近年来,由于二级出水中污染物的组成日益复杂,以及再生水回用标准日益提高,常规工艺处理工艺“混凝+沉淀+过滤”通常需要辅以预氧化、活性炭等处理工序来保证回用水的安全性,这样就会使处理工艺变得更加冗长。对此,本研究提出了将臭氧氧化、混凝和气浮分离相结合的臭氧气浮工艺,简化处理流程,保证出水水质。但是,臭氧气浮工艺在实际应用中存在着臭氧溶解量有限和臭氧外排造成的能源浪费的问题。针对上述问题,论文提出多级臭氧气浮工艺(Dual-step Ozone Induced Flotation;DOIF),将未溶解于回流水的臭氧用于第二级氧化,开发了臭氧气浮和臭氧氧化有机结合的处理装置,并强化了污染物的去除功效。并以城市污水处理厂二级出水和印染废水二级生物处理水为研究对象,探究了该工艺的处理功效,评价了该工艺的技术经济性,为该工艺的实际应用提供了理论依据与应用基础。实验以城市污水处理厂二级出水为原水,以聚合氯化铝为混凝剂,在进水流量1.5 m3/h,停留时间30 min,回流比50%,溶气压0.4 MPa的工况下探究了不同混凝剂投加量对处理效果的影响。研究结果表明,在混凝剂投加量为160 mg/L时,处理效果最优:出水色度、总磷、UV254均有有效的去除,去除率分别为57%、81%、42%,工艺同时还有较为明显的杀菌消毒能力,出水总大肠杆菌数稳定在50 cfu/m L以下。通过三维荧光分析和分子量分布分析,探明了臭氧主要与腐殖酸上的官能团发生反应,同时降低水中有机物的分子量,使小分子有机物的比重增加。通过对比装置上下层的处理效果,确定了第二级臭氧氧化区对于UV254、色度等有进一步的去除。将DOIF工艺应用于印染废水深度处理中,研究表明出水COD和色度均达到厂区小样间回用水水质标准。多级臭氧气浮工艺将气浮阶段未利用的臭氧用于第二级氧化,实现了臭氧气浮与第二级氧化过程的有效结合,在一个操作单元内完成了絮凝、氧化、固液分离、除色、消毒等多个过程,工艺出水水质符合相应再生水水质要求,设备运行维护简单,达到了污水高效再生利用与水质安全保障的目的,为污水的深度处理提供了一种新的思路,具有广泛的应用前景。