臭氧化技術在高濃度有機廢水處理中的應用

曾志航（惠州市保家環境工程有限公司，廣東　惠州　516000）

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臭氧化技術在高濃度有機廢水處理中的應用

曾志航
（惠州市保家環境工程有限公司，廣東惠州516000）

摘要：現階段，改善我國居民生活環境已成為我國城鄉建設的重要組成部分，水污染治理也成為我國環境保護的一項重要工作。當前我國在處理高濃度有機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污水成為當務之急。本文介紹了臭氧化技術在高濃度有機廢水處理技術，有效降低污水中氮、磷的排放量，對解決我國水環境污染問題有著非常重要的現實意義。

關鍵詞：臭氧化技術；有機廢水；應用

1 臭氧化技術在高濃度有機廢水處理中的優點

典型的臭氧化廢水處理工藝相比傳統的廢水處理工藝相比有著如下的優點：（1）臭氧化工藝由多段臭氧化串聯，系統內整體呈推流形式，無需硝化液內回流，降低了工藝的運行成本。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，但傳統的臭氧化工藝只能達到40%的脫氮率。而傳統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）回流污泥直接進入首段的缺氧段，進水按比例分配進入各級缺氧段，稀釋作用被延遲，系統中形成污泥濃度梯度。與傳統臭氧化工藝相比，在不增加污泥回流量和二沉池負荷的條件下，增加了系統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，因此能夠節省池容，降低基建投資成本。（3）原水分段從缺氧段進入系統，為反硝化反應提供碳源，同時原水中有機碳在缺氧段被有效降解后進入臭氧段，可以抑制臭氧區內增殖速率大的異養菌的生長，給屬于化能自養型臭氧細菌的硝化菌提供良好的生長環境。另外，缺氧段和臭氧段的交替，可以使系統內的堿度互補，能夠減少或者無需額外投加堿度即可使系統內滿足正常的酸堿平衡。（4）系統內有機底物沿程分布，系統負荷均衡。

2 臭氧化工藝在有機廢水處理中的影響因素

（1）分段數及進水流量分配。分段數對系統的脫氮效率有直接的影響，理論上系統的分段數越多，總氮去除率越高，同時工藝設計和實際運行操作也更為復雜，因此工程設計中一般不超過4段。進水流量分配也是臭氧化工藝脫氮率的重要影響因素，其不僅影響著系統各臭氧段的硝化負荷，還影響著各缺氧段的反硝化碳源充足與否。如高氨氮進水負荷時，遵循等負荷流量分配原則，可以給硝化菌提供良好的生長環境，保證出水氨氮達標；按照最優流量分配系數的方法，則可將進水碳源最大程度用于反硝化，達到高效脫氮的目的；針對水力負荷突然加大的情況，為防止污泥被沖刷流失，可以加大末端進水。（2）進水碳氮比。進水碳氮比（COD/TKN）是影響臭氧化廢水處理工藝的脫氮率重要因素，其決定缺氧區的反硝化所需的電子供體數量，適宜的碳氮比可以提高系統的脫氮率，同時也對進水流量分配、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構特點，缺氧和臭氧頻繁交替，因此需要考慮污水由臭氧段進入缺氧段時溶解氧（DO）的攜帶問題。在滿足硝化反應和有機物降解的情況下，應該最大程度降低曝氣量以減少進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境，同時可以減少缺氧區內的可快速降解有機碳源被氧化消耗，達到碳源的高效利用。（4）缺氧段與臭氧段的容積比。臭氧化脫氮工藝中，各段臭氧區硝化反應的氨氮來源是本段缺氧區的進水，硝化液直接進入下一段缺氧區進行反硝化。因此，臭氧段的容積應該與本段的進水水量及進水的碳氮比相關，且各級缺氧區的反硝化能力應滿足由上一級臭氧區產生的硝態氮負荷，才能保TN能最大程度被去除。

3 臭氧化技術在高濃度有機廢水處理中的應用

1977年，Cooper等首先開展了臭氧化廢水處理工藝的實驗室研究。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行。臭氧化工藝相比傳統廢水處理工藝具有很多優點，但工藝要實現最佳控制及達到最優處理效果都比較復雜，因此，近年來國內外的學者針對臭氧化脫氮工藝展開了廣泛的研究。Zhu等人采用穩態的數學模型研究各段容積和進水流量分配系數對四段式分段臭氧化廢水處理工藝出水TN的影響，試驗期間TN的去除率可高達90%以上，出水TN低于5mg/L，且穩態模型預測結果與實測數據具有良好的相關性。Tang等根據缺氧池內BOD和硝態氮的量恰好完全反硝化的原則進行流量分配，通過物料守恒原理計算出臭氧化工藝相鄰兩段進水流量之間的關系及系統最大理論脫氮率的關系式，并由關系式發現，當系統分段數超過4段時，系統的脫氮效率提升不明顯。Wang等人四段式臭氧化工藝針對實際生活污水展開中試研究，當污泥回流比為50%，水力停留時間為9h，SRT 為20d，進水采用等流量分配，系統對COD、NH4＋-N、TN和TP的去除效率分別達到了89.5%、97.8%、73%和75%。Vaiopoulou, Ge, Peng等人采用臭氧化與UCT工藝相結合，研究該組合工藝在不同的流量分配系數下對COD、TN和TP的去除效率，得到較高的污染物去除率，同時還發現這種組合工藝在處理低C/N比污水時具有明顯優勢。Xu等人采用臭氧化工藝對徐州市污水處理廠進行改建，明顯改善出水水質。Filos等人在紐約的塔爾曼島污水處理廠采用原位試驗研究了臭氧化工藝的實際運行情況。Boyle等人針對新西蘭奧克蘭市的芒哲雷污水處理廠出水TN超標的問題，在原有臭氧化工藝基礎上增加內循環系統，改造后大多數情況下出水TN濃度能滿足達標排放的要求。Kayser等人對德國沃爾夫斯堡的污水處理廠進行調查，該廠采用三段進水臭氧化廢水處理工藝，在進水BOD/ TKN為5時，出水的總氮濃度可以保持在10mg/L以下。

結語

臭氧化法是一項新興的高級氧化水處理技術。因此，進一步提高臭氧的利用效率和氧化能力是當前要解決的關鍵性問題。隨著對臭氧氧化反應機理研究的深入和高效低耗新型臭氧發生裝置技術的開發，臭氧化技術在水處理領域必將得到更加廣泛的應用。

參考文獻

[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].南昌大學學報，工科版，2002，24（03）：80-86.

中圖分類號：X703

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