臭氧尾氣在印染廢水生物處理中的應(yīng)用

趙 明，王由好，朱五星

(上海市政工程設(shè)計研究總院〈集團(tuán)〉有限公司, 上海 200092)

印染廢水具有有機(jī)物濃度高、色度高、可生化性較差的特點，屬于典型的難生物降解廢水[1]。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境質(zhì)量要求越來越高，印染廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)也日趨嚴(yán)格。臭氧的強(qiáng)氧化性能將大分子有機(jī)物分解為小分子有機(jī)物，對廢水中的難生物降解有機(jī)物有較好的處理效果[2]，在印染廢水處理領(lǐng)域得到了越來越多的工程應(yīng)用[3-5]。臭氧反應(yīng)池排出的尾氣中仍含有一定的殘余臭氧，對人體有害，因此，需設(shè)置臭氧破壞器進(jìn)行處理[6]。目前，以液氧為氣源的臭氧發(fā)生器制備過程中，通常只有約10%的氧氣轉(zhuǎn)化為臭氧，處理后直接排放將造成未反應(yīng)氧氣的資源浪費，若考慮對處理后的尾氣進(jìn)行資源化利用，將極大地降低污水處理成本[7]。

本研究將臭氧反應(yīng)后的尾氣回用于曝氣池作為氣源，對比富氧曝氣工藝與常規(guī)空氣曝氣工藝對印染廢水中有機(jī)物的去除效果，考察水力停留時間對富氧曝氣工藝處理效果的影響，為工程應(yīng)用提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 原水水質(zhì)

試驗進(jìn)水取自浙江某大型印染廢水處理廠的調(diào)節(jié)池，水質(zhì)指標(biāo)：CODCr為800～1 200 mg/L，pH值為6.8～8.5。

1.2 試驗裝置

試驗裝置如圖1所示。臭氧發(fā)生器采用純氧為氣源，型號為SK-CFG-100P，由濟(jì)南三康環(huán)?？萍加邢薰旧a(chǎn)。臭氧反應(yīng)器排出的尾氣經(jīng)尾氣破壞器處理后作為富氧曝氣池的氣源。臭氧反應(yīng)器為圓柱形，有效容積為13 L。原水通過蠕動泵進(jìn)入曝氣池內(nèi)，曝氣池有效容積為23 L，曝氣池出水經(jīng)沉淀后排放，沉淀的污泥回流至曝氣池內(nèi)。同時，在另一座與富氧曝氣池尺寸一致的反應(yīng)池內(nèi)采用空氣作為氣源，開展對比試驗。

圖1 富氧曝氣試驗裝置示意圖Fig.1 Schematic Diagram of Experimental Apparatus for Oxygen-Enriched Aeration

1.3 試驗方法

1.3.1 對比試驗

富氧曝氣工藝HRT取24 h，空氣曝氣工藝HRT取29 h，曝氣量與進(jìn)水流量的比例(氣水比)均為15∶1。每天定時取樣，測定反應(yīng)器進(jìn)出水中的CODCr。

1.3.2 富氧曝氣HRT影響試驗

將富氧曝氣工藝的HRT分別控制在24、20、16 h，氣水比為15∶1。每天定時取樣，測定反應(yīng)器進(jìn)出水中的CODCr。

1.4 分析方法

采用重鉻酸鉀法[8]測定廢水CODCr；采用碘量法測定混合液中溶解氧(DO)；GC/MS 分析：將樣品分成3份，分別調(diào)pH至酸性、堿性、中性，二氯甲烷分別3次萃取，共9次合并干燥后濃縮至1 mL，過濾膜后測試。

2 分析與討論

2.1 對比試驗

富氧曝氣和空氣曝氣工藝對CODCr的去除效果分別如圖2和圖3所示。

圖2 富氧曝氣工藝CODCr的去除效果Fig.2 CODCr Removal Efficiency of Oxygen-Enriched Aeration Process

圖3 空氣曝氣工藝CODCr的去除效果Fig.3 CODCr Removal Efficiency of Air Aeration Process

在進(jìn)水CODCr濃度為800～1 200 mg/L的情況下，當(dāng)曝氣池出水水質(zhì)趨于穩(wěn)定時，富氧曝氣工藝出水CODCr濃度基本在100～130 mg/L，平均出水CODCr為116 mg/L，平均去除率約為87.62%。同樣條件下，空氣曝氣工藝出水CODCr為120～150 mg/L，平均出水CODCr為135 mg/L，平均去除率約為85.59%。在氣水比一致、HRT較短的條件下，富氧曝氣工藝對CODCr的去除效果明顯優(yōu)于空氣曝氣工藝。這是由于富氧曝氣活性污泥法工藝采用高純度氧氣曝氣，氧轉(zhuǎn)移效率是傳統(tǒng)曝氣方式的3～4倍，相同曝氣量條件下，混合液中氧氣的濃度更高，且可維持在較高水平，滿足微生物降解CODCr時對氧氣的需求。同時，由于富氧曝氣工藝的氧轉(zhuǎn)移率較高，富氧曝氣反應(yīng)池內(nèi)的DO基本保持在5.5 mg/L左右，而空氣曝氣反應(yīng)池內(nèi)DO維持在2.1 mg/L左右。富氧曝氣池中的高溶解氧濃度可以保證活性污泥系統(tǒng)高效、穩(wěn)定地運行，微生物可以充分降解廢水中的有機(jī)物，且能有效應(yīng)對進(jìn)水有機(jī)物的沖擊負(fù)荷，保障穩(wěn)定的處理效果。因此，富氧曝氣工藝不僅占地面積較小，且對有機(jī)物的處理效果優(yōu)于空氣曝氣工藝，作為臭氧尾氣的資源化利用措施，在實際工程中運用有很高的經(jīng)濟(jì)效益和實用價值。

2.2 富氧曝氣工藝HRT對CODCr處理效果的影響

圖5 廢水中有機(jī)物GC/MS分析 (a) 進(jìn)水； (b) 富氧曝氣出水Fig.5 Analysis Results of GC/MS for Organic Compounds (a) Influent； (b) Oxygen-Enriched Aeration Effluent

不同HRT對富氧曝氣工藝出水CODCr的影響如圖4所示。當(dāng)HRT為24 h，出水CODCr濃度基本維持在100～130 mg/L，平均出水CODCr濃度為115 mg/L，平均去除率約為87.75%。當(dāng)HRT降至20 h時，CODCr的去除效果基本不受影響，平均出水CODCr濃度為115 mg/L，平均去除率約為88.41%。當(dāng)HRT進(jìn)一步減少至16 h時，CODCr去除效果明顯下降，出水CODCr濃度達(dá)到130～160 mg/L，平均出水CODCr濃度為147 mg/L，平均去除率約為84.77%。由此可知，針對試驗處理的印染廢水，采用富氧曝氣工藝的最佳HRT約為20 h，延長HRT對CODCr的去除效果影響較小，且會增加土建投資；而減少HRT會影響生物反應(yīng)系統(tǒng)對CODCr的去除效果，導(dǎo)致出水CODCr濃度偏高，去除效果降低。

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

2.3 富氧曝氣工藝特征污染物的分析

為了解富氧曝氣池內(nèi)有機(jī)特征污染物的降解規(guī)律，對曝氣池進(jìn)水和出水分別進(jìn)行GC/MS分析，分析結(jié)果如圖5和表1所示。

由圖5可知，反應(yīng)池進(jìn)出水主要有機(jī)污染物的種類變化并不明顯，結(jié)合表1的定性分析結(jié)果，進(jìn)出水中特征污染物的主要區(qū)別在于不同有機(jī)物種類的相對含量變化較大。進(jìn)水中的烷烴類有機(jī)物含量較高，而胺類物質(zhì)或難生物降解的酚類物質(zhì)等在曝氣池出水中的相對含量較高。由此可知，好氧生物反應(yīng)對印染廢水中難生物降解的胺類及酚類物質(zhì)的去除效果相對較差，而對于烷烴類等有機(jī)物的去除效果較好。因此，針對印染廢水中有機(jī)物的去除，應(yīng)在生物處理的基礎(chǔ)上，采用臭氧、芬頓等高級氧化深度處理工藝進(jìn)一步去除難生物降解的有機(jī)物，保證出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

表1 曝氣池進(jìn)出水特征組分分析Tab.1 Characteristic Components Analysis of Influent and Effluent of Aeration Tank

3 結(jié)論

(1)在相同的進(jìn)水水質(zhì)和氣水比條件下，對比空氣曝氣工藝，利用臭氧反應(yīng)尾氣的富氧曝氣工藝不僅HRT較短，節(jié)省用地，且對CODCr的去除效果更佳。

(2)當(dāng)進(jìn)水CODCr為800～1 200 mg/L、氣水比為15∶1時，采用富氧曝氣工藝處理印染廢水的最佳HRT約為20 h。

(3)富氧曝氣工藝對印染廢水中的烷烴類有機(jī)物去除效果較好，對難生物降解的胺類及酚類物質(zhì)去除效果相對較差，需進(jìn)一步深度處理以保證出水達(dá)標(biāo)。