臭氧催化氧化+生物活性炭對酒精廢水深度處理的研究

【摘要】采用臭氧催化氧化+生物活性炭濾床工藝深度對酒精釀造過程產(chǎn)生的經(jīng)過兩級厭氧+兩級好氧+絮凝沉淀處理后的廢水進(jìn)行深度處理。臭氧催化氧化塔內(nèi)填充催化劑，生物活性炭內(nèi)接種培養(yǎng)微生物。臭氧催化氧化塔容積60L，調(diào)節(jié)廢水PH在8.0左右，通入臭氧，廢水CODcr值由200mg/L降至136mg/L，去除率達(dá)到32%。原水中含有較多難生物降解的大分子有機(jī)物質(zhì)，經(jīng)臭氧氧化處理后，臭氧使它（NOM）斷鏈、開環(huán)、氧化成短鏈的小分子有機(jī)物或者使分子的某些基團(tuán)被改變從而使原來不能生物降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)變成可降解的有機(jī)物，從而CODcr下降32%，BOD5/CODcr比值有所提高，更易生物降解，色度去除也有明顯效果。生物活性炭濾床容積40L，臭氧出水進(jìn)入生物活性炭濾床CODcr值由136mg/L降至68mg/L，去除率達(dá)到65%。采用臭氧催化氧化+生物活性炭濾床組合工藝深度處理酒精釀造廢水，CODcr總?cè)コ蔬_(dá)到85%以上，且處理效果良好。

【關(guān)鍵詞】臭氧催化氧化；生物活性炭濾床；酒精釀造廢水；深度處理

河南某集團(tuán)公司生產(chǎn)多種產(chǎn)品，產(chǎn)品涉及生物能源、生物化工、精細(xì)化工、工業(yè)氣體、電力、飲料酒等七大部門，主要產(chǎn)品有燃料乙醇、酒精、沼氣、生物柴油、DDG飼料、多元醇、白酒、啤酒等40個(gè)產(chǎn)品，其車間排放廢水水質(zhì)復(fù)雜，有機(jī)物濃度高，懸浮物含量高，溫度高，水質(zhì)濃度波動幅度大，含有部分生物菌和未分解出去的產(chǎn)品，如丁醇、乙醇等，此外廢水呈酸性。該廢水經(jīng)過兩級厭氧+兩級好氧+深度處理后，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。由于深度處理運(yùn)行費(fèi)用高，因此有必要尋求一種高效、低費(fèi)可靠的深度處理工藝。

臭氧以其氧化能力強(qiáng)、反應(yīng)速度快、不產(chǎn)生污泥和無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，在廢水處理方面的應(yīng)用越來越受到重視。Arode Bernal-Martinez[1]利用臭氧對污泥進(jìn)行預(yù)處理，有效的去除難生物降解的PAHs。Lecheng Lei[2]研究表明，臭氧氧化和活性炭吸附結(jié)合工藝能把高濃度工業(yè)廢水的CODcr降低92%。但生產(chǎn)臭氧的費(fèi)用昂貴，單獨(dú)使用臭氧來處理廢水會使處理成本大幅度增加，而生物處理技術(shù)具有處理費(fèi)用低，對多種有機(jī)污染物均有處理效果等優(yōu)點(diǎn)。則可以將臭氧被用于將難降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化為可降解化合物，再用廉價(jià)的生物處理進(jìn)一步降低CODcr濃度，即在活性炭上培養(yǎng)微生物膜，兩者聯(lián)合使用，達(dá)到高效和經(jīng)濟(jì)的目的。

為進(jìn)一步降低處理成本，提高臭氧的氧化利用效率，可在臭氧催化氧化塔內(nèi)投加催化劑，改催化劑以顆粒形式存在，不隨廢水一起排出，可以重復(fù)使用，使用方便，減少了二次污染。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 化學(xué)試劑

臭氧催化劑【3】、NaOH、H2SO4：分析純。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

CODcr快速消解儀、臭氧發(fā)生器、臭氧曝氣盤、小水泵、小氣泵、小型流量計(jì)。

1.3 實(shí)驗(yàn)水質(zhì)

本實(shí)驗(yàn)用水為某釀酒污水廠污水經(jīng)過場內(nèi)污水處理系統(tǒng)中兩級厭氧+兩級好氧+等工藝處理后的廢水，水質(zhì)為：PH 為6—10，色度420—650（倍數(shù)），CODcr160-350mg/L。

1.4 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置及工藝流程如圖1所示，廢水經(jīng)由水泵，從催化氧化反應(yīng)塔下部進(jìn)入催化氧化器，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后可在側(cè)邊三個(gè)取樣口取樣分析，廢水從反應(yīng)器上部排出；以純氧為原料，通入臭氧發(fā)生器，調(diào)劑逆變功率和進(jìn)出口氣量，觀察轉(zhuǎn)子流量計(jì)并計(jì)量氣量后，臭氧從反應(yīng)器的底部通過曝氣盤均勻的布?xì)猓c廢水充分接觸，這樣可使臭氧充分發(fā)揮它的氧化能力，氧化反應(yīng)進(jìn)行比較徹底；自制的臭氧催化氧化塔選用φ200mm的有機(jī)玻璃為材質(zhì)，管長1900mm，塔內(nèi)填充催化劑，側(cè)邊距地面高度為800mm、1200mm、1600mm處有三個(gè)取樣點(diǎn)，在此取樣觀察色度去除情況。臭氧氧化后的出水從頂端流入中間水桶（200L），經(jīng)過泵泵入已培養(yǎng)好的生物活性炭濾床底部，底部安裝空氣曝氣系統(tǒng)，開啟小氣泵曝氣；生物活性炭濾床選用內(nèi)管φ200mm、外管φ260mm壁厚均為兩10mm厚同心圓的管道套用的有機(jī)玻璃，內(nèi)管長1300mm，外管長1000mm，內(nèi)管口做有小型出水堰口，內(nèi)管里面填充果殼活性炭，并其活性炭表面培養(yǎng)生物膜，廢水從內(nèi)管底部進(jìn)入，從內(nèi)管頂部堰口流入外管，然后排出。臭氧是以氧氣瓶為氧源，通過臭氧發(fā)生器現(xiàn)場制備。

1.5 實(shí)驗(yàn)方法

廢水由原水桶泵入臭氧催化氧化塔底部，同時(shí)開啟臭氧發(fā)生器，向塔內(nèi)投加臭氧，經(jīng)過臭氧催化氧化后出水從塔上部自流入中間水桶，然后中間水桶的水經(jīng)泵泵入生物活性炭濾床的底部，氣泵開啟曝氣，水自底部上流至出水堰流出外層，然后外排。分別取臭氧催化氧化塔3個(gè)取樣口的水取樣觀察色度變化情況；并測定各單元出水的PH值和CODcr值。

1.6 分析方法

廢水PH、COD按文獻(xiàn)【4】方法測定。

2 結(jié)果與討論

催化氧化是利用臭氧作為強(qiáng)氧化劑，在催化劑的作用下誘導(dǎo)催化，在催化氧化塔中將廢水中微生物難降解或不能降解的物質(zhì)裂解，使其在后續(xù)生化處理過程中得以降解，臭氧可與某些含有C-C雙鍵及其單鍵的有機(jī)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成CO2，實(shí)現(xiàn)降低廢水中的CODcr的目的。某些長鏈脂肪類有機(jī)化合物及含苯環(huán)類有機(jī)物較難與臭氧直接反應(yīng)，在臭氧與催化劑的聯(lián)合作用下，很容易被裂解而達(dá)到直鏈斷裂或?qū)崿F(xiàn)打開苯環(huán)，在反應(yīng)過程中產(chǎn)生可生物降解的分子和CO2，同時(shí)臭氧能將有機(jī)大環(huán)分子或長鏈大分子氧化成小分子，這樣可以提高BOD5/CODcr，使廢水的可生物降解性提高，以便后續(xù)的生物處理裝置的運(yùn)行【5】。而且由于氨難以被臭氧氧化，而臭氧卻能將水中部分有機(jī)氮氧化生成氨氮【6】，提供后續(xù)生化處理的營養(yǎng)。

影響臭氧催化氧化效果的主要因素有進(jìn)水的PH、催化氧化反應(yīng)時(shí)間、臭氧的用量等。通入催化氧化塔的臭氧時(shí)間不同，則廢水中投加臭氧的量也不同。本次實(shí)驗(yàn)主要確定臭氧和生物活性炭對廢水中的CODcr去除率，以及臭氧催化氧化與生物活性炭聯(lián)用的總?cè)コЧ?shù)據(jù)如下表

3 結(jié)論

（1）酒精廢水經(jīng)過兩級厭氧+兩級好氧+等工藝處理后廢水的有機(jī)物成分仍很復(fù)雜、色度高、BOD5/CODcr值低，常規(guī)工藝難以降解，采用臭氧催化氧化后在進(jìn)行生化處理，取得較好處理效果。

（2）采用臭氧催化氧化+生物活性炭濾床組合工藝對酒精廢水進(jìn)行深度處理，綜合考慮，臭氧催化氧化預(yù)處理廢水的最佳操作條件是：在室溫條件下，廢水PH值為8—9之間，O3/COD值為0.8，負(fù)載催化劑，通入O3時(shí)間為10min以上，COD的去除率能達(dá)到32%，色度去除率能達(dá)到78%以上；同時(shí)，生物活性炭去除率最高能達(dá)到65%且色度出去率達(dá)到65%以上。

各單元去除率分析圖

（3）通過臭氧催化氧化對酒精廢水深度處理，使該廢水的可生化性有較大程度的提高，適用于后續(xù)生化處理。

（4）臭氧催化氧化對酒精廢水深度處理是一種有實(shí)用性、具有較大競爭力的方法。

（5）研制的催化劑，催化效率和吸附能力較好，不隨廢水一起排出，可以重復(fù)利用，使用方便，減少二次污染，能在工程實(shí)踐中發(fā)揮重要作用。

（6）本次實(shí)驗(yàn)室單純的研究臭氧催化氧化對COD和色度的去除效果，然而，臭氧進(jìn)水PH的最佳范圍、臭氧催化氧化反應(yīng)時(shí)間，臭氧最佳投加量（經(jīng)濟(jì)和效果的綜合考慮），臭氧催化劑的選型以及投加量均有待研究。

參考文獻(xiàn)：

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