关于同步混凝-臭氧处理与电渗析联用技术用于高盐度有机废水处理的研究

《Journal of Engineering and Technology Management》：Research on Synchronous Coagulation - Ozonation Coupled with Electrodialysis for Treatment of High-salinity Organic Wastewater

同步凝聚-臭氧化耦合电渗析（SC-ED）系统高效处理高盐有机废水，臭氧浓度145.5mg/L与70mg/L聚合氯化铝协同10分钟内TOC和UV254去除率达32.84%、35.81%，较单独臭氧化提升13.87%、13.30%。电渗析15V/1A运行90分钟实现92.97%脱盐率及98.79%Cl?去除率。机理表明SC预处理降解大分子有机物和悬浮物，抑制膜污染，系统兼具经济性与资源回收潜力。

　　这项研究提出了一种创新的综合处理系统，将同步混凝-臭氧氧化与电渗析（SC-ED）相结合，用于处理高盐度有机废水。系统性能在多种操作参数下进行了系统评估，特别强调了处理工艺之间的协同机制。实验结果显示，在臭氧浓度为145.5 mg/L，结合70 mg Al/L的聚合氯化铝（PA）的条件下，经过10分钟的处理，总有机碳（TOC）和紫外吸收（UV254）的去除率分别达到了32.84%和35.81%。与单独臭氧氧化相比，这些数值分别提高了13.87%和13.30%。随后，在15 V和1 A的条件下进行90分钟的电渗析处理，盐的去除率达到了92.97%，氯离子（Cl?）的去除率更是高达98.79%。这表明SC-ED系统在处理高盐度有机废水方面具有显著的优势。

该系统的核心在于其协同作用。同步混凝-臭氧氧化预处理步骤有效地降解了大分子有机物和悬浮固体，同时矿化了难降解的有机污染物。这一预处理过程在后续电渗析过程中显著减轻了膜污染，与传统处理方法相比，提高了系统的稳定性和效率。研究还指出，臭氧氧化具有强大的氧化能力，并且对环境友好，但其单独处理效果有限。因此，通过与混凝技术的结合，可以实现更高效的有机物去除。臭氧的引入改变了有机物的电荷密度，使其更容易被混凝剂去除，而混凝过程则为臭氧氧化提供了更有利的反应条件，进一步提升了处理效果。

此外，臭氧诱导的羟基和羧基等官能团能够促进有机物与现有金属离子形成金属-有机复合物，这种相互作用有助于在原位生成混凝剂，从而显著提高溶解有机物的去除效率。电渗析作为一种膜分离技术，利用直流电场下阴离子和阳离子交换膜的选择性渗透性，将离子溶质从溶剂中分离出来。在处理高盐度有机废水时，由于膜污染的不可避免性，预处理成为提高电渗析效率的关键环节。通过同步混凝-臭氧氧化预处理，不仅能够有效降低废水中的有机物含量，还能减少膜孔径的堵塞和膜结构的破坏，从而提升电渗析的整体性能。

高盐度有机废水通常来源于石油化学、冶金、印刷染料、食品加工等多个行业。这类废水具有高浓度、大排放量和复杂成分的特点，随着中国工业的快速发展，其排放量呈上升趋势，对生态环境造成了巨大压力。因此，有效处理高盐度有机废水不仅有助于减少其对环境的危害，还能最大限度地减少有机物和无机盐的损失，降低资源浪费和经济损失。目前，处理高盐度有机废水的方法主要包括单一处理技术和组合处理技术。单一处理技术如蒸发、离子交换、膜分离和高级氧化等，各有其优缺点。例如，高级氧化技术因其快速的反应动力学和高效的处理效果而成为处理高盐度有机废水的有前景技术，但其运行成本较高。此外，废水中的无机阴离子（如硫酸根SO?2?和氯离子Cl?）可能与反应性自由基结合，或与Fe3?形成络合物，从而降低处理效果。相比之下，离子交换技术具有高效的脱盐性能和较低的能量消耗，但在处理高有机物含量和高色度的废水时，容易导致离子交换树脂或膜的污染，影响其实际应用中的脱盐效率。

鉴于污染物的复杂性，单一处理技术难以实现最佳处理效果。因此，采用组合处理技术成为一种有效的策略。通常，为了降低处理成本并提高脱盐效果，会采用预处理步骤，以减少废水中有机物的含量。预处理不仅能够防止有机物在膜表面的积累，还能减少膜孔径的堵塞和膜结构的破坏。因此，开发一种有效的协同处理工艺对于高盐度有机废水的处理具有重要意义。

本研究提出的SC-ED综合处理系统，结合了同步混凝-臭氧氧化和电渗析两种技术，实现了有机污染物的高效去除和有价值无机盐的可持续回收。研究的主要目标包括：（1）系统评估同步混凝-臭氧氧化预处理对有机污染物降解的效果；（2）全面评估电渗析过程的脱盐性能；（3）对SC-ED综合处理系统的技经分析进行深入探讨。通过这些研究，期望为高盐度有机废水的处理提供一种技术可行且经济合理的解决方案，并为开发先进的废水处理技术提供有价值的参考。

实验中使用的废水来源于焚烧飞灰（IFA）和脱水污泥（含水量为80%）的共水热处理生成的水热溶液。IFA与脱水污泥按干基质量比4:1混合，并加入去离子水以调节液固比为4:1。随后，将混合物密封并在180°C下加热。该废水的高盐度和复杂有机成分使其成为研究的重要对象。通过调整臭氧浓度和同步处理过程，研究者能够更全面地理解处理效果与操作参数之间的关系。

在实验过程中，研究人员特别关注了臭氧浓度和同步处理过程对水热溶液的影响。臭氧具有高氧化还原电位，能够直接或间接氧化和分解水中的有机物。同时，臭氧的投加量范围对溶解有机物的去除至关重要。通过实验分析，研究者发现臭氧浓度的增加在一定程度上提高了TOC和UV254的去除率，但超过一定阈值后，去除效率的增长趋于平缓。这表明在处理高盐度有机废水时，臭氧的使用需要在最佳浓度范围内进行，以实现高效的有机物去除。

此外，研究还探讨了同步处理过程对水热溶液的影响。通过比较单独臭氧氧化、单独混凝以及同步混凝-臭氧氧化的处理效果，研究者发现同步处理过程在最佳臭氧投加量下表现出显著的优势。例如，在0.3 mgO?/mg DOC的臭氧投加量下，同步处理过程实现了84.28%的溶解有机碳（DOC）去除率，远高于单独臭氧氧化或单独混凝的处理效果。这表明同步处理技术能够充分利用臭氧氧化和混凝沉降的优势，提高整体处理效率。

在电渗析处理阶段，研究人员对不同操作参数下的脱盐性能进行了评估。实验结果显示，在15 V和1 A的条件下，电渗析处理能够实现高达92.97%的盐去除率和98.79%的氯离子去除率。这表明电渗析在处理高盐度有机废水方面具有良好的脱盐能力，尤其是在经过同步混凝-臭氧氧化预处理后，其处理效果得到了显著提升。膜污染是影响电渗析处理效率的重要因素，而同步处理过程能够有效降低膜污染的发生，从而延长电渗析系统的运行周期，降低维护成本。

从技术经济角度来看，SC-ED系统在处理高盐度有机废水方面展现出良好的应用前景。同步混凝-臭氧氧化预处理不仅能够提高有机物的去除效率，还能减少后续电渗析过程中的膜污染，提高系统的稳定性和运行效率。同时，电渗析的脱盐能力使得有价值的无机盐得以回收，实现了废水处理与资源回收的双重目标。这种综合处理系统的开发，不仅有助于解决高盐度有机废水的处理难题，还能为工业废水的资源化利用提供新的思路。

研究结果还表明，SC-ED系统在处理高盐度有机废水时具有显著的环境和经济优势。在环境方面，该系统能够有效去除有机污染物，减少对水体和土壤的污染，同时通过电渗析回收无机盐，降低了废水处理对环境的负担。在经济方面，同步混凝-臭氧氧化预处理能够降低后续电渗析过程中的能耗和运行成本，而电渗析的高效脱盐能力则提高了资源回收的经济效益。因此，SC-ED系统不仅在技术上具有可行性，而且在经济上也具备良好的前景。

综上所述，SC-ED综合处理系统在处理高盐度有机废水方面展现出优异的性能。通过同步混凝-臭氧氧化预处理，能够有效降解有机污染物并减少膜污染，而电渗析则能够实现高效的脱盐效果。该系统的成功应用不仅为高盐度有机废水的处理提供了新的技术路径，也为废水处理与资源回收的结合提供了有益的参考。未来，随着技术的不断进步和应用的深入，SC-ED系统有望在更多工业领域得到推广和应用，为实现可持续的水资源管理做出贡献。