胞总数变化

    Figure  10.  Changes in the total number of algal cells after ozone treatment of raw water with micro-nano bubbles and ordinary aeration discs

    图  11  原水经MNBs与普通曝气盘臭氧处理后溴化物和溴酸盐浓度变化

    Figure  11.  Changes in bromide and bromate concentrations after ozone treatment of raw water with micro-nano bubbles and ordinary aeration discs

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出版历程
  • 收稿日期:  2024-03-31
  • 录用日期:  2024-06-10
  • 修回日期:  2024-05-28

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