催化氧化新技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用

張　　坤，趙海峰，張　　寧

（1.山東水務(wù)投資有限公司，山東 濟(jì)南 240014；2.山東省水利信息中心，山東 濟(jì)南 250014）

催化氧化新技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用

張坤1，趙海峰1，張寧2

（1.山東水務(wù)投資有限公司，山東 濟(jì)南 240014；2.山東省水利信息中心，山東 濟(jì)南 250014）

【摘要】在污水處理行業(yè)，制藥、石煉、化纖是業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為難處理的工業(yè)廢水，本文從高級催化氧化技術(shù)在石家莊良村南污水處理廠（5萬m3/d）中的技術(shù)方案設(shè)計(jì)和應(yīng)用方面，提出解決工業(yè)廢水處理的一種新型工藝，對處理工藝廢水的新建污水廠和原有污水廠技術(shù)升級改造具有指導(dǎo)意義?！娟P(guān)鍵詞】生物池；混凝氣浮工藝；高級催化氧化工藝；曝氣生物過濾；臭氧制備

一般處理工藝廢水的污水處理廠采用的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)大都為高級氧化，又稱做深度氧化技術(shù)，以產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化能力的羥基自由基 （-OH）為特點(diǎn)，在高溫高壓、電、聲、光輻照等反應(yīng)條件下，使大分子難降解有機(jī)物氧化成低毒或無毒的小分子物質(zhì)。本文所述的高級催化氧化技術(shù)是針對污水來源主要為華北制藥廠的制藥廢水和石家莊工業(yè)園煉油廢水情況，通過方案論證和中試后形成的國內(nèi)一種新型污水處理技術(shù)。高級催化氧化技術(shù)是在高級氧化技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用臭氧和高級催化劑接觸反應(yīng)，使難降解的分子分解成易降解的分子，其中高級催化劑在天津市工業(yè)園、蕪湖工業(yè)園、長沙工業(yè)園都有成功的應(yīng)用。

1　水質(zhì)及工藝流程

1.1進(jìn)水水質(zhì)

來水水源為華北制藥、石油煉化、化纖、化肥廠等排水，進(jìn)水水質(zhì)BOD5≤180mg/L、CODcr≤500mg/L、SS≤200mg/L、TKN≤70mg/L、氨氮≤48mg/L、TP≤3mg/L。

1.2出廠水水質(zhì)

出廠水執(zhí)行 《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）的一級 A排放標(biāo)準(zhǔn)：BOD5≤10mg/L、COD≤50mg/L、SS≤10mg/L、TN≤15mg/L氨氮≤5（8）mg/L、TP≤0.5mg/L。

1.3工藝流程

一級處理工藝：預(yù)處理+水解酸化池；二級處理工藝：五段生物池（A2/O/A/O工藝）；二沉池+三級處理工藝：混凝氣浮池+兩級（高級催化氧化+曝氣生物濾池）+濾布濾池+紫外線消毒池。

2　高級催化氧化技術(shù)應(yīng)用

2.1高級催化氧化技術(shù)的確定

根據(jù)污水水質(zhì)主要為制藥廢水情況，通過前兩級工藝，指標(biāo)可達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級B標(biāo)準(zhǔn)，但SS、TP、COD和BOD5等則必須采用深度處理，才能達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)。因此根據(jù)水質(zhì)情況和中試結(jié)果確定上三級處理工藝（高級催化技術(shù)），使出水水質(zhì)中的污染物指標(biāo)達(dá)到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2高級催化氧化技術(shù)原理

本水廠收水范圍內(nèi)有大量制藥企業(yè)，其廢水COD含量高，且含有大量不可降解成分，因此如何去除難降解COD使出水全面達(dá)標(biāo)更是重中之重。

去除難降解COD，目前在中國污水處理行業(yè)應(yīng)用比較有效的有臭氧直接氧化和羥基自由基間接氧化兩種方式。臭氧直接氧化具有較強(qiáng)的選擇性，臭氧消耗量較大。根據(jù)2012年石家莊橋東脫色工藝采用臭氧直接氧化工藝試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)COD從60mg/L降到50mg/L時(shí)需要投加50mg/L的臭氧，效率低下，且水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況不穩(wěn)定。因此通過方案論證和大量中試試驗(yàn)，通過采用特殊催化劑，結(jié)合羥基自由基間接氧化法，形成了新的處理工藝：高級催化氧化技術(shù)。

高級催化氧化基本原理是臭氧、水在催化劑的作用下分解出羥基自由基，在催化劑表面發(fā)生界面反應(yīng)，通過自由基與有機(jī)化合物之間的加合、取代、電子轉(zhuǎn)移、斷鏈和破環(huán)等，使水中的大分子、難降解有機(jī)物氧化降解成低毒或者無毒的小分子物質(zhì)，使不可降解的成分變成可降解的成分，在后續(xù)曝氣生物反應(yīng)池中進(jìn)一步降解成CO2和水，完成有機(jī)物的最終去除。

本方法具有更高的氧化能力，可以無選擇地與水中絕大多數(shù)有機(jī)物和無機(jī)物迅速反應(yīng)。因此在對難降解有機(jī)物的去除作用方面，臭氧高級氧化同直接氧化相比，具有效率高，速度快，臭氧耗量較少的優(yōu)點(diǎn)。能解決絕大部分制藥、石油煉化廢水的處理問題。為此，對單獨(dú)臭氧氧化、催化劑吸附、高級催化氧化三種工藝的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比，硝基苯在不同情況下的降解率如圖1示：

圖1硝基苯在不同工藝下的降解率圖表

實(shí)驗(yàn)表明臭氧的催化氧化工藝去除效率是單獨(dú)投加臭氧的3～4倍。

為了解決臭氧高級氧化所需投資和運(yùn)行費(fèi)用都較高的問題，本水廠在工藝流程選擇上，做了大量優(yōu)化。在預(yù)處理工藝中設(shè)置了水解酸化工藝。水解酸化工藝通過厭氧生物反應(yīng)將部分難降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化為可降解的有機(jī)物，具有投資省、運(yùn)行成本低的優(yōu)點(diǎn)。將進(jìn)入高級催化氧化系統(tǒng)的難降解有機(jī)物濃度降低到最低程度，以節(jié)約運(yùn)行成本和建設(shè)費(fèi)用。

2.3高級催化氧化技術(shù)的工藝聯(lián)用

高級催化氧化技術(shù)是把難降解的分子分解為易分解的分子。根據(jù)中試試驗(yàn)結(jié)果，單級級高級催化氧化去除效率有限，所以在技術(shù)方案上，前段增加了混凝氣浮工藝，主要減輕進(jìn)入高級催化氧化工藝段的負(fù)荷。高級催化氧化工藝增加后續(xù)了曝氣生物濾池。工藝流程為：一級高級催化氧化+一級曝氣生物濾池+二級高級催化氧化+二級曝氣生物濾池。一級高級催化氧化臭氧投加量為4mg/L；二級高級催化氧化臭氧投加量為6mg/L。這樣連續(xù)兩級循環(huán)后，難降解的有機(jī)物可徹底的降解。最后經(jīng)過濾、消毒確保水質(zhì)全面穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

2.4高級催化氧化技術(shù)的去除率

據(jù)實(shí)驗(yàn)研究及現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果，單級級高級催化氧化池的去除效率是有限的，僅靠一級高級催化氧化使COD從150mg/L降低到50mg/L以下，有較大難度而且是不經(jīng)濟(jì)的。所以采用兩級高級催化氧化技術(shù)與曝氣生物濾池系統(tǒng)聯(lián)用，對難降解有機(jī)物去除效果徹底，而且具有降低能耗、節(jié)約成本的優(yōu)點(diǎn)。

2013-10本水廠通過了環(huán)保驗(yàn)收，取樣后，對催化氧化技術(shù)的應(yīng)用結(jié)果進(jìn)行了測算：一級高級催化氧化進(jìn)水COD為150mg/L出水COD為120mg/L，去除率為20%；經(jīng)過一級曝氣生物濾池出水COD為72mg/L，去除率為40%；進(jìn)入二級催化氧化和二級曝氣生物濾池后出水COD為47mg/L，去除率為38%。詳見表1高級催化氧化技術(shù)處理效率表。各級去除率指標(biāo)均滿足最初的方案技術(shù)指標(biāo)要求。

表1高級催化氧化技術(shù)處理效率表

3結(jié)語

高級催化氧化技術(shù)對于處理制藥等最難降解的污水具有很好的降解作用，在成本上通過前后工藝優(yōu)化，在臭氧投加量和高級催化劑的使用上比常規(guī)的工藝用量減少，節(jié)省了運(yùn)行成本。另外，可實(shí)現(xiàn)24h運(yùn)行，節(jié)省了管理成本。高級催化氧化技術(shù)在處理工業(yè)廢水上具有可推廣性。

（責(zé)任編輯趙其芬）

【中圖分類號】X703

【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B

【文章編號】1009-6159（2015）-10-0021-02

收稿日期：2015-03-03

作者簡介：張坤（1981—），男，工程師