于鹏飞，李团结，李宝丰，赵宗祺，王超，汪剑

(1. 青岛市政务服务和公共资源交易中心，山东青岛 266032；2. 青岛市团岛污水处理厂，山东青岛 266000；3. 青岛润水市政工程设计有限公司，山东青岛 266000；4. 青岛市海泊河污水处理厂，山东青岛 266000；5. 青岛市排水运营服务中心，山东青岛 266000)

我国水资源相对匮乏，人均水资源仅为世界平均水平的1/4，是全球人均水资源最贫乏的国家之一。我国 660多座城市中，有400多座常年供水不足，其中 110个城市严重缺水，水资源短缺已成为制约我国社会经济发展的重要因素。而将城市污水处理回用、实现污水资源化是解决水资源短缺经济且有效的途径之一。目前，我国城市污水处理面临着水污染较为严重、污水处理技术研究起步较晚以及处理设施基础较差等问题[1-4]。近年来，我国城市污水处理技术得到了快速发展，并且随着《水污染防治行动计划》以及《“十三五”生态环境保护规划》等规章制度的制定和颁布实施，针对城市污水处理厂的升级改造措施也在逐渐开展。随着对水质要求的逐渐提高，城市污水处理厂对污水的排放标准也更为严格，因此，需要在升级改造污水处理设备的同时，还要有针对性地开展城市生活污水深度处理技术研究[5-8]。

我国东部某城市污水处理厂经过预处理后的污水COD值超标较为严重，而现阶段该污水处理厂的二级、三级处理措施又无法将污水中的COD值降低至符合GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准(50 mg/L)的要求，需要进一步处理。目前，针对城市生活污水深度处理的工艺技术主要包括絮凝沉淀、过滤、电化学、活性炭吸附以及氧化处理法等[9-12]。因此，在调研分析了目标城市污水处理厂水样中COD值变化的基础上，针对该污水处理厂的高COD废水开展了絮凝-臭氧氧化深度处理技术研究，优选出了合适的絮凝剂和臭氧投加量，为该城市污水处理厂高效合理运转提供一定的技术支持。

1 试验部分

1.1 试验材料及仪器

聚丙烯酰胺(分子量1 200万)，山东辰达化工有限公司；聚合氯化铝，河南爱尔福克化学股份有限公司；S102混凝剂、S103混凝剂，实验室自制；重铬酸钾，分析纯，茂名市雄大化工有限公司；硫酸亚铁，分析纯，南京化学试剂股份有限公司；亚铁灵指示剂，阿拉丁试剂(上海)有限公司；试验用废水(经过预处理措施后)取自某城市污水处理厂，水样的COD值变化见表1。

由表1可见：所取水样COD值差异不大，因此选择2021年6月15日所取水样进行试验。

表1 试验用废水COD值检测结果

1.2 试验仪器

JJ-4B型六联异步电动搅拌器，常州隆和仪器制造有限公司；HH-80型数显恒温水浴锅，LD-3型电动离心机，常州市亿能试验仪器厂；EXA型精密电子分析天平，南京汤姆斯衡器有限公司；臭氧氧化处理试验装置(主要包括臭氧发生器、臭氧柱、进水箱、蠕动泵、流量计以及尾气收集装置等)，实验室自制。

1.3 试验方法

1.3.1 深度处理絮凝试验

量取1 000 mL的试验用废水置于烧杯中，首先使用HCl或NaOH溶液调节水样的pH值，然后加入不同类型的絮凝剂，在电动搅拌器上进行均匀搅拌1 h，然后再放置1 h，取上层水样测定水样COD值，并与初始水样COD值进行对比，计算COD去除率。COD值测定方法参照国家环境保护标准HJ 828—2017《水质 化学需氧量的测定 重铬酸钾法》。

1.3.2 臭氧氧化深度处理试验

采用连续进水的方式开展了臭氧氧化处理试验，试验用水选择为1.3.1中絮凝试验处理后的水样，臭氧投加方式为定量投加。同样采用重铬酸钾氧化法测定了臭氧氧化处理后水样COD值，并计算COD去除率。

2 结果与讨论

2.1 絮凝试验结果

2.1.1 不同絮凝剂处理试验结果

按照1.3.1中的试验方法，评价了不同类型絮凝剂对废水COD的去除效果，试验用废水均选择2021年6月15日的1号水样(下同)，初始COD值为151 mg/L。絮凝剂加量(w，下同)均为0.1%，试验温度均为20 ℃，试验用水pH值均为7.0。试验结果见图1。

图1 不同絮凝剂对废水COD去除效果的影响

由图1可见：经过不同类型的絮凝剂处理后，试验用废水中的COD值均出现不同程度的降低，其中聚丙烯酰胺的COD去除率在20%以下，聚合氯化铝的COD去除率在25%以下，而S102混凝剂和S103混凝剂的COD去除率均可达到30%左右。因此，选择S102混凝剂和S103混凝剂进行絮凝-臭氧氧化深度处理技术试验。

2.1.2 絮凝剂加量对COD去除效果的影响

按照1.3.1中的试验方法，评价了絮凝剂加量对废水中COD去除效果的影响，试验用絮凝剂为S102混凝剂和S103混凝剂，试验温度均为20 ℃，试验用水pH值均为7.0。试验结果见图2。

图2 絮凝剂加量对废水COD去除效果的影响

由图2可见：随着S102混凝剂和S103混凝剂加量的不断增大，试验用废水中COD的去除率逐渐升高。S103混凝剂的COD去除效果相对更好，当其加量为0.2%时，对COD的去除率可以达到45%以上；再继续增大絮凝剂的加量，COD去除率的提升幅度不大。因此，选择絮凝剂的最佳加量为0.2%。

2.1.3 温度对COD去除效果的影响

按照1.3.1中的试验方法，评价了试验温度对废水中COD去除效果的影响，试验用絮凝剂为S102混凝剂和S103混凝剂，絮凝剂加量均为0.2%，试验用水pH值均为7.0。试验结果见图3。

图3 温度对废水COD去除效果的影响

由图3可见：随着试验温度的不断升高，S102混凝剂和S103混凝剂对试验废水的COD去除率均呈现先升高后降低的趋势。当温度为30 ℃时，COD去除率可以达到最大，其中S102混凝剂和S103混凝剂的COD去除率分别可以达到43.5%和48.4%。因此，推荐絮凝试验的最佳温度为30 ℃。

2.1.4 pH值对COD去除效果的影响

按照1.3.1中的试验方法，评价了试验水样pH值对废水中COD去除效果的影响，试验用絮凝剂为S102混凝剂和S103混凝剂，絮凝剂加量均为0.2%，试验温度均为30 ℃。试验结果见图4。

图4 pH值对废水COD去除效果的影响

由图4可见：随着试验用水pH值的不断升高，S102混凝剂和S103混凝剂的COD去除率均呈现先升高后降低的趋势。当pH值为7.5时，COD去除率可达到最大，其中S102混凝剂和S103混凝剂的COD去除率分别可以达到45.2%和49.6%。因此，推荐絮凝试验用水的最佳pH值为7.5。

按照上述试验评价结果，推荐絮凝处理试验的最佳工艺条件为：絮凝剂选择为S103混凝剂，絮凝剂加量为0.2%，试验温度为30 ℃，试验用水pH=7.5。在此最佳工艺条件下，试验用水经过絮凝处理后COD去除率可达到49.6%，经过处理后废水COD值降低至76.1 mg/L。

2.2 臭氧氧化处理试验结果

按照1.3.2中的试验方法，使用上述絮凝试验处理后的水样开展了臭氧氧化处理试验，臭氧投加量分别为10，20，30，40 mg/L，试验温度为室温，试验结果见图5。

图5 臭氧氧化处理试验结果

由图5可见：随着臭氧投加量的不断增大，经过臭氧氧化处理后的水样COD值逐渐降低，COD去除率逐渐升高。当臭氧投加量达到30 mg/L时，经过絮凝试验处理后的水样COD去除率可以达到48.5%。此时水样中的COD浓度值可以降低至40 mg/L以下，能够满足GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中规定的一级A标准排放要求。

3 结论

1)针对某城市污水处理厂的高含COD废水开展了絮凝-臭氧氧化深度处理技术研究，絮凝试验结果表明：S103混凝剂作为絮凝剂，当其加量(w)为0.2%，试验温度为30 ℃，试验用水pH=7.5时，絮凝处理效果最佳，此时COD去除率可达到49.6%，经过处理后COD值降低至76.1 mg/L。

2)经过絮凝处理后的试验废水继续采用臭氧氧化处理后能够进一步的降低COD值，当臭氧投加量为30 mg/L时，COD去除率可达到48.5%，此时水样中的COD值降低至40 mg/L以下，能够满足GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中规定的一级A标准排放要求，达到了良好的处理效果。