臭氧氧化+A/O+臭氧氧化工藝在化工園區污水處理廠中的運用

摘要：化工園區廢水成分復雜，難降解物質多。某化工園區污水處理廠選用分質強化混凝沉淀+臭氧氧化作為預處理工藝，同時采用水解酸化+厭氧好氧（Anaerobic/Oxic，A/O）的二級處理工藝和混凝沉淀+臭氧氧化的深度處理工藝。實際運行結果表明，該組合工藝對化學需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）的平均去除率為85.7%，COD去除效果良好，出水水質優于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的一級A標準。

關鍵詞：化工廢水；分質處理；混凝沉淀；臭氧氧化；厭氧好氧（A/O）

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）03-0-05

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.03.053

Abstract： The composition of wastewater in chemical industrial parks is complex， and there are many difficult to degrade substances. A sewage treatment plant in a certain chemical industrial park adopts a pre-treatment process of qualitative enhanced coagulation sedimentation + ozone oxidation， while adopting a secondary treatment process of hydrolysis acidification + Anaerobic/Oxic （A/O） and a deep treatment process of coagulation sedimentation + ozone oxidation. The actual operation results show that the average removal rate of Chemical Oxygen Demand （COD） by this combination process is 85.7%， and the COD removal effect is good， and the effluent quality is superior to the first level a standard of the “Pollutant Discharge Standard for Urban Sewage Treatment Plants” （GB 18918—2002）.

Keywords： chemical wastewater; qualitative treatment; coagulation sedimentation; ozone oxidation; Anaerobic/Oxic（A/O）

臭氧氧化工藝是一種廣為應用的高級氧化技術，氧化性能很強，其氧化還原電位低于氟，但比氯、高錳酸鉀等強氧化劑高很多。臭氧不僅能氧化廢水中的不飽和有機物，還可以將難生物降解的化合物轉變為易生物降解的小分子物質，從而改善廢水的可生化性[1-2]。臭氧的反應效率高，生成物是氧氣，沒有有害殘留物，不會在化工廢水中產生二次污染[3]。目前，臭氧氧化工藝已廣泛應用于化工園區污水處理。

某化工園區以化工新材料、原料藥、電子等產業為主，現有各類企業24家，企業的生產廢水、生活污水及初期雨水經預處理達到接管標準后，通過“一企一管”輸送至園區污水處理廠統一處理，污水集中處理率達100%。通過對各企業廢水中污染因子的調研，將園區廢水分為三類（醫藥廢水、有機廢水、含磷廢水）進行分質預處理，其廢水量分別為900 m3/d、400 m3/d和700 m3/d。經設計，化工園區污水處理廠選用臭氧氧化+厭氧好氧（Anaerobic/Oxic，A/O）+臭氧氧化工藝處理各類廢水，總設計處理規模為2 000 m3/d。

1 水質特點

1.1 醫藥廢水

項目范圍內，醫藥企業產品含消化系統用藥、心腦血管用藥、抗腫瘤輔助用藥和營養藥等方面，共計4個大類、19個品種，全部為化學原料藥，醫藥廢水中殘留的藥物（鹵素化合物、抗生素、醚類化合物、雜環化合物和有機溶劑等）大多屬于生物難以降解的物質，達到一定濃度后會對微生物產生抑制作用[4]。由于生產工藝的需要，醫藥生產廢水通常是間歇排放，溫度、污染物濃度和酸堿度隨時間變化較大，醫藥廢水短時間大量高濃度集中排放會對污水處理廠造成極大的沖擊。此外，醫藥廢水色度高，

異味重。

1.2 有機廢水

項目范圍內，主要化工產品有甲基磺酸、羧甲基纖維素鈉、對苯二甲酸二辛酯和醋酸甲酯等。有機廢水的特點是有機物濃度低，生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand，BOD）較低，化學需氧量較高（Chemical Oxygen Demand，COD），很多企業的廢水BOD/COD小于0.3。因園區企業行業屬性不盡相同，產品各異，廢水成分復雜，色度高，有異味，毒性較大[5]。

1.3 含磷廢水

項目范圍內，有幾家企業排放的廢水含磷。含磷廢水磷形態以無機磷為主，且磷濃度較高，企業存在周期排放，導致含磷廢水水量波動較大。

2 進出水水質確定

根據現狀企業水質調研和取樣監測，結合各家企業的出水水量及水質等資料，設計適當留有余量，得出3類進水水質指標，如表1所示。其中，主要監測項目有COD、懸浮物（Suspended Solid，SS）、氨氮、BOD、總磷（Total Phosphorus，TP）和總氮（Total Nitrogen，TN）。出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的一級A標準。

3 工藝流程選擇

經設計，化工園區廢水處理工藝流程主要包括3個環節，即預處理、生化處理和深度處理，如圖1所示。

3.1 預處理

園區廢水分為含磷廢水、有機廢水和醫藥廢水，設置調節池對水質水量進行調節，解決水質水量波動的問題。3類廢水統一采用混凝沉淀工藝，投加混凝劑。混凝劑與含磷廢水中的磷酸鹽反應，生成難溶沉淀物，去除廢水中的磷及懸浮物。經混凝沉淀處理，醫藥廢水、有機廢水中的懸浮物及大分子有機物得到去除，為后續高級氧化提供條件。為了消除混合廢水中難降解有機物及特征污染物對生化系統的影響，同時降解有毒有害物質，采用高級氧化工藝。混合廢水成分復雜，可生化性差，要設置水解酸化工藝。

3.2 生化處理

預處理后的廢水采用“A/O+絮凝沉淀+過濾”工藝進行處理，進一步去除廢水中難降解有機物、COD、氨氮、TN和TP等。

3.3 深度處理

二級處理后的廢水采用深度催化氧化工藝進行處理，進一步降解廢水中殘留的難降解有機物，確保出水水質達到排放要求。除此之外，設置活性炭吸附罐，用于事故應急處理。

4 設計參數及設備配置

4.1 高級催化氧化

設備設計處理規模為2 000 m3/d，分2組，每組為1 000 m3/d，總接觸時間為2 h，臭氧投加量為200 mg/L。

采用一體化成品罐，直徑為3.6 m，高度為13.5 m，配套催化劑和填料，罐體由催化氧化反應罐、氣液分離器和臭氧尾氣破壞器等組成。水流采用上進下出、氣液逆流的運行方式，曝氣方式采用高密度微氣泡。臭氧制備間配置2臺主激發設備（單臺功率6 kW）和2臺輔助激發設備（單臺功率45 kW），1用1備，同時配置1套輔助配套設施（功率64 kW），雙氧水作為主激發器助催化劑。循環泵為變頻，流量為42 m3/h，揚程為12 m，功率為2.2 kW。

4.2 生化調節、水解酸化及A/O生化池

生化調節、水解酸化及A/O生化池的單組設計規模為1 000 m3/d，設計兩組。采用鋼筋混凝土結構，池體規格為36.8 m×17.5 m×6.8 m（長×寬×高），池深為6.5 m。一是生化調節池。單座有效容積為30 m3，水力停留時間為0.71 h。二是水解酸化池。單座有效容積為408 m3，水力停留時間為9.80 h。設4套多點布水器，流量為30～50 m3/h，固定床平板填料的規格為4.0 m×2.0 m×1.5 m（長×寬×高），填料間距為0.3 m，傾角為60°，共有16套。三是A/O生化池。混合污泥濃度為3.0 g MLSS/L，污泥負荷為0.053 kg BOD/（kg MLSS·d）。厭氧池單座水力停留時間為7.6 h，池內設4臺潛水攪拌機，功率為1.2 kW。

好氧池單座水力停留時間為18.6 h，硝化液回流比為200%～300%，池內設潛水攪拌機4臺，功率為3.2 kW，微孔曝氣管配備216套，單根直徑為64 mm，長為1 m，曝氣量為5 m3/h，池外設硝化液回流泵2臺，流量為62.5 m3/h，揚程為11 m，功率為4 kW。

4.3 深度催化氧化

設備設計處理規模為2 000 m3/d，分2組，每組為1 000 m3/d，總接觸時間為2 h，臭氧投加量為100 mg/L。采用一體化成品罐，直徑為2.0 m，高度為13.5 m。臭氧發生間配置3臺臭氧發生器，2用1備，處理能力為4 kg/h，裝機功率為40 kW；循環泵流量為42 m3/h，揚程為12 m，功率為2.2 kW；循環冷卻水系統共有2套，循環水泵流量為8 m3/h，揚程為12 m，功率為1.5 kW；補水泵流量為1 m3/h，揚程為10 m，功率為1.0 kW；氣液分離器配備2套，包括氣液分離裝置、除沫裝置和凝液收集器；尾氣處理裝置配備2套，功率為4.3 kW。

5 運行效果分析

5.1 沿程水質監測

連續采集90 d進出水水質監測數據，選取COD、TN、氨氮、TP等典型指標作為研究對象，數據平均值如表2所示。

5.2 工藝對COD的去除效果

運行期間，連續采集90 d進出水COD監測數據，結果如圖2所示。項目進水COD保持在100～300 mg/L，

平均值為173.62 mg/L，出水COD穩定在50 mg/L以下，平均值為23.93 mg/L。本工藝對COD的平均去除率為85.7%，COD去除效果良好。進水COD越高，系統對COD的去除率越高。由表2沿程水質變化可以看出，二沉池出水COD可達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的一級A標準。研究顯示，采用臭氧高級氧化作為預處理工藝，難降解有機物被降解[6]，后端采用臭氧深度氧化進一步去除COD，出水COD平均值達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（DB 32/4440—2022）的A類標準，優于設定標準。

5.3 工藝對TN的去除效果

運行期間，連續采集90 d進出水TN監測數據，結果如圖3所示。項目進水TN保持在17.6～35.9 mg/L，平均值為26.52 mg/L，出水TN穩定在15 mg/L以下，平均值為9.28 mg/L。本工藝對TN的平均去除率為64.4%，TN的去除滿足要求。由表2沿程水質變化可以看出，TN去除主要集中在A/O生化池內。研究顯示，本項目TN去除要求不高，選用的硝化液回流比（200%～300%）合理，使厭氧池能夠保持缺氧環境，有利于增強反硝化脫氮效果。

5.4 工藝對氨氮的去除效果

運行期間，連續采集90 d進出水氨氮監測數據，結果如圖4所示。項目進水氨氮保持在13.8～29.7 mg/L，平均值為23.31 mg/L，出水氨氮穩定在1.5 mg/L以下，平均值為0.6 mg/L。本工藝對氨氮的平均去除率為97.37%，氨氮的去除效率優異。由表2沿程水質變化可以看出，氨氮去除與TN去除類似，主要集中在A/O生化池內。研究顯示，本工藝對氨氮的去除效果較好，由于生化池水力停留時間較長，生長世代周期較長的硝化菌得以在生物反應器內富集，從而保證硝酸菌和亞硝酸菌在活性污泥中所占的比例[7]。

5.5 工藝對TP的去除效果

運行期間，連續采集90 d進出水TP監測數據，結果如圖5所示。項目進水TP保持在1.54～3.52 mg/L，平均值為2.45 mg/L，出水TP穩定在0.5 mg/L以下，平均值為0.22 mg/L。本工藝對TP的平均去除率為90.69%，TP去除效果良好。由表2沿程水質變化可以看出，預處理的混凝沉淀對TP的去除率較高，二沉池后端的混凝沉淀池對TP進一步去除，出水水質達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（DB 32/4440—2022）的A類標準。

6 工程投資分析

項目總投資為8 184.69萬元，其中，工程費為6587.28萬元，工程建設其他費用為1207.66萬元，基本預備費為389.75萬元。污水處理廠單位水處理經營成本為11.35元/t，單位水處理總成本為13.69元/t。

7 結論

根據水質分析，該化工園區污水處理廠選用臭氧氧化+A/O+臭氧氧化工藝，經實際運行檢驗，本工藝對COD、TN、氨氮和TP均有較好的去除效果。作為預處理工藝，臭氧氧化可以提高化工廢水的可生化性，處理化工廢水中難降解有機物。經二級混凝沉淀處理，TP去除效果較好。總體而言，采用臭氧氧化+A/O+臭氧氧化工藝，出水水質優于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的一級A標準，處理效果穩定，可為類似廢水處理工程設計提供參考。

參考文獻

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收稿日期：2024-01-23

作者簡介：趙海洲（1986—），男，江蘇淮安人，碩士，高級工程師。研究方向：新型污染物、水處理。