臭氧化技术在高浓度有机废水处理中的应用

2016-12-12曾志航惠州市保家环境工程有限公司广东惠州516000

中国新技术新产品 2016年1期

关键词：应用

曾志航（惠州市保家环境工程有限公司，广东　惠州　516000）

臭氧化技术在高浓度有机废水处理中的应用

曾志航
（惠州市保家环境工程有限公司，广东惠州516000）

摘要：现阶段，改善我国居民生活环境已成为我国城乡建设的重要组成部分，水污染治理也成为我国环境保护的一项重要工作。当前我国在处理高浓度有机废水处理方面尚未取得理想的成效，因此，积极探索如何有效治理工业污水成为当务之急。本文介绍了臭氧化技术在高浓度有机废水处理技术，有效降低污水中氮、磷的排放量，对解决我国水环境污染问题有着非常重要的现实意义。

关键词：臭氧化技术；有机废水；应用

1 臭氧化技术在高浓度有机废水处理中的优点

典型的臭氧化废水处理工艺相比传统的废水处理工艺相比有着如下的优点：（1）臭氧化工艺由多段臭氧化串联，系统内整体呈推流形式，无需硝化液内回流，降低了工艺的运行成本。有研究显示，在污泥回流比为0.5的条件下，臭氧化工艺无需硝化液回流就能去除85%以上的总氮，但传统的臭氧化工艺只能达到40%的脱氮率。而传统的臭氧化工艺如要获得80%的脱氮率，需要50%的污泥回流比和350%的硝化液回流比。（2）回流污泥直接进入首段的缺氧段，进水按比例分配进入各级缺氧段，稀释作用被延迟，系统中形成污泥浓度梯度。与传统臭氧化工艺相比，在不增加污泥回流量和二沉池负荷的条件下，增加了系统中的平均污泥浓度以及较长的固体停留时间（SRT），提高了单位池容的处理能力，因此能够节省池容，降低基建投资成本。（3）原水分段从缺氧段进入系统，为反硝化反应提供碳源，同时原水中有机碳在缺氧段被有效降解后进入臭氧段，可以抑制臭氧区内增殖速率大的异养菌的生长，给属于化能自养型臭氧细菌的硝化菌提供良好的生长环境。另外，缺氧段和臭氧段的交替，可以使系统内的碱度互补，能够减少或者无需额外投加碱度即可使系统内满足正常的酸碱平衡。（4）系统内有机底物沿程分布，系统负荷均衡。

2 臭氧化工艺在有机废水处理中的影响因素

（1）分段数及进水流量分配。分段数对系统的脱氮效率有直接的影响，理论上系统的分段数越多，总氮去除率越高，同时工艺设计和实际运行操作也更为复杂，因此工程设计中一般不超过4段。进水流量分配也是臭氧化工艺脱氮率的重要影响因素，其不仅影响着系统各臭氧段的硝化负荷，还影响着各缺氧段的反硝化碳源充足与否。如高氨氮进水负荷时，遵循等负荷流量分配原则，可以给硝化菌提供良好的生长环境，保证出水氨氮达标；按照最优流量分配系数的方法，则可将进水碳源最大程度用于反硝化，达到高效脱氮的目的；针对水力负荷突然加大的情况，为防止污泥被冲刷流失，可以加大末端进水。（2）进水碳氮比。进水碳氮比（COD/TKN）是影响臭氧化废水处理工艺的脱氮率重要因素，其决定缺氧区的反硝化所需的电子供体数量，适宜的碳氮比可以提高系统的脱氮率，同时也对进水流量分配、缺氧段和臭氧段的容积比起决定作用。（3）溶解氧。由于臭氧化脱氮工艺的结构特点，缺氧和臭氧频繁交替，因此需要考虑污水由臭氧段进入缺氧段时溶解氧（DO）的携带问题。在满足硝化反应和有机物降解的情况下，应该最大程度降低曝气量以减少进入缺氧段的硝化液中DO携带量，为反硝化提供良好的缺氧环境，同时可以减少缺氧区内的可快速降解有机碳源被氧化消耗，达到碳源的高效利用。（4）缺氧段与臭氧段的容积比。臭氧化脱氮工艺中，各段臭氧区硝化反应的氨氮来源是本段缺氧区的进水，硝化液直接进入下一段缺氧区进行反硝化。因此，臭氧段的容积应该与本段的进水水量及进水的碳氮比相关，且各级缺氧区的反硝化能力应满足由上一级臭氧区产生的硝态氮负荷，才能保TN能最大程度被去除。

3 臭氧化技术在高浓度有机废水处理中的应用

1977年，Cooper等首先开展了臭氧化废水处理工艺的实验室研究。在1980 年Miyaji等采用臭氧化工艺处理粪便废水，总氮去除率可达90%。至1983年，世界上第一座采用臭氧化工艺的污水处理厂投入运行。臭氧化工艺相比传统废水处理工艺具有很多优点，但工艺要实现最佳控制及达到最优处理效果都比较复杂，因此，近年来国内外的学者针对臭氧化脱氮工艺展开了广泛的研究。Zhu等人采用稳态的数学模型研究各段容积和进水流量分配系数对四段式分段臭氧化废水处理工艺出水TN的影响，试验期间TN的去除率可高达90%以上，出水TN低于5mg/L，且稳态模型预测结果与实测数据具有良好的相关性。Tang等根据缺氧池内BOD和硝态氮的量恰好完全反硝化的原则进行流量分配，通过物料守恒原理计算出臭氧化工艺相邻两段进水流量之间的关系及系统最大理论脱氮率的关系式，并由关系式发现，当系统分段数超过4段时，系统的脱氮效率提升不明显。Wang等人四段式臭氧化工艺针对实际生活污水展开中试研究，当污泥回流比为50%，水力停留时间为9h，SRT 为20d，进水采用等流量分配，系统对COD、NH4＋-N、TN和TP的去除效率分别达到了89.5%、97.8%、73%和75%。Vaiopoulou, Ge, Peng等人采用臭氧化与UCT工艺相结合，研究该组合工艺在不同的流量分配系数下对COD、TN和TP的去除效率，得到较高的污染物去除率，同时还发现这种组合工艺在处理低C/N比污水时具有明显优势。Xu等人采用臭氧化工艺对徐州市污水处理厂进行改建，明显改善出水水质。Filos等人在纽约的塔尔曼岛污水处理厂采用原位试验研究了臭氧化工艺的实际运行情况。Boyle等人针对新西兰奥克兰市的芒哲雷污水处理厂出水TN超标的问题，在原有臭氧化工艺基础上增加内循环系统，改造后大多数情况下出水TN浓度能满足达标排放的要求。Kayser等人对德国沃尔夫斯堡的污水处理厂进行调查，该厂采用三段进水臭氧化废水处理工艺，在进水BOD/ TKN为5时，出水的总氮浓度可以保持在10mg/L以下。