臭氧化技術(shù)在高濃度有機廢水處理中的應(yīng)用

曾志航（惠州市保家環(huán)境工程有限公司，廣東　惠州　516000）

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臭氧化技術(shù)在高濃度有機廢水處理中的應(yīng)用

曾志航
（惠州市保家環(huán)境工程有限公司，廣東惠州516000）

摘要：現(xiàn)階段，改善我國居民生活環(huán)境已成為我國城鄉(xiāng)建設(shè)的重要組成部分，水污染治理也成為我國環(huán)境保護的一項重要工作。當(dāng)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(yè)污水成為當(dāng)務(wù)之急。本文介紹了臭氧化技術(shù)在高濃度有機廢水處理技術(shù)，有效降低污水中氮、磷的排放量，對解決我國水環(huán)境污染問題有著非常重要的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：臭氧化技術(shù)；有機廢水；應(yīng)用

1 臭氧化技術(shù)在高濃度有機廢水處理中的優(yōu)點

典型的臭氧化廢水處理工藝相比傳統(tǒng)的廢水處理工藝相比有著如下的優(yōu)點：（1）臭氧化工藝由多段臭氧化串聯(lián)，系統(tǒng)內(nèi)整體呈推流形式，無需硝化液內(nèi)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(tǒng)的臭氧化工藝只能達到40%的脫氮率。而傳統(tǒng)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(tǒng)中形成污泥濃度梯度。與傳統(tǒng)臭氧化工藝相比，在不增加污泥回流量和二沉池負(fù)荷的條件下，增加了系統(tǒng)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(jié)省池容，降低基建投資成本。（3）原水分段從缺氧段進入系統(tǒng)，為反硝化反應(yīng)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(qū)內(nèi)增殖速率大的異養(yǎng)菌的生長，給屬于化能自養(yǎng)型臭氧細(xì)菌的硝化菌提供良好的生長環(huán)境。另外，缺氧段和臭氧段的交替，可以使系統(tǒng)內(nèi)的堿度互補，能夠減少或者無需額外投加堿度即可使系統(tǒng)內(nèi)滿足正常的酸堿平衡。（4）系統(tǒng)內(nèi)有機底物沿程分布，系統(tǒng)負(fù)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(shù)及進水流量分配。分段數(shù)對系統(tǒng)的脫氮效率有直接的影響，理論上系統(tǒng)的分段數(shù)越多，總氮去除率越高，同時工藝設(shè)計和實際運行操作也更為復(fù)雜，因此工程設(shè)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(tǒng)各臭氧段的硝化負(fù)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(fù)荷時，遵循等負(fù)荷流量分配原則，可以給硝化菌提供良好的生長環(huán)境，保證出水氨氮達標(biāo)；按照最優(yōu)流量分配系數(shù)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(fù)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(qū)的反硝化所需的電子供體數(shù)量，適宜的碳氮比可以提高系統(tǒng)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(jié)構(gòu)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(yīng)和有機物降解的情況下，應(yīng)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(huán)境，同時可以減少缺氧區(qū)內(nèi)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(qū)硝化反應(yīng)的氨氮來源是本段缺氧區(qū)的進水，硝化液直接進入下一段缺氧區(qū)進行反硝化。因此，臭氧段的容積應(yīng)該與本段的進水水量及進水的碳氮比相關(guān)，且各級缺氧區(qū)的反硝化能力應(yīng)滿足由上一級臭氧區(qū)產(chǎn)生的硝態(tài)氮負(fù)荷，才能保TN能最大程度被去除。

3 臭氧化技術(shù)在高濃度有機廢水處理中的應(yīng)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(tǒng)廢水處理工藝具有很多優(yōu)點，但工藝要實現(xiàn)最佳控制及達到最優(yōu)處理效果都比較復(fù)雜，因此，近年來國內(nèi)外的學(xué)者針對臭氧化脫氮工藝展開了廣泛的研究。Zhu等人采用穩(wěn)態(tài)的數(shù)學(xué)模型研究各段容積和進水流量分配系數(shù)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(wěn)態(tài)模型預(yù)測結(jié)果與實測數(shù)據(jù)具有良好的相關(guān)性。Tang等根據(jù)缺氧池內(nèi)BOD和硝態(tài)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(guān)系及系統(tǒng)最大理論脫氮率的關(guān)系式，并由關(guān)系式發(fā)現(xiàn)，當(dāng)系統(tǒng)分段數(shù)超過4段時，系統(tǒng)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(dāng)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(tǒng)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(jié)合，研究該組合工藝在不同的流量分配系數(shù)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(fā)現(xiàn)這種組合工藝在處理低C/N比污水時具有明顯優(yōu)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(zhì)。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(biāo)的問題，在原有臭氧化工藝基礎(chǔ)上增加內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，改造后大多數(shù)情況下出水TN濃度能滿足達標(biāo)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(diào)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(jié)語

臭氧化法是一項新興的高級氧化水處理技術(shù)。因此，進一步提高臭氧的利用效率和氧化能力是當(dāng)前要解決的關(guān)鍵性問題。隨著對臭氧氧化反應(yīng)機理研究的深入和高效低耗新型臭氧發(fā)生裝置技術(shù)的開發(fā)，臭氧化技術(shù)在水處理領(lǐng)域必將得到更加廣泛的應(yīng)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(xué)學(xué)報，工科版，2002，24（03）：80-86.

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