臭氧化技術(shù)在高濃度有機(jī)廢水處理中的應(yīng)用

曾志航（惠州市保家環(huán)境工程有限公司，廣東　惠州　516000）

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臭氧化技術(shù)在高濃度有機(jī)廢水處理中的應(yīng)用

曾志航
（惠州市保家環(huán)境工程有限公司，廣東惠州516000）

摘要：現(xiàn)階段，改善我國居民生活環(huán)境已成為我國城鄉(xiāng)建設(shè)的重要組成部分，水污染治理也成為我國環(huán)境保護(hù)的一項(xiàng)重要工作。當(dāng)前我國在處理高濃度有機(jī)廢水處理方面尚未取得理想的成效，因此，積極探索如何有效治理工業(yè)污水成為當(dāng)務(wù)之急。本文介紹了臭氧化技術(shù)在高濃度有機(jī)廢水處理技術(shù)，有效降低污水中氮、磷的排放量，對解決我國水環(huán)境污染問題有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：臭氧化技術(shù)；有機(jī)廢水；應(yīng)用

1 臭氧化技術(shù)在高濃度有機(jī)廢水處理中的優(yōu)點(diǎn)

典型的臭氧化廢水處理工藝相比傳統(tǒng)的廢水處理工藝相比有著如下的優(yōu)點(diǎn)：（1）臭氧化工藝由多段臭氧化串聯(lián)，系統(tǒng)內(nèi)整體呈推流形式，無需硝化液內(nèi)回流，降低了工藝的運(yùn)行成本。有研究顯示，在污泥回流比為0.5的條件下，臭氧化工藝無需硝化液回流就能去除85%以上的總氮，但傳統(tǒng)的臭氧化工藝只能達(dá)到40%的脫氮率。而傳統(tǒng)的臭氧化工藝如要獲得80%的脫氮率，需要50%的污泥回流比和350%的硝化液回流比。（2）回流污泥直接進(jìn)入首段的缺氧段，進(jìn)水按比例分配進(jìn)入各級缺氧段，稀釋作用被延遲，系統(tǒng)中形成污泥濃度梯度。與傳統(tǒng)臭氧化工藝相比，在不增加污泥回流量和二沉池負(fù)荷的條件下，增加了系統(tǒng)中的平均污泥濃度以及較長的固體停留時間（SRT），提高了單位池容的處理能力，因此能夠節(jié)省池容，降低基建投資成本。（3）原水分段從缺氧段進(jìn)入系統(tǒng)，為反硝化反應(yīng)提供碳源，同時原水中有機(jī)碳在缺氧段被有效降解后進(jìn)入臭氧段，可以抑制臭氧區(qū)內(nèi)增殖速率大的異養(yǎng)菌的生長，給屬于化能自養(yǎng)型臭氧細(xì)菌的硝化菌提供良好的生長環(huán)境。另外，缺氧段和臭氧段的交替，可以使系統(tǒng)內(nèi)的堿度互補(bǔ)，能夠減少或者無需額外投加堿度即可使系統(tǒng)內(nèi)滿足正常的酸堿平衡。（4）系統(tǒng)內(nèi)有機(jī)底物沿程分布，系統(tǒng)負(fù)荷均衡。

2 臭氧化工藝在有機(jī)廢水處理中的影響因素

（1）分段數(shù)及進(jìn)水流量分配。分段數(shù)對系統(tǒng)的脫氮效率有直接的影響，理論上系統(tǒng)的分段數(shù)越多，總氮去除率越高，同時工藝設(shè)計(jì)和實(shí)際運(yùn)行操作也更為復(fù)雜，因此工程設(shè)計(jì)中一般不超過4段。進(jìn)水流量分配也是臭氧化工藝脫氮率的重要影響因素，其不僅影響著系統(tǒng)各臭氧段的硝化負(fù)荷，還影響著各缺氧段的反硝化碳源充足與否。如高氨氮進(jìn)水負(fù)荷時，遵循等負(fù)荷流量分配原則，可以給硝化菌提供良好的生長環(huán)境，保證出水氨氮達(dá)標(biāo)；按照最優(yōu)流量分配系數(shù)的方法，則可將進(jìn)水碳源最大程度用于反硝化，達(dá)到高效脫氮的目的；針對水力負(fù)荷突然加大的情況，為防止污泥被沖刷流失，可以加大末端進(jìn)水。（2）進(jìn)水碳氮比。進(jìn)水碳氮比（COD/TKN）是影響臭氧化廢水處理工藝的脫氮率重要因素，其決定缺氧區(qū)的反硝化所需的電子供體數(shù)量，適宜的碳氮比可以提高系統(tǒng)的脫氮率，同時也對進(jìn)水流量分配、缺氧段和臭氧段的容積比起決定作用。（3）溶解氧。由于臭氧化脫氮工藝的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，缺氧和臭氧頻繁交替，因此需要考慮污水由臭氧段進(jìn)入缺氧段時溶解氧（DO）的攜帶問題。在滿足硝化反應(yīng)和有機(jī)物降解的情況下，應(yīng)該最大程度降低曝氣量以減少進(jìn)入缺氧段的硝化液中DO攜帶量，為反硝化提供良好的缺氧環(huán)境，同時可以減少缺氧區(qū)內(nèi)的可快速降解有機(jī)碳源被氧化消耗，達(dá)到碳源的高效利用。（4）缺氧段與臭氧段的容積比。臭氧化脫氮工藝中，各段臭氧區(qū)硝化反應(yīng)的氨氮來源是本段缺氧區(qū)的進(jìn)水，硝化液直接進(jìn)入下一段缺氧區(qū)進(jìn)行反硝化。因此，臭氧段的容積應(yīng)該與本段的進(jìn)水水量及進(jìn)水的碳氮比相關(guān)，且各級缺氧區(qū)的反硝化能力應(yīng)滿足由上一級臭氧區(qū)產(chǎn)生的硝態(tài)氮負(fù)荷，才能保TN能最大程度被去除。

3 臭氧化技術(shù)在高濃度有機(jī)廢水處理中的應(yīng)用

1977年，Cooper等首先開展了臭氧化廢水處理工藝的實(shí)驗(yàn)室研究。在1980 年Miyaji等采用臭氧化工藝處理糞便廢水，總氮去除率可達(dá)90%。至1983年，世界上第一座采用臭氧化工藝的污水處理廠投入運(yùn)行。臭氧化工藝相比傳統(tǒng)廢水處理工藝具有很多優(yōu)點(diǎn)，但工藝要實(shí)現(xiàn)最佳控制及達(dá)到最優(yōu)處理效果都比較復(fù)雜，因此，近年來國內(nèi)外的學(xué)者針對臭氧化脫氮工藝展開了廣泛的研究。Zhu等人采用穩(wěn)態(tài)的數(shù)學(xué)模型研究各段容積和進(jìn)水流量分配系數(shù)對四段式分段臭氧化廢水處理工藝出水TN的影響，試驗(yàn)期間TN的去除率可高達(dá)90%以上，出水TN低于5mg/L，且穩(wěn)態(tài)模型預(yù)測結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)具有良好的相關(guān)性。Tang等根據(jù)缺氧池內(nèi)BOD和硝態(tài)氮的量恰好完全反硝化的原則進(jìn)行流量分配，通過物料守恒原理計(jì)算出臭氧化工藝相鄰兩段進(jìn)水流量之間的關(guān)系及系統(tǒng)最大理論脫氮率的關(guān)系式，并由關(guān)系式發(fā)現(xiàn)，當(dāng)系統(tǒng)分段數(shù)超過4段時，系統(tǒng)的脫氮效率提升不明顯。Wang等人四段式臭氧化工藝針對實(shí)際生活污水展開中試研究，當(dāng)污泥回流比為50%，水力停留時間為9h，SRT 為20d，進(jìn)水采用等流量分配，系統(tǒng)對COD、NH4＋-N、TN和TP的去除效率分別達(dá)到了89.5%、97.8%、73%和75%。Vaiopoulou, Ge, Peng等人采用臭氧化與UCT工藝相結(jié)合，研究該組合工藝在不同的流量分配系數(shù)下對COD、TN和TP的去除效率，得到較高的污染物去除率，同時還發(fā)現(xiàn)這種組合工藝在處理低C/N比污水時具有明顯優(yōu)勢。Xu等人采用臭氧化工藝對徐州市污水處理廠進(jìn)行改建，明顯改善出水水質(zhì)。Filos等人在紐約的塔爾曼島污水處理廠采用原位試驗(yàn)研究了臭氧化工藝的實(shí)際運(yùn)行情況。Boyle等人針對新西蘭奧克蘭市的芒哲雷污水處理廠出水TN超標(biāo)的問題，在原有臭氧化工藝基礎(chǔ)上增加內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，改造后大多數(shù)情況下出水TN濃度能滿足達(dá)標(biāo)排放的要求。Kayser等人對德國沃爾夫斯堡的污水處理廠進(jìn)行調(diào)查，該廠采用三段進(jìn)水臭氧化廢水處理工藝，在進(jìn)水BOD/ TKN為5時，出水的總氮濃度可以保持在10mg/L以下。

結(jié)語

臭氧化法是一項(xiàng)新興的高級氧化水處理技術(shù)。因此，進(jìn)一步提高臭氧的利用效率和氧化能力是當(dāng)前要解決的關(guān)鍵性問題。隨著對臭氧氧化反應(yīng)機(jī)理研究的深入和高效低耗新型臭氧發(fā)生裝置技術(shù)的開發(fā)，臭氧化技術(shù)在水處理領(lǐng)域必將得到更加廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]李鵬程，劉雷，胡九成.多相催化氧化法處理酚氰廢水的研究[J].南昌大學(xué)學(xué)報(bào)，工科版，2002，24（03）：80-86.

中圖分類號：X703

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A