某污水處理項目臭氧反應處理中試研究

常建闖 郭自軍 劉元慧

(1.赤峰市經濟和信息化發(fā)展研究中心，內蒙古 赤峰 024000；2.中煤第五建設有限公司第三十一工程處，河北 邯鄲 056038； 3.河北工程大學能源與環(huán)境工程學院，河北 邯鄲 056038)

某污水處理項目臭氧反應處理中試研究

常建闖1郭自軍2劉元慧3*

(1.赤峰市經濟和信息化發(fā)展研究中心，內蒙古 赤峰 024000；2.中煤第五建設有限公司第三十一工程處，河北 邯鄲 056038； 3.河北工程大學能源與環(huán)境工程學院，河北 邯鄲 056038)

以北方某制藥有限責任公司布洛芬(OTC)生產的污水處理工程為例，通過中試試驗，分析了臭氧加鐵屑氧化技術對好氧池出水的處理效果，并采集了中試試驗過程中的各種參數(shù)，為污水處理廠后期改造和調試設計提供了依據(jù)。

制藥廢水，鐵碳微電解，臭氧催化氧化，中試試驗

1 概述

制藥過程相對于其他行業(yè)產生的廢水水量大、有機污染物濃度高、組成復雜，其中含有大量難生化降解的物質，對環(huán)境影響惡劣，應采用行之有效的方法加以處理排放[1]。鐵碳微電解技術因其工藝簡單，操作方便而被應用于制藥、電鍍、石油化工等行業(yè)的廢水處理中[2,3]。

本文中試采用臭氧+鐵刨花反應，整個反應系統(tǒng)可被認為是鐵碳微電解+臭氧催化氧化，鐵刨花的主要成分是鐵和碳，當將其浸入電解質溶液中時,由于Fe和C之間存在1.2 V的電極電位差,因而會形成無數(shù)的微電池系統(tǒng)，在酸性充氧條件下發(fā)生電化學反應，其反應過程如下：

陽極(Fe):Fe-2e-→Fe2+

陰極(C):2H++2e-→ 2[H]

若有曝氣，還會發(fā)生下面的反應：

O2+ 4H++4e-→2H2O

O2+ 2H2O+ 4e-→4OH-

2Fe2++O2+4H+→2H2O+ Fe3+

陽極反應生成大量的Fe2+進入廢水,進而氧化成Fe3+,形成具有較高吸附絮凝活性的絮凝劑[4]。陰極反應產生大量新生態(tài)的[H]和[O],在偏酸性的條件下,這些活性成分均能與廢水中的許多組分發(fā)生氧化還原反應,使有機大分子發(fā)生斷鏈降解,提高了廢水的可生化度[5],且陰極反應消耗了大量的H+生成了大量的OH-,這使得廢水的pH值也有所提高。

同時在臭氧環(huán)境下，陽極反應生成的Fe2+可作為后續(xù)臭氧催化氧化處理的催化劑，催化促進O3分解，在分解同時，產生羥基，與水中的有機物反應，使水體的有機污染物氧化降解成小分子物質，同時催化劑又與有機物反應生成中間產物，最后發(fā)生氧化反應。

2 中試概況

2.1 工藝流程圖及中試設備

中試工藝流程見圖1。

中試設備由反應器和臭氧機組成見圖2。

臭氧反應器尺寸：φ×H=350 mm×6 000 mm，有效體積530 L，后期填充比50%(鐵刨花)，停留時間5 h。

臭氧機產氣量4.5 g/h，臭氧投加量42 mg/L，臭氧利用回流泵(2 m3/h)射流進入反應器底部，臭氧與廢水充分接觸。

2.2 中試進度安排

中試試驗過程分為設備安裝、臭氧階段、臭氧鐵刨花階段，具體安排如表1所示。

表1 中試進度安排表

3 中試數(shù)據(jù)分析

3.1 設備安裝

設備安裝主要是臭氧機、水泵、射流器的安裝，進、出水管道的連接。

聯(lián)動試車保證全流程管路通暢。

3.2 臭氧反應階段

表2 實驗數(shù)據(jù)

臭氧反應階段自2014年9月15日開始，至2014年9月22日結束。由于主要依靠臭氧對好氧池2出水進行處理，進水COD

平均濃度在1 629 mg/L，出水COD平均濃度在1 325 mg/L，平均去除率18%，處理效果一般，且波動性較大，可以看出單純依靠臭氧處理穩(wěn)定性不強，運行幾天后基本無處理效果。

3.3 臭氧鐵刨花階段

此階段自2014年9月23日開始，至2014年9月25日結束。在反應器中填充了50%左右的酸洗過的鐵刨花，依靠臭氧和鐵刨花聯(lián)合作用對好氧池2出水進行處理，實驗中由于臭氧機故障中止，10月13日實驗恢復后反應器內鐵銹較多，影響了出水效果，應將數(shù)據(jù)剔除，經過換水清理后恢復正常，進水COD平均濃度在2 359 mg/L，出水COD平均濃度在1 738 mg/L，平均去除率26%，且出水效果穩(wěn)定。

表2是整個實驗過程的具體數(shù)據(jù)。

4 結語

1)臭氧反應階段在水力停留時間5 h，單純依靠臭氧氧化對COD的去除率在-28%～60%波動，平均去除率為18%，存在不穩(wěn)定性，階段后期基本無處理效果，與工程調試實際情況類似。

2)臭氧鐵刨花階段在水力停留時間相同，鐵刨花填充率50%左右，對COD的去除率在20%～50%，平均去除率為26%，且去除效果穩(wěn)定，鐵刨花起到了催化穩(wěn)定臭氧反應的效果，同時自身存在微電解處理效果。

3)臭氧反應在投加鐵刨花后雖然有一定處理效果，但是去除率還不能滿足實際工程要求，同時出水不清澈，呈現(xiàn)鐵紅色，還存在一定的絮狀沉淀物，所以在臭氧鐵刨花氧化分解有機物提高可生化性的同時，后端增加生化反應是很有必要的。

4)中試過程中使用射流器混合氣水進入反應器底部，使臭氧能高效地和污水混合，提高了臭氧的利用率，可以考慮到實際工程應用。

[1] 宋 鑫,任立人,吳 丹,等.制藥廢水深度處理技術的研究現(xiàn)狀及進展[J].廣州化工,2012(12)：29-31.

[2] Bunce Nigel J., Chartrand Michelle, Keech Peter. Electrochemical Treatment of Acidic Aqueous Ferrous Sulfate and Copper Sulfate as Models for Acid Mine Drainage[J]. Water Research,2001，35(18):4410-4416.

[3] Shibin X, Shuichun X, Changqing Z. Removal of organic pollutants from 2,2′,5,5′-tetrachlorobenzidine(TCB) industrial wastewater by micro-electrochemical oxidation and air-stripping[J].Journal of Hazardous Materials,2007,144(1):159-163.

[4] 張樹艷,程麗華,曹為祥.鐵炭微電解處理農藥廢水的研究[J].化學工程師,2004(9):35-37.

[5] 王曉陽,費學寧,周立峰.鐵碳微電解降解高濃度制藥廢水[J].環(huán)境科學與管理,2011(5):100-105.

Pilot study on ozone treatment of a sewage treatment project

Chang Jianchuang1Guo Zijun2Liu Yuanhui3*

(1.ChifengEconomyandInformationTechnologyDevelopmentResearchCentre,Chifeng024000,China;2.ChinaCoalNo.5ConstructionCoalConstructionCompanyThirty-oneWorksAgency,Handan056038,China;3.CollegeofEnergyandEnvironmentalEngineering,HebeiUniversityofEngineering,Handan056038,China)

Taking the wastewater treatment engineering of ibuprofen (OTC) production of north a pharmaceutical limited liability company as an example, through the pilot scale test, this paper analyzed the treatment effect of ozone with iron oxidation technology to aerobic tank effluent, and collected various parameters during the pilot scale test, provided basis for late transformation and debugging design of sewage treatment plant.

pharmaceutical wastewater, iron carbon micro electrolysis, ozone catalytic oxidation, pilot scale test

1009-6825(2017)05-0160-02

2016-12-04

常建闖(1982- )，男，工程師； 郭自軍(1980- )，男，工程師

劉元慧(1983- )，女，在讀碩士

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