臭氧尾气在印染废水生物处理中的应用

2020-06-10王由好朱五星

净水技术 2020年6期

赵明，王由好，朱五星

(上海市政工程设计研究总院〈集团〉有限公司, 上海 200092)

印染废水具有有机物浓度高、色度高、可生化性较差的特点，属于典型的难生物降解废水[1]。随着社会经济的发展，环境质量要求越来越高，印染废水的排放标准也日趋严格。臭氧的强氧化性能将大分子有机物分解为小分子有机物，对废水中的难生物降解有机物有较好的处理效果[2]，在印染废水处理领域得到了越来越多的工程应用[3-5]。臭氧反应池排出的尾气中仍含有一定的残余臭氧，对人体有害，因此，需设置臭氧破坏器进行处理[6]。目前，以液氧为气源的臭氧发生器制备过程中，通常只有约10%的氧气转化为臭氧，处理后直接排放将造成未反应氧气的资源浪费，若考虑对处理后的尾气进行资源化利用，将极大地降低污水处理成本[7]。

本研究将臭氧反应后的尾气回用于曝气池作为气源，对比富氧曝气工艺与常规空气曝气工艺对印染废水中有机物的去除效果，考察水力停留时间对富氧曝气工艺处理效果的影响，为工程应用提供指导。

1 材料与方法

1.1 原水水质

试验进水取自浙江某大型印染废水处理厂的调节池，水质指标：CODCr为800～1 200 mg/L，pH值为6.8～8.5。

1.2 试验装置

试验装置如图1所示。臭氧发生器采用纯氧为气源，型号为SK-CFG-100P，由济南三康环保科技有限公司生产。臭氧反应器排出的尾气经尾气破坏器处理后作为富氧曝气池的气源。臭氧反应器为圆柱形，有效容积为13 L。原水通过蠕动泵进入曝气池内，曝气池有效容积为23 L，曝气池出水经沉淀后排放，沉淀的污泥回流至曝气池内。同时，在另一座与富氧曝气池尺寸一致的反应池内采用空气作为气源，开展对比试验。

图1 富氧曝气试验装置示意图Fig.1 Schematic Diagram of Experimental Apparatus for Oxygen-Enriched Aeration

1.3 试验方法

1.3.1 对比试验

富氧曝气工艺HRT取24 h，空气曝气工艺HRT取29 h，曝气量与进水流量的比例(气水比)均为15∶1。每天定时取样，测定反应器进出水中的CODCr。

1.3.2 富氧曝气HRT影响试验

将富氧曝气工艺的HRT分别控制在24、20、16 h，气水比为15∶1。每天定时取样，测定反应器进出水中的CODCr。

1.4 分析方法

采用重铬酸钾法[8]测定废水CODCr；采用碘量法测定混合液中溶解氧(DO)；GC/MS 分析：将样品分成3份，分别调pH至酸性、碱性、中性，二氯甲烷分别3次萃取，共9次合并干燥后浓缩至1 mL，过滤膜后测试。

2 分析与讨论

2.1 对比试验

富氧曝气和空气曝气工艺对CODCr的去除效果分别如图2和图3所示。

图2 富氧曝气工艺CODCr的去除效果Fig.2 CODCr Removal Efficiency of Oxygen-Enriched Aeration Process

图3 空气曝气工艺CODCr的去除效果Fig.3 CODCr Removal Efficiency of Air Aeration Process

在进水CODCr浓度为800～1 200 mg/L的情况下，当曝气池出水水质趋于稳定时，富氧曝气工艺出水CODCr浓度基本在100～130 mg/L，平均出水CODCr为116 mg/L，平均去除率约为87.62%。同样条件下，空气曝气工艺出水CODCr为120～150 mg/L，平均出水CODCr为135 mg/L，平均去除率约为85.59%。在气水比一致、HRT较短的条件下，富氧曝气工艺对CODCr的去除效果明显优于空气曝气工艺。这是由于富氧曝气活性污泥法工艺采用高纯度氧气曝气，氧转移效率是传统曝气方式的3～4倍，相同曝气量条件下，混合液中氧气的浓度更高，且可维持在较高水平，满足微生物降解CODCr时对氧气的需求。同时，由于富氧曝气工艺的氧转移率较高，富氧曝气反应池内的DO基本保持在5.5 mg/L左右，而空气曝气反应池内DO维持在2.1 mg/L左右。富氧曝气池中的高溶解氧浓度可以保证活性污泥系统高效、稳定地运行，微生物可以充分降解废水中的有机物，且能有效应对进水有机物的冲击负荷，保障稳定的处理效果。因此，富氧曝气工艺不仅占地面积较小，且对有机物的处理效果优于空气曝气工艺，作为臭氧尾气的资源化利用措施，在实际工程中运用有很高的经济效益和实用价值。

2.2 富氧曝气工艺HRT对CODCr处理效果的影响

图5 废水中有机物GC/MS分析 (a) 进水； (b) 富氧曝气出水Fig.5 Analysis Results of GC/MS for Organic Compounds (a) Influent； (b) Oxygen-Enriched Aeration Effluent

不同HRT对富氧曝气工艺出水CODCr的影响如图4所示。当HRT为24 h，出水CODCr浓度基本维持在100～130 mg/L，平均出水CODCr浓度为115 mg/L，平均去除率约为87.75%。当HRT降至20 h时，CODCr的去除效果基本不受影响，平均出水CODCr浓度为115 mg/L，平均去除率约为88.41%。当HRT进一步减少至16 h时，CODCr去除效果明显下降，出水CODCr浓度达到130～160 mg/L，平均出水CODCr浓度为147 mg/L，平均去除率约为84.77%。由此可知，针对试验处理的印染废水，采用富氧曝气工艺的最佳HRT约为20 h，延长HRT对CODCr的去除效果影响较小，且会增加土建投资；而减少HRT会影响生物反应系统对CODCr的去除效果，导致出水CODCr浓度偏高，去除效果降低。

图4 不同HRT下CODCr的去除Fig.4 CODCr Removal under Different HRTs

2.3 富氧曝气工艺特征污染物的分析

为了解富氧曝气池内有机特征污染物的降解规律，对曝气池进水和出水分别进行GC/MS分析，分析结果如图5和表1所示。

由图5可知，反应池进出水主要有机污染物的种类变化并不明显，结合表1的定性分析结果，进出水中特征污染物的主要区别在于不同有机物种类的相对含量变化较大。进水中的烷烃类有机物含量较高，而胺类物质或难生物降解的酚类物质等在曝气池出水中的相对含量较高。由此可知，好氧生物反应对印染废水中难生物降解的胺类及酚类物质的去除效果相对较差，而对于烷烃类等有机物的去除效果较好。因此，针对印染废水中有机物的去除，应在生物处理的基础上，采用臭氧、芬顿等高级氧化深度处理工艺进一步去除难生物降解的有机物，保证出水稳定达标。