臭氧催化氧化+生物活性炭對酒精廢水深度處理的研究

【摘要】采用臭氧催化氧化+生物活性炭濾床工藝深度對酒精釀造過程產(chǎn)生的經(jīng)過兩級厭氧+兩級好氧+絮凝沉淀處理后的廢水進行深度處理。臭氧催化氧化塔內(nèi)填充催化劑，生物活性炭內(nèi)接種培養(yǎng)微生物。臭氧催化氧化塔容積60L，調(diào)節(jié)廢水PH在8.0左右，通入臭氧，廢水CODcr值由200mg/L降至136mg/L，去除率達到32%。原水中含有較多難生物降解的大分子有機物質(zhì)，經(jīng)臭氧氧化處理后，臭氧使它（NOM）斷鏈、開環(huán)、氧化成短鏈的小分子有機物或者使分子的某些基團被改變從而使原來不能生物降解的有機物轉(zhuǎn)變成可降解的有機物，從而CODcr下降32%，BOD5/CODcr比值有所提高，更易生物降解，色度去除也有明顯效果。生物活性炭濾床容積40L，臭氧出水進入生物活性炭濾床CODcr值由136mg/L降至68mg/L，去除率達到65%。采用臭氧催化氧化+生物活性炭濾床組合工藝深度處理酒精釀造廢水，CODcr總?cè)コ蔬_到85%以上，且處理效果良好。

【關(guān)鍵詞】臭氧催化氧化；生物活性炭濾床；酒精釀造廢水；深度處理

河南某集團公司生產(chǎn)多種產(chǎn)品，產(chǎn)品涉及生物能源、生物化工、精細化工、工業(yè)氣體、電力、飲料酒等七大部門，主要產(chǎn)品有燃料乙醇、酒精、沼氣、生物柴油、DDG飼料、多元醇、白酒、啤酒等40個產(chǎn)品，其車間排放廢水水質(zhì)復(fù)雜，有機物濃度高，懸浮物含量高，溫度高，水質(zhì)濃度波動幅度大，含有部分生物菌和未分解出去的產(chǎn)品，如丁醇、乙醇等，此外廢水呈酸性。該廢水經(jīng)過兩級厭氧+兩級好氧+深度處理后，實現(xiàn)達標(biāo)排放。由于深度處理運行費用高，因此有必要尋求一種高效、低費可靠的深度處理工藝。

臭氧以其氧化能力強、反應(yīng)速度快、不產(chǎn)生污泥和無二次污染等優(yōu)點，在廢水處理方面的應(yīng)用越來越受到重視。Arode Bernal-Martinez[1]利用臭氧對污泥進行預(yù)處理，有效的去除難生物降解的PAHs。Lecheng Lei[2]研究表明，臭氧氧化和活性炭吸附結(jié)合工藝能把高濃度工業(yè)廢水的CODcr降低92%。但生產(chǎn)臭氧的費用昂貴，單獨使用臭氧來處理廢水會使處理成本大幅度增加，而生物處理技術(shù)具有處理費用低，對多種有機污染物均有處理效果等優(yōu)點。則可以將臭氧被用于將難降解有機物轉(zhuǎn)化為可降解化合物，再用廉價的生物處理進一步降低CODcr濃度，即在活性炭上培養(yǎng)微生物膜，兩者聯(lián)合使用，達到高效和經(jīng)濟的目的。

為進一步降低處理成本，提高臭氧的氧化利用效率，可在臭氧催化氧化塔內(nèi)投加催化劑，改催化劑以顆粒形式存在，不隨廢水一起排出，可以重復(fù)使用，使用方便，減少了二次污染。

1 實驗部分

1.1 化學(xué)試劑

臭氧催化劑【3】、NaOH、H2SO4：分析純。

1.2 實驗儀器

CODcr快速消解儀、臭氧發(fā)生器、臭氧曝氣盤、小水泵、小氣泵、小型流量計。

1.3 實驗水質(zhì)

本實驗用水為某釀酒污水廠污水經(jīng)過場內(nèi)污水處理系統(tǒng)中兩級厭氧+兩級好氧+等工藝處理后的廢水，水質(zhì)為：PH 為6—10，色度420—650（倍數(shù)），CODcr160-350mg/L。

1.4 實驗裝置

實驗裝置及工藝流程如圖1所示，廢水經(jīng)由水泵，從催化氧化反應(yīng)塔下部進入催化氧化器，當(dāng)反應(yīng)進行一段時間后可在側(cè)邊三個取樣口取樣分析，廢水從反應(yīng)器上部排出；以純氧為原料，通入臭氧發(fā)生器，調(diào)劑逆變功率和進出口氣量，觀察轉(zhuǎn)子流量計并計量氣量后，臭氧從反應(yīng)器的底部通過曝氣盤均勻的布氣，與廢水充分接觸，這樣可使臭氧充分發(fā)揮它的氧化能力，氧化反應(yīng)進行比較徹底；自制的臭氧催化氧化塔選用φ200mm的有機玻璃為材質(zhì)，管長1900mm，塔內(nèi)填充催化劑，側(cè)邊距地面高度為800mm、1200mm、1600mm處有三個取樣點，在此取樣觀察色度去除情況。臭氧氧化后的出水從頂端流入中間水桶（200L），經(jīng)過泵泵入已培養(yǎng)好的生物活性炭濾床底部，底部安裝空氣曝氣系統(tǒng)，開啟小氣泵曝氣；生物活性炭濾床選用內(nèi)管φ200mm、外管φ260mm壁厚均為兩10mm厚同心圓的管道套用的有機玻璃，內(nèi)管長1300mm，外管長1000mm，內(nèi)管口做有小型出水堰口，內(nèi)管里面填充果殼活性炭，并其活性炭表面培養(yǎng)生物膜，廢水從內(nèi)管底部進入，從內(nèi)管頂部堰口流入外管，然后排出。臭氧是以氧氣瓶為氧源，通過臭氧發(fā)生器現(xiàn)場制備。

1.5 實驗方法

廢水由原水桶泵入臭氧催化氧化塔底部，同時開啟臭氧發(fā)生器，向塔內(nèi)投加臭氧，經(jīng)過臭氧催化氧化后出水從塔上部自流入中間水桶，然后中間水桶的水經(jīng)泵泵入生物活性炭濾床的底部，氣泵開啟曝氣，水自底部上流至出水堰流出外層，然后外排。分別取臭氧催化氧化塔3個取樣口的水取樣觀察色度變化情況；并測定各單元出水的PH值和CODcr值。

1.6 分析方法

廢水PH、COD按文獻【4】方法測定。

2 結(jié)果與討論

催化氧化是利用臭氧作為強氧化劑，在催化劑的作用下誘導(dǎo)催化，在催化氧化塔中將廢水中微生物難降解或不能降解的物質(zhì)裂解，使其在后續(xù)生化處理過程中得以降解，臭氧可與某些含有C-C雙鍵及其單鍵的有機物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成CO2，實現(xiàn)降低廢水中的CODcr的目的。某些長鏈脂肪類有機化合物及含苯環(huán)類有機物較難與臭氧直接反應(yīng)，在臭氧與催化劑的聯(lián)合作用下，很容易被裂解而達到直鏈斷裂或?qū)崿F(xiàn)打開苯環(huán)，在反應(yīng)過程中產(chǎn)生可生物降解的分子和CO2，同時臭氧能將有機大環(huán)分子或長鏈大分子氧化成小分子，這樣可以提高BOD5/CODcr，使廢水的可生物降解性提高，以便后續(xù)的生物處理裝置的運行【5】。而且由于氨難以被臭氧氧化，而臭氧卻能將水中部分有機氮氧化生成氨氮【6】，提供后續(xù)生化處理的營養(yǎng)。

影響臭氧催化氧化效果的主要因素有進水的PH、催化氧化反應(yīng)時間、臭氧的用量等。通入催化氧化塔的臭氧時間不同，則廢水中投加臭氧的量也不同。本次實驗主要確定臭氧和生物活性炭對廢水中的CODcr去除率，以及臭氧催化氧化與生物活性炭聯(lián)用的總?cè)コЧ?。?shù)據(jù)如下表

3 結(jié)論

（1）酒精廢水經(jīng)過兩級厭氧+兩級好氧+等工藝處理后廢水的有機物成分仍很復(fù)雜、色度高、BOD5/CODcr值低，常規(guī)工藝難以降解，采用臭氧催化氧化后在進行生化處理，取得較好處理效果。

（2）采用臭氧催化氧化+生物活性炭濾床組合工藝對酒精廢水進行深度處理，綜合考慮，臭氧催化氧化預(yù)處理廢水的最佳操作條件是：在室溫條件下，廢水PH值為8—9之間，O3/COD值為0.8，負載催化劑，通入O3時間為10min以上，COD的去除率能達到32%，色度去除率能達到78%以上；同時，生物活性炭去除率最高能達到65%且色度出去率達到65%以上。

各單元去除率分析圖

（3）通過臭氧催化氧化對酒精廢水深度處理，使該廢水的可生化性有較大程度的提高，適用于后續(xù)生化處理。

（4）臭氧催化氧化對酒精廢水深度處理是一種有實用性、具有較大競爭力的方法。

（5）研制的催化劑，催化效率和吸附能力較好，不隨廢水一起排出，可以重復(fù)利用，使用方便，減少二次污染，能在工程實踐中發(fā)揮重要作用。

（6）本次實驗室單純的研究臭氧催化氧化對COD和色度的去除效果，然而，臭氧進水PH的最佳范圍、臭氧催化氧化反應(yīng)時間，臭氧最佳投加量（經(jīng)濟和效果的綜合考慮），臭氧催化劑的選型以及投加量均有待研究。

參考文獻：

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