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(huán)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(fù)雜和處理難度大等特點，處理技術(shù)一直是當前環(huán)境科學(xué)和工程領(lǐng)域處理的研究熱點與難點[1]。一般根據(jù)有機廢水的來源與性質(zhì)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(chǎn)品廣泛應(yīng)用于化工行業(yè)中，其水質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具有生物毒性，難以被自然界的微生物分解轉(zhuǎn)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(nèi)外主要的高級氧化技術(shù)有：濕式氧化法、Fenton法、光化學(xué)法、電化學(xué)法、臭氧氧化法等[2]。為解決高濃度有機廢水帶來的環(huán)境問題，多年來國內(nèi)外進行了大量研究，曹學(xué)峰等研究發(fā)現(xiàn)，臭氧與電催化聯(lián)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(fā)現(xiàn)，采用臭氧氧化-A2O組合工藝對某企業(yè)含吡啶有機廢水進行處理后，出水水質(zhì)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(shù)進行預(yù)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(shù)是利用臭氧產(chǎn)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(chǎn)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(jīng)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(xù)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(fā)生器、臭氧濃度檢測儀、臭氧反應(yīng)塔構(gòu)成；后置生物膜單元由流動載體反應(yīng)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(chǎn)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?；旌虾驝OD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(fā)載體，是一種具有獨特結(jié)構(gòu)的空心載體。生物膜幾乎全部生長在受保護的載體的內(nèi)部表面，幾乎不受外界條件的干擾、不易脫落、運行穩(wěn)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(yīng)塔系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)水和臭氧經(jīng)氣液混合后，進入臭氧反應(yīng)塔底部，在反應(yīng)塔內(nèi)進行反應(yīng)。反應(yīng)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(jīng)恒流泵提升至生化裝置，進行反應(yīng)?？刂埔欢ǖ钠貧鈴姸?，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(jié)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(chǎn)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(tǒng)保持連續(xù)進水運行5周，于6月1日試驗結(jié)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(tǒng)保持連續(xù)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(wěn)定狀態(tài)，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(wěn)定。經(jīng)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(tǒng)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(tǒng)保持連續(xù)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(wěn)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(wěn)定。經(jīng)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(tǒng)O/C比值為3.51。

2.2 不同臭氧投加量對TOC的影響

達到穩(wěn)態(tài)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(jīng)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(xù)進水試驗，HRT 均設(shè)置為2.5h。試驗結(jié)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(wěn)態(tài)，運行2周左右（至5月17日），處理效果逐漸趨于穩(wěn)定。經(jīng)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(tǒng)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(tǒng)保持連續(xù)進水3周。試驗運行達到穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)“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(tǒng)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(tǒng)保持連續(xù)進水2周。試驗運行達到穩(wěn)態(tài)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(tǒng)O/T比值為3.83，O/C比值為1.25。

3 結(jié)束語

某企業(yè)含鄰對位有機化合物廢水經(jīng)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(jīng)處理后降至103mg/L；經(jīng)后置生物膜單元進一步后，出水COD降至 39mg/L，可見經(jīng)臭氧氧化后，廢水生化性得以提高，系統(tǒng)COD去除率達83%。

廢水經(jīng)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。