2種深度氧化技術(shù)在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用實(shí)例比較

賀 陽(yáng)

（上海東振環(huán)保工程技術(shù)有限公司，上海201203）

為適應(yīng)國(guó)家一系列工業(yè)廢水污染物排放新標(biāo)準(zhǔn)的施行和環(huán)保督查的嚴(yán)格管控，以實(shí)現(xiàn)廢水回用或達(dá)標(biāo)排放，有必要對(duì)生化處理出水進(jìn)行深度處理。目前，國(guó)內(nèi)大、中型工業(yè)廢水處理項(xiàng)目主要采用臭氧氧化+曝氣生物濾池（BAF）和Fenton氧化+沉淀過(guò)濾這2種深度處理技術(shù)。前者適用于廢水污染物的臭氧氧化效果好、廢水有回用需求的情況，在石油化工、煤化工行業(yè)廢水處理中，已基本成為了一種標(biāo)配工藝；后者則適用于廢水無(wú)回用需求、污泥處置費(fèi)用低的項(xiàng)目，主要應(yīng)用于化纖、印染和造紙等行業(yè)的廢水處理。

1 臭氧氧化+BAF工藝

1.1 工藝介紹

臭氧氧化法作為一種高級(jí)氧化工藝，在與BAF結(jié)合的組合工藝中，主要起到對(duì)低濃度、難降解有機(jī)污染物的開(kāi)環(huán)斷鏈以降低廢水毒性、提高廢水可生化性的作用〔1〕。臭氧氧化與BAF是相互依存的統(tǒng)一體，不同的臭氧投加量和氧化反應(yīng)時(shí)間，會(huì)得到不同的氧化產(chǎn)物，馴養(yǎng)出不同的BAF生物菌群，從而影響出水水質(zhì)，因此設(shè)計(jì)時(shí)二者應(yīng)統(tǒng)一考慮。

工程上常見(jiàn)的臭氧氧化工藝分為臭氧接觸氧化工藝和臭氧催化氧化工藝2種型式，臭氧接觸氧化池、臭氧催化氧化池結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

臭氧接觸氧化池、臭氧催化氧化池的區(qū)別主要在于：后者在臭氧氧化池中加入了附著于活性氧化鋁等載體上的過(guò)渡金屬催化劑，能有效降低20%~30%的臭氧投加量，縮短50%左右的反應(yīng)時(shí)間〔2〕。由于催化劑填料床的存在，SS過(guò)多易造成填料床堵塞，因此臭氧催化氧化池需要設(shè)置反洗設(shè)施，定期反洗。

圖1 臭氧接觸氧化池、臭氧催化氧化池結(jié)構(gòu)

BAF集生物氧化和截留懸浮物固體于一體，利用微生物的吸附、截留及降解功能去除廢水中的有機(jī)污染物。BAF具有多種型式〔3〕，本次研究的類(lèi)型主要有普通陶粒濾料BAF、輕質(zhì)濾料BAF和內(nèi)循環(huán)BAF，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

輕質(zhì)濾料BAF〔4〕的濾料密度小于水，采用親水性高分子材料加工而成，空間結(jié)構(gòu)呈網(wǎng)狀，比表面積大于1×105m2/m3，孔隙率大于85%，因此生物膜更易附著在濾料上、掛膜快、流失少，相比陶粒濾料，單位體積生物量更大、處理效果更好。內(nèi)循環(huán)BAF〔5〕采用多孔生物濾料，相比普通陶粒濾料，空隙率提高了15%，密度下降了20%；同時(shí)其獨(dú)有的隔離式曝氣技術(shù)，給反應(yīng)器充氧的同時(shí)，將污水沿曝氣器管道提升，再經(jīng)過(guò)反應(yīng)器生物床，在填料區(qū)形成循環(huán)水流。該生物反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)了曝氣與生化的分離，其生物膜邊界層厚度僅為普通陶粒濾料BAF的1/5，大幅度提高了生物膜相與水相間的傳質(zhì)速度，同時(shí)減少了曝氣對(duì)生物膜的沖刷和氣水短路溝流的產(chǎn)生。

圖2 陶粒濾料BAF、輕質(zhì)濾料BAF、內(nèi)循環(huán)BAF結(jié)構(gòu)

1.2 工程實(shí)例

臭氧氧化+BAF的部分工程應(yīng)用實(shí)例見(jiàn)表1。

表1 臭氧氧化+BAF的部分工程應(yīng)用實(shí)例

由表1可知，上述工程實(shí)例發(fā)現(xiàn)BAF的掛膜情況普遍不太理想，一般只能去除20 mg/L左右的COD，因此若有更高的COD去除要求時(shí)，需要加大臭氧用量去直接降解COD，運(yùn)行費(fèi)用會(huì)有所增加。

2 Fenton氧化+沉淀過(guò)濾工藝

2.1 工藝介紹

Fenton試劑在水處理中主要起氧化和混凝2種作用。Fenton反應(yīng)產(chǎn)生的·OH氧化能力強(qiáng)，且無(wú)選擇性，能將廢水中部分有機(jī)物直接氧化成CO2和H2O，再經(jīng)混凝沉淀、過(guò)濾降低懸浮物SS后，可實(shí)現(xiàn)直接排放。

常規(guī)Fenton氧化存在對(duì)有機(jī)物礦化度不完全、處理效率低、成本較高的不足，而Fenton聯(lián)合法，例如超聲波 Fenton、電 Fenton、光 Fenton、微波 Fenton等〔6〕，雖然處理效率有較大提升，但是大部分仍處于試驗(yàn)研究階段，尚不能大規(guī)模應(yīng)用于實(shí)際工程。在工程中，載體流化床形式的非均相Fenton氧化塔應(yīng)用較多〔7〕，載體可以是石英砂、磁石、活性炭或者塑料，材質(zhì)不同其流化速度不同，塔體的空塔流速相應(yīng)也不同，非均相Fenton氧化塔構(gòu)造見(jiàn)圖3。

該技術(shù)融合了流化床技術(shù)、二元催化氧化技術(shù)和載體覆膜技術(shù)，在反應(yīng)器內(nèi)普通的均相Fenton氧化正常進(jìn)行，產(chǎn)生的Fe（Ⅲ）以結(jié)晶或沉淀的形式覆膜到載體表面，并將載體截留在反應(yīng)器內(nèi)，從而形成了鐵的氧化物/H2O2的環(huán)境，這樣就會(huì)發(fā)生非均相Fenton氧化反應(yīng)。COD同時(shí)由均相Fenton氧化反應(yīng)和非均相Fenton氧化反應(yīng)2種方式降解，因此投加的藥劑和產(chǎn)生的污泥比均相Fenton氧化反應(yīng)要少，而又無(wú)需專(zhuān)門(mén)補(bǔ)充非均相Fenton載體。

圖3 Fenton氧化塔構(gòu)造

2.2 工程實(shí)例

Fenton氧化+沉淀過(guò)濾技術(shù)的部分工程應(yīng)用實(shí)例見(jiàn)表2。

表2 Fenton氧化+沉淀過(guò)濾技術(shù)的部分工程應(yīng)用實(shí)例

3 2種深度處理技術(shù)的比較

通過(guò)上述工業(yè)廢水深度處理的工程實(shí)例可以看出，2種深度處理技術(shù)在大、中型項(xiàng)目中都有應(yīng)用，能夠滿(mǎn)足穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放的技術(shù)要求，并適用于已有廢水站的提標(biāo)改造。

臭氧氧化+BAF技術(shù)運(yùn)行費(fèi)用低、一次性投資高，產(chǎn)生少量生化污泥，不引入無(wú)機(jī)鹽，適用于廢水回用的場(chǎng)合，必須考慮臭氧尾氣的收集和處理；Fenton氧化+沉淀過(guò)濾技術(shù)投資費(fèi)用較低、運(yùn)行費(fèi)用較高，會(huì)產(chǎn)生大量化學(xué)污泥，對(duì)總磷有一定的去除能力，投加的酸堿、催化劑等化學(xué)藥劑會(huì)引入大量無(wú)機(jī)鹽，在廢水需要回用時(shí)不太適用，產(chǎn)生的酸堿廢氣按需進(jìn)行收集和處理，2種廢水深度處理技術(shù)的比較見(jiàn)表3。

表3 2種廢水深度處理技術(shù)的比較

4 結(jié)論

工程應(yīng)用證明，臭氧氧化+BAF和Fenton氧化+沉淀過(guò)濾技術(shù)，都能應(yīng)用于大、中型工業(yè)廢水深度處理項(xiàng)目，并適用于已有廢水站的提標(biāo)改造。選擇何種深度處理技術(shù)，除了考慮該技術(shù)能否滿(mǎn)足水質(zhì)處理的要求，還要從是否回用、投資費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用、污泥處置等方面進(jìn)行綜合對(duì)比。

隨著環(huán)保要求對(duì)廢水處理站產(chǎn)生的廢氣處理、污泥處置的逐漸嚴(yán)格，廢水回用的需求逐年增大，可以預(yù)見(jiàn)臭氧氧化+BAF技術(shù)在滿(mǎn)足水質(zhì)處理要求的前提下，相對(duì)于Fenton氧化+沉淀過(guò)濾技術(shù)的綜合優(yōu)勢(shì)將愈加明顯。