耦合臭氧生物膜工藝處理有機廢水的試驗研究

沈 洋

（博瑞德環境集團股份有限公司，江蘇南京 210048）

高濃度有機廢水具有有機物濃度高、成分復雜和處理難度大等特點，處理技術一直是當前環境科學和工程領域處理的研究熱點與難點[1]。一般根據有機廢水的來源與性質可將其分為三類：易降解的高濃度有機廢水，可生物降解的高濃度有機廢水，難降解的高濃度有機廢水。鹵代烴、苯的衍生物及芳香烴化合物、酚類、萘系等均屬于難生物降解有機物。而鄰對位有機化合物作為苯及其衍生物的一種，作為中間體產品廣泛應用于化工行業中，其水質結構穩定，具有生物毒性，難以被自然界的微生物分解轉化。AOPs是目前極具推廣的高濃度難降解有機廢水的處理方法之一，目前國內外主要的高級氧化技術有：濕式氧化法、Fenton法、光化學法、電化學法、臭氧氧化法等[2]。為解決高濃度有機廢水帶來的環境問題，多年來國內外進行了大量研究，曹學峰等研究發現，臭氧與電催化聯合處理高濃度有機廢水取得不錯的去除效果，可達到高濃度有機廢水中有機物去除率90%的效果[3]。高天號等研究發現，采用臭氧氧化-A2O組合工藝對某企業含吡啶有機廢水進行處理后，出水水質中吡啶、TOC、COD均得到有效降低，達到《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）中的三級標準[4]。在生化工藝上采用高級氧化技術進行預處理或深度處理是解決高濃度有機廢水的有效途徑之一，對降解生物毒性，提高生化性方面作用顯著。

臭氧是自然界極強的氧化劑之一，在水中氧化還原電位（為2.07V）僅次于氟而居于第2位[5]。臭氧氧化技術是利用臭氧產生的羥基自由基（·OH）將大分子有機物降解為小分子有機物或直接氧化成二氧化碳、H2O和無機鹽等的工藝，對去除有機物、脫色，除臭效果顯著，且不產生二次污染[6]。

本試驗采用耦合臭氧生物膜工藝對高濃度有機廢水進行研究，探究經臭氧處理后高濃度有機廢水的去除效果及后置生物膜的生物降解性，為含鄰對位系列高濃度有機廢水的處理提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置

試驗采用耦合臭氧生物膜工藝進行連續性中試試驗，中試試驗裝置分為兩個部分，分為臭氧氧化單元和后置生物膜單元。臭氧氧化單元由氧氣瓶、臭氧發生器、臭氧濃度檢測儀、臭氧反應塔構成；后置生物膜單元由流動載體反應器、蠕動泵及空氣泵組成。中試試驗裝置如圖1所示。

圖1 中試試驗裝置示意圖

1.2 試驗廢水

試驗廢水取自浙江嘉化能源化工股份公司的生產出水，廢水中主要含有鄰對位系列廢水，包含磺化廢水、BA廢水、MST廢水，以及混有脂肪醇（酸）類廢水、燒堿、硫酸和化水等無機廢水。其中鄰對位系列廢水COD在10 000~40 000mg/L，TDS600℃ 在80 000~280 000mg/L，氯離子在20 000~70 000mg/L。混合后COD在200~500mg/L，氯離子在5 000~7 000mg/L，色度在128~256倍。

1.3 試驗材料

后置生物膜單元填料是我司自主研發載體，是一種具有獨特結構的空心載體。生物膜幾乎全部生長在受保護的載體的內部表面，幾乎不受外界條件的干擾、不易脫落、運行穩定。

1.4 試驗方法

臭氧氧化單元：試驗進水由進水泵泵入至進水管道，與反應塔系統內循環水和臭氧經氣液混合后，進入臭氧反應塔底部，在反應塔內進行反應。反應塔出水由頂部溢流至出水口，作為臭氧出水；尾氣則從頂部引出，進行尾氣吸收。

后置生物膜單元：臭氧出水作為進水，經恒流泵提升至生化裝置，進行反應。控制一定的曝氣強度，使載體能夠充分流動。溢流出水作為生化出水。

1.5 分析方法

COD采用重鉻酸鉀氧化法；TOC采用日本島津總有機碳分析儀TOC-L測定。

2 結果與討論

2.1 不同臭氧投加量對 COD 的影響

本試驗于2020年4月26日正式啟動運行，采用耦合臭氧生物膜工藝，試驗進水為浙江嘉化能源化工股份公司的生產出水，分別進行了臭氧投加量為200mg/L、300mg/L的試驗，分別命名為T1、T2。系統保持連續進水運行5周，于6月1日試驗結束，如圖2所示。

圖2 臭氧投加量對COD去除率的影響

第一階段試驗，T1線于5月3日開始試驗，臭氧投加量為300mg/L，HRT為4h。系統保持連續進水3周，于5月24日停止試驗。由圖2可知，試驗初期未達到穩定狀態，出水波動較大。運行2周左右（至5月17日），處理效果逐漸趨于穩定。經臭氧處理后，COD由進水230mg/L降至出水103mg/L，COD去除率為55%；系統O/C比值為2.36。

第二階段試驗，T2線于5月16日開始試驗，臭氧投加量為200mg/L，HRT為2.5h。系統保持連續進水2周，于6月1日停止試驗。由圖2可知，試驗初期，未達到穩定，出水波動較大。運行10d左右（至5月26日），處理效果逐漸趨于穩定。經臭氧處理后，COD由進水329mg/L降至出水272mg/L，COD去除率為17%；系統O/C比值為3.51。

2.2 不同臭氧投加量對TOC的影響

達到穩態后，對各階段出水取樣進行水TOC 測定。如圖3所示。

圖3 臭氧投加量對TOC去除率的影響

T1線TOC由 進 水73mg/L降 至 出 水33mg/L，TOC去除率為55%；T2線TOC由進水106mg/L降至出水87mg/L，TOC去除率為18%。整體TOC去除率與COD去除率相差不大。

2.3 臭氧對色度的影響

經臭氧處理后，色度得到有效去除，由原水128倍降至最終出水2倍。如圖4 所示。

圖4 臭氧對色度的影響

2.4 生物膜對COD的影響

不同臭氧投加量下的臭氧單元出水分別作為后置生物膜單元的進水，進行連續進水試驗，HRT 均設置為2.5h。試驗結果如圖5 所示。

圖5 生物膜對COD的影響

由圖5可知，T1線試驗初期未達到穩態，運行2周左右（至5月17日），處理效果逐漸趨于穩定。經臭氧處理后，COD由進水103mg/L降至出水39mg/L，COD去除率為62%。T2線COD由進水272mg/L降至出水169mg/L，COD去除率為38%。

2.5 系統COD、TOC去除效果

T1線在臭氧投加量為300mg/L，HRT為4h的運行條件下，系統保持連續進水3周。試驗運行達到穩態后，經“COB”工藝處理，TOC由進水73mg/L降至出水12mg/L，COD由進水230mg/L降至出水39mg/L；TOC去除率為83%，COD去除率為83%；系統O/T比值為4.83，O/C比值為1.54。

T2線在臭氧投加量為200mg/L，HRT為2.5h的運行條件下，系統保持連續進水2周。試驗運行達到穩態后，TOC由進水106mg/L降至出水54mg/L，COD由進水329mg/L降至出水169mg/L；TOC去除率為49%，COD去除率為49%；系統O/T比值為3.83，O/C比值為1.25。

3 結束語

某企業含鄰對位有機化合物廢水經耦合臭氧生物膜工藝處理后，獲得了較高的去除效果。在臭氧投加量300mg/L，HRT為4h試驗條件下，原水COD 230mg/L經處理后降至103mg/L；經后置生物膜單元進一步后，出水COD降至 39mg/L，可見經臭氧氧化后，廢水生化性得以提高，系統COD去除率達83%。

廢水經臭氧氧化后色度得到顯著的去除，由原水128倍降至2倍，水體呈無色透明。