臭氧尾氣在印染廢水生物處理中的應用

趙 明，王由好，朱五星

(上海市政工程設計研究總院〈集團〉有限公司, 上海 200092)

印染廢水具有有機物濃度高、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]。隨著社會經濟的發展，環境質量要求越來越高，印染廢水的排放標準也日趨嚴格。臭氧的強氧化性能將大分子有機物分解為小分子有機物，對廢水中的難生物降解有機物有較好的處理效果[2]，在印染廢水處理領域得到了越來越多的工程應用[3-5]。臭氧反應池排出的尾氣中仍含有一定的殘余臭氧，對人體有害，因此，需設置臭氧破壞器進行處理[6]。目前，以液氧為氣源的臭氧發生器制備過程中，通常只有約10%的氧氣轉化為臭氧，處理后直接排放將造成未反應氧氣的資源浪費，若考慮對處理后的尾氣進行資源化利用，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空氣曝氣工藝對印染廢水中有機物的去除效果，考察水力停留時間對富氧曝氣工藝處理效果的影響，為工程應用提供指導。

1 材料與方法

1.1 原水水質

試驗進水取自浙江某大型印染廢水處理廠的調節池，水質指標：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。臭氧發生器采用純氧為氣源，型號為SK-CFG-100P，由濟南三康環保科技有限公司生產。臭氧反應器排出的尾氣經尾氣破壞器處理后作為富氧曝氣池的氣源。臭氧反應器為圓柱形，有效容積為13 L。原水通過蠕動泵進入曝氣池內，曝氣池有效容積為23 L，曝氣池出水經沉淀后排放，沉淀的污泥回流至曝氣池內。同時，在另一座與富氧曝氣池尺寸一致的反應池內采用空氣作為氣源，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，曝氣量與進水流量的比例(氣水比)均為15∶1。每天定時取樣，測定反應器進出水中的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，測定反應器進出水中的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

在進水CODCr濃度為800～1 200 mg/L的情況下，當曝氣池出水水質趨于穩定時，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，氧轉移效率是傳統曝氣方式的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移率較高，富氧曝氣反應池內的DO基本保持在5.5 mg/L左右，而空氣曝氣反應池內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高效、穩定地運行，微生物可以充分降解廢水中的有機物，且能有效應對進水有機物的沖擊負荷，保障穩定的處理效果。因此，富氧曝氣工藝不僅占地面積較小，且對有機物的處理效果優于空氣曝氣工藝，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濟效益和實用價值。

2.2 富氧曝氣工藝HRT對CODCr處理效果的影響

圖5 廢水中有機物GC/MS分析 (a) 進水； (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HRT進一步減少至16 h時，CODCr去除效果明顯下降，出水CODCr濃度達到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會影響生物反應系統對CODCr的去除效果，導致出水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有機特征污染物的降解規律，對曝氣池進水和出水分別進行GC/MS分析，分析結果如圖5和表1所示。

由圖5可知，反應池進出水主要有機污染物的種類變化并不明顯，結合表1的定性分析結果，進出水中特征污染物的主要區別在于不同有機物種類的相對含量變化較大。進水中的烷烴類有機物含量較高，而胺類物質或難生物降解的酚類物質等在曝氣池出水中的相對含量較高。由此可知，好氧生物反應對印染廢水中難生物降解的胺類及酚類物質的去除效果相對較差，而對于烷烴類等有機物的去除效果較好。因此，針對印染廢水中有機物的去除，應在生物處理的基礎上，采用臭氧、芬頓等高級氧化深度處理工藝進一步去除難生物降解的有機物，保證出水穩定達標。

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

3 結論

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

(2)當進水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物去除效果較好，對難生物降解的胺類及酚類物質去除效果相對較差，需進一步深度處理以保證出水達標。