生化-高級(jí)氧化組合工藝處理海上生活污水

張子臣，李樹(shù)超，國(guó) 健

（中海油節(jié)能環(huán)保服務(wù)有限公司，天津 300452）

近年來(lái)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展帶動(dòng)石油等能源需求量增加，進(jìn)而導(dǎo)致海上石油開(kāi)采量越來(lái)越大。石油作業(yè)平臺(tái)長(zhǎng)期坐落在海域中，平臺(tái)作業(yè)人員日常產(chǎn)生的生活污水若得不到有效處理將產(chǎn)生各種污染問(wèn)題，海上平臺(tái)生活污水對(duì)周邊環(huán)境的污染也越來(lái)越受到重視。尤其是2012年10月，國(guó)際海事組織（IMO）通過(guò)了MEPC.227（64）決議，決議在原COD要求的基礎(chǔ)上增加了總氮、總磷的要求，即COD≤125mg/L、總氮≤20mg/L、總磷≤1mg/L，決議于2016年1月1日起實(shí)施[1]。隨著國(guó)家對(duì)海洋環(huán)保的越來(lái)越重視，新的生活污水處理工藝可為海上生活污水提標(biāo)進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備。

臭氧催化氧化是一種常用在廢水處理的高級(jí)氧化技術(shù)，氧化能力強(qiáng)、反應(yīng)快、去除效率高，能夠極大提高有機(jī)物降解速率和廢水可生化性，并且具有殺菌消毒作用，是一項(xiàng)具有廣泛應(yīng)用前景的新型污水處理技術(shù)[2]。此項(xiàng)技術(shù)和生化處理技術(shù)結(jié)合是今后的一個(gè)重要發(fā)展方向。謝陳鑫等采用臭氧光電催化耦合處理煉油反滲透濃水，可有效降解反滲透濃水，當(dāng)pH=7.5，臭氧投加量達(dá)到8mg/L，電流密度50mA/cm2，停留時(shí)間30min，出水達(dá)到COD≤50mg/L，石油類≤0.5mg/L的排放要求[3]。張冬梅等采用O3/UV法對(duì)煉油含堿廢水進(jìn)行了降解實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，O3/UV法COD去除率比單獨(dú)臭氧提高24%，臭氧的強(qiáng)氧化作用使大分子有機(jī)物質(zhì)的環(huán)狀分子部分環(huán)或長(zhǎng)鏈條分子部分?jǐn)嗔?，從而使大分子物質(zhì)變成小分子物質(zhì)，生成了易于生化降解的物質(zhì)，進(jìn)而提高廢水的可生化性[4]。

在前期工作的基礎(chǔ)上，本研究采用臭氧催化氧化-生化技術(shù)對(duì)海上生活污水進(jìn)行處理實(shí)驗(yàn)，考察不同條件下處理效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 反應(yīng)原理

海上生活污水沖擊負(fù)荷大，處理難度大，傳統(tǒng)的MBR、電解都存在不同程度的缺點(diǎn)，將臭氧與生化處理結(jié)合使用，可極大提高處理效率，降低能耗。臭氧在紫外輻射作用下分解產(chǎn)生大量·OH，能有效降解COD、總氮、總磷等。已有文獻(xiàn)報(bào)道使用紫外光照射后，O3的氧化能力增強(qiáng)了10倍以上。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)采用CF-YG100型臭氧發(fā)生器，其運(yùn)行參數(shù)為：臭氧發(fā)生量10～100g/h、額定功率250W、額定電壓220V。它以空氣為氣源，通過(guò)在高電壓介質(zhì)與電極之間產(chǎn)生放電，使氧分子離解，快速產(chǎn)生臭氧。

實(shí)驗(yàn)容器為自制反應(yīng)器，玻璃反應(yīng)槽的有效容積為5L，臭氧通入反應(yīng)槽后，采用循環(huán)射流泵分散產(chǎn)生大量細(xì)小的臭氧氣泡，使其與廢水充分地混合、反應(yīng)，從而降解去除廢水中的有機(jī)物。

1.3 分析方法

COD：采用傳統(tǒng)重鉻酸鉀法進(jìn)行測(cè)定[5]，pH采用梅特勒-托利多FE20便攜pH計(jì)測(cè)定。

1.4 實(shí)驗(yàn)廢水

實(shí)驗(yàn)用水為某平臺(tái)生活污水（黑水和灰水混合），具體指標(biāo)如下：COD 600～800mg/L，BOD5200～400mg/L

2 結(jié)果與討論

2.1 臭氧投加量的影響

進(jìn)水COD為783mg/L，pH為7～9，其他實(shí)驗(yàn)條件不變，只改變臭氧氣體流量，反應(yīng)一段時(shí)間后取水樣測(cè)定COD。臭氧氣體流量與COD去除率關(guān)系見(jiàn)圖1。

從圖1看出，在臭氧投加量從0增加到20mg/L時(shí)，廢水出水中COD、BOD出現(xiàn)了不同程度的降低。當(dāng)投加量達(dá)到7mg/L時(shí)，出水中COD、BOD的含量趨于穩(wěn)定。隨著水中臭氧濃度增加，大量臭氧轉(zhuǎn)化為·OH，有機(jī)污染物逐漸降解完全，出水中COD和BOD明顯降低?？梢?jiàn)，臭氧對(duì)廢水中污染物的去除有著非常明顯的效果，但臭氧投加量并不是越大越好，合適的臭氧投加量對(duì)污水處理效果及成本具有重要作用。

圖1 臭氧投加量對(duì)處理效果影響

2.2 反應(yīng)時(shí)間的影響

臭氧投加量是臭氧氧化水處理工藝的一重要參數(shù)，決定了廢水的處理成本。臭氧投加量并不是越大越好，同樣反應(yīng)時(shí)間也并不是越長(zhǎng)越好。

向反應(yīng)槽內(nèi)通入7mg/L 的臭氧進(jìn)行曝氣反應(yīng)，每隔一段時(shí)間，取水樣測(cè)定COD。臭氧曝氣反應(yīng)時(shí)間與COD去除效果的關(guān)系見(jiàn)圖2。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：廢水與臭氧的氧化反應(yīng)時(shí)間為120min 時(shí)，COD的去除效果最好。

圖2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)處理效果的影響

從圖2可以看出，在反應(yīng)的前階段，COD的去除率很快，后期逐漸平緩，且在反應(yīng)120min后接近水平狀態(tài)。這是因?yàn)樵诔粞醴磻?yīng)的整個(gè)過(guò)程中，臭氧對(duì)水中有機(jī)物的氧化降解有一定的選擇性。通入臭氧的初始階段，參加反應(yīng)的主要是易氧化的有機(jī)物，可很快地被臭氧氧化成CO2和H2O[6]。在后面的反應(yīng)過(guò)程中，廢水中的有機(jī)物較難被氧化，甚至很難氧化，即使參與反應(yīng)的物質(zhì)也不能直接轉(zhuǎn)化成CO2和H2O，有些被氧化成其他中間轉(zhuǎn)化體，或者只是把大分子的有機(jī)物氧化成分子量較小的有機(jī)物，而這些對(duì)COD的降低沒(méi)有明顯的效果。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)

為進(jìn)一步考察臭氧催化氧化-生化系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，對(duì)自主研發(fā)的臭氧-生化裝置進(jìn)行連續(xù)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)。

工藝流程如下，污水（黑水或灰水）首先進(jìn)入調(diào)節(jié)池處理，上層的液體通過(guò)水泵進(jìn)入?yún)捬跆幚韱卧恋硐聛?lái)的廢渣通過(guò)底部的排渣口排出，底部的淤泥通過(guò)排泥口排出收集。調(diào)節(jié)單元可以調(diào)節(jié)后續(xù)處理的水量和使得水質(zhì)均化。生化處理單元包括厭氧處理、好氧處理以及MBR深度處理。經(jīng)過(guò)生化處理后進(jìn)入臭氧氧化裝置，繼續(xù)降低COD，并通過(guò)紫外燈和臭氧對(duì)水進(jìn)行殺菌，從而減少出水中的細(xì)菌含量，減少對(duì)環(huán)境的污染。經(jīng)過(guò)殺菌池殺菌處理后的水即可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)入貯水池進(jìn)行達(dá)標(biāo)排放。

中試裝置概況：

本體采用4mm厚不銹鋼鋼板焊接而成，內(nèi)壁涂有環(huán)氧瀝青，油漆干膜厚度為300μm。設(shè)備采用全封閉結(jié)構(gòu)，設(shè)有排氣口、進(jìn)水口、排泥口和出水口。外形尺寸，3 500mm× 2 500mm×2 500mm，處理量16m3/d。

來(lái)水→預(yù)處理罐→生化處理罐→臭氧反應(yīng)罐→達(dá)標(biāo)排放

平臺(tái)生活污水一般進(jìn)行統(tǒng)一處理，即將黑水和灰水同時(shí)進(jìn)入污水處理系統(tǒng)。本中試實(shí)驗(yàn)采用緩沖罐進(jìn)行統(tǒng)一收集黑水和灰水，而后進(jìn)入臭氧-生化系統(tǒng)進(jìn)行處理。圖3為臭氧投加量7mg/L條件下，裝置進(jìn)、出水COD和BOD5狀況。由圖4可知，平臺(tái)生活污水COD在760～970mg/L，進(jìn)水BOD5在350～460mg/L，經(jīng)電催化氧化系統(tǒng)處理后，出水COD和BOD5分別為95～112mg/L和17～20mg/L，出水水質(zhì)滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 臭氧催化氧化-生化處理平臺(tái)生活污水狀況

3 結(jié)論

1）針對(duì)海上生活污水沖擊負(fù)荷大，現(xiàn)有處理設(shè)備不穩(wěn)定、能耗大等問(wèn)題，開(kāi)發(fā)新的處理工藝臭氧-生化工藝，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行海上生活污水中試實(shí)驗(yàn)，處理效果好，穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

2）臭氧投加量為7mg/L，反應(yīng)時(shí)間120min，pH為8的條件下，廢水處理效果較好，并且在此條件下，連續(xù)處理平臺(tái)生活污水實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，降低環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。

3）臭氧-生化結(jié)合工藝對(duì)平臺(tái)生活污水處理是一種全新的工藝，改善了生化不穩(wěn)定以及難達(dá)標(biāo)的情況，是一種具有前景的海上生活污水處理方法。