臭氧—生物填料污水處理工藝性能優化研究

鐘偉

（天津工程職業技術學院，天津 300280）

前言

臭氧-生物填料工藝是一種能有效地去除二級處理出水中溶解性有機物及氨氮，且又比較經濟的深度處理工藝，可作為煉油污水深度處理的主要處理單元。本文擬通過探索臭氧投加量與煉油外排污水中各項污染物去除的定量關系，優選臭氧塔最優操作條件；并探索不同填料與處理效果之間存在的聯系，對填料的性能進行分析研究，以尋求處理效果最好的填料。

1 臭氧—生物填料工藝簡介

1.1 發展現狀

長期的實踐使人們逐漸認識到,無論是單一的臭氧技術還是生物膜技術,雖各有所長,但都有其不足,因而均不是使水質優化的最佳可行技術。從70年代開始,進行了臭氧－生物填料處理工藝的大規模研究和應用,其中以北京田村山水廠，九江煉油廠生活水廠為代表。

隨著石油化工行業外排標準的日益嚴格和廢水回用呼聲的逐漸高漲，符合我國國情的簡單使用、高效可靠、運行費用低的回用深度處理工藝和技術將是以后的發展趨勢。臭氧-生物填料塔工藝在煉油污水深度處理中取得了較好的效果，各種填料是生物膜法工藝的核心。由于臭氧－生物填料聯用技術獨特的優越性，該項技術在石油化工廢水的凈化處理方面得到了迅速的發展與廣泛的應用。

1.2 工藝原理

臭氧-生物填料塔工藝是將填料物理化學吸附、臭氧化學氧化、生物氧化降解及臭氧滅菌消毒四種技術合為一體的工藝。利用臭氧預氧化作用，初步氧化分解水中的有機物及其它還原性物質，以降低生物填料塔的有機負荷，同時臭氧能使水中難以生物降解的有機物斷鏈、開環，使其能被生物降解。另外，臭氧工藝還能在處理水中起到充氧作用，使生物填料塔有充足的溶解氧用于生物氧化作用。填料能夠迅速地吸附水中的溶解性有機物，同時也能富集水中的微生物，表面吸附的大量有機物也為微生物提供了良好的生存環境。在有豐富的溶解氧的情況下，微生物以有機物為養料生存和繁殖，同時也使填料表面得以再生從而具有繼續吸附有機物的能力，最終去除水中的有機物，進行深度處理。

1.3 存在的問題

盡管臭氧-生物填料工藝在石油化工廢水的處理方面有著良好的效果，但該法仍然存在一些問題。主要表現在：

①臭氧發生器能耗高，臭氧產率低，制作工藝復雜，而且臭氧在水中的溶解度小，因此操作的運行成本高，如何提高臭氧的溶解度，成為研究的方向；

②臭氧在水中分解很快，消毒作用難以持續；

③生物填料再生費用較高，且受再生方法的限制；

④生物填料一般運行1年以上需要更換，如果處理不當會造成二次污染。

2 實驗研究

2.1 實驗流程

整個工藝流程包括一個氣浮池、砂濾罐、臭氧反應塔、五個生物填料塔。臭氧實驗裝置主要由臭氧發生器、臭氧塔組成。生物填料塔塔高1500mm，外徑為100mm，共有五個填料塔，填料裝填高度均為800mm。其中四個進行硝化反應，前三個塔分別裝填生物活性炭、生物陶粒和WD-20型生物填料，都投加硝化菌1；另一個塔裝填生物活性炭，投加硝化菌2。每個生物反應器內置曝氣頭三個，四個反應器曝氣為并聯曝氣，由主輸氣管流量計控制。反應塔采用溢流出水，具體做法如下：柱子的出口連接塑料管，塑料管的中間部分固定在反應柱的一定高度處，管子的另一端下垂接容器或下水道。

根據要求，最終采用生物陶粒、活性碳、及大連宇都環境工程技術有限公司制造的WD-20型微生物膜載體填料進行試驗，三種填料孔隙率分別依次為：46.15%、64.92%及90%。

2.2 實驗過程

實驗中采用的污水為大港油 田煉油廠二級氣浮出水，其中主要污染物為石油類、COD、氨氮，氨氮濃度在 60～70mg/L，首先經過臭氧處理然后貯于蓄水池中，進入填料塔處理。由于蓄水池中安裝有控溫裝置，水 溫維持在30℃，氨氮不斷被微生物所降解，為了模擬高濃度含氨煉油污水研究，在此污水中添加氯化銨以提高氨氮濃度，保持處理時的污水氨氮濃度在40～50mg/L之間，同時根據碳氮磷的比例投加磷酸二氫鉀補充磷及硝化作用消耗的堿。

從小到大逐漸改變臭氧氣量為0.2、0.3、0.4、0.5m3/h，重復上述步驟，通過對參數的測定，來對臭氧的氧化降解性能和臭氧利用率加以考察。比較各氣量下臭氧對煉油廢水中各項參數的降解量和臭氧利用率，找出進水量為0.2m3/h時的最佳臭氧氣量，即可確定出最佳氣水比。

通過以上測定數據發現臭氧單元對COD的降解能力有限，COD的去除率隨著臭氧量的增加呈正比例增加；臭氧單元對氨氮的去除率較小，氨氮的去除率隨著氣水比的增加呈正比例提高；隨氣水比的增加，臭氧利用率逐漸下降。由上可知，選取COD降解與臭氧利用率的相交點，初選最佳氣水比為1.35。

接下來調整進水氨氮值控制在40-50mg/L左右，逐漸縮短進水全部替換出水的時間，反應時間及水力停留時間依次為24h、12h、6h、3h、1.5h。在固定流量下連續出水情況下采取每隔0.25h取樣一次，連續取樣2h，即 取 樣 停 留 時 間 為 0.25、0.5、0.75、1、1.25、1.5、2h，根據氨氮降解速率及出水氨氮值確定最佳水力停留時間。

塔內水體溫度在30℃左右，溶氧在2-5mg/L，pH＝7～8，進水水量為 3.3L，平均進水氨氮濃度為37～44mg/L，試驗結果如下表生物填料塔間歇進水各參數反應速率統計

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2.3 結果分析

①臭氧單元對煉油二排污水中氨氮、COD的去除率較小，且去除率隨臭氧投加量、氣水比的增加而增大，最佳氣水比為1.35時臭氧最佳投加量為4.5g/h。

②間歇操作時的污染物脫除負荷能力，總體上看各填料塔參數:氨氮＞COD＞總氮，生物炭填料塔比其他兩種生物填料的氨氮、COD、總氮脫除負荷都大。

③連續操作最佳水力停留時間時污染物脫除負荷能力，WD-20型生物填料的氨氮、總氮脫除負荷大于生物炭、生物陶粒。

④各硝化塔中均發生了短程硝化反硝化，其中生物炭系統的短程反硝化最為穩定、高效。

結論

綜合以上分析，臭氧-生物活性炭組合工藝在煉油污水處理中有著其它處理方法無法比擬的優越性。

[1]田禹，臭氧-生物活性炭聯用技術發展狀況哈爾濱工業大學學報，1998；

[2]張金松，臭氧化—生物活性炭技術試驗研究，2002.

[3]遲玉霞，填料在水處理中的應用 化工給排水設計，1998.