利用纳米气泡辅助的氯化工艺进行废水消毒及消毒副产物管理

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Nanobubble-Assisted Chlorination Approach for Wastewater Disinfection and Disinfection Byproduct Management

　　

摘要

重新利用的废水通常会使用消毒剂进行处理，以去除病原微生物；然而，这一处理过程会促进消毒副产物（DBPs）的形成，例如三卤甲烷（THMs）。结合纳米气泡先进处理技术和基于氯的消毒过程可以缓解这一问题。为了控制消毒剂用量和THMs的形成，提出了四种处理技术：普通气泡（ABs）、氧气气泡（OBs）、空气纳米气泡（ANBs）和氧气纳米气泡（ONBs）。在这项研究中，我们开发了一种纳米气泡氧化与次氯酸钠系统相结合的方法，评估了其消毒效率，并阐明了其增强机制。结果表明，纳米气泡与氯结合的处理方法在去除UV₂₅₄和DOC方面比单独使用氯的效果更好。由于•OH介导的氧化作用和氧气传递效率的提升，纳米气泡技术使得溶解有机碳（DOC）的去除效率分别提高了17.4%（ONBs）和9.78%（ANBs），而普通气泡和空气气泡的去除效率分别仅提高了14.87%和7.24%。研究了在水回用过程中单次处理和联合处理条件下氯的衰减动力学。纳米气泡与氯结合的处理方式显著提升了微生物的消毒效果。在不同处理条件下，添加氯后检测了大肠杆菌的浓度，所有处理组合都表现出显著的杀菌效果。进一步探讨了在不同处理条件下，THMs的形成与氯剂量和接触时间的关系。研究发现，高浓度氯条件下纳米气泡会产生更多的THMs；然而，在使用目标氯剂量（使余氯浓度约为0.6 mg/L）时，长期监测显示纳米气泡技术能够有效降低THMs的生成量。具体而言，与直接氯消毒相比，ANBs和ONBs的THMs降低了22%和33%。通过将纳米气泡技术与氯消毒技术结合，本研究确立了一种既能有效消毒废水又能最小化THMs生成的实用方法。这些结果为再生水生产提供了重要参考，并支持了先进消毒策略的实际应用。

测试片段

引言

近年来，由于淡水短缺问题日益严重、需要扩大水资源再利用的范围以及出水质量标准变得越来越严格[1][2]，废水处理受到了广泛关注。由于市政废水含有大量有机物质，因此在排放前必须进行净化处理。处理完成后，仍有可能有部分微生物和有机残留物释放到环境中。

废水采样地点

废水样本采集自埃及索哈格（Sohag）Al-Koula市政污水处理厂（WWTP）的二次沉淀池出水口。该厂采用传统的初级沉淀和活性污泥处理工艺，设计处理能力为每天55000立方米。Al-Koula污水处理厂的生产运营符合《埃及再生水使用标准》（ECP 501/2015）中规定的排放要求。根据ECP 501/2015中的处理等级分类标准，

气泡对二次出水特性的影响

表1显示了经过120分钟处理后，使用不同类型气泡（ABs、ANBs、OBs和ONBs）的废水样本特性。所有处理条件下溶解氧（DO）浓度都有所增加，其中ONBs的处理效果最为显著，这反映了气体-液体传质效率的提升。处理后悬浮固体（TSS）、总溶解固体（TDS）、化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、硫化物、大肠杆菌（E.coli）和总有机碳（TOC）浓度均有所下降，表明这些处理方法具有去除有机物质的能力。浊度和电导率也相应发生变化。

结论

传统的氯消毒工艺不可避免地会产生大量的三卤甲烷（TTHMs），这对环境和公共卫生构成威胁。因此，减少消毒剂用量和降低氯消毒过程中TTHMs的形成具有重要的现实意义。为解决这一问题，提出了一种新型的纳米气泡-氯组合消毒工艺。总体而言，研究结果证实了这种纳米气泡-氯结合处理方法的有效性。

作者贡献声明

Heba Abd Elnasser：负责撰写初稿、验证方法、进行实验研究、进行数据分析及整理数据。Ahmed Khaled Abdella Ahmed：负责审稿和编辑、监督实验过程、进行方法设计、数据分析及整理数据。Ali Gad：负责整体监督。

作者声明他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。

Ahmed Khaled Abdella Ahmed|Heba Abd Elnasser|Ali Gad

索哈格大学工程学院