生化-高級氧化組合工藝處理海上生活污水

張子臣，李樹超，國 健

（中海油節能環保服務有限公司，天津 300452）

近年來，國民經濟高速發展帶動石油等能源需求量增加，進而導致海上石油開采量越來越大。石油作業平臺長期坐落在海域中，平臺作業人員日常產生的生活污水若得不到有效處理將產生各種污染問題，海上平臺生活污水對周邊環境的污染也越來越受到重視。尤其是2012年10月，國際海事組織（IMO）通過了MEPC.227（64）決議，決議在原COD要求的基礎上增加了總氮、總磷的要求，即COD≤125mg/L、總氮≤20mg/L、總磷≤1mg/L，決議于2016年1月1日起實施[1]。隨著國家對海洋環保的越來越重視，新的生活污水處理工藝可為海上生活污水提標進行技術儲備。

臭氧催化氧化是一種常用在廢水處理的高級氧化技術，氧化能力強、反應快、去除效率高，能夠極大提高有機物降解速率和廢水可生化性，并且具有殺菌消毒作用，是一項具有廣泛應用前景的新型污水處理技術[2]。此項技術和生化處理技術結合是今后的一個重要發展方向。謝陳鑫等采用臭氧光電催化耦合處理煉油反滲透濃水，可有效降解反滲透濃水，當pH=7.5，臭氧投加量達到8mg/L，電流密度50mA/cm2，停留時間30min，出水達到COD≤50mg/L，石油類≤0.5mg/L的排放要求[3]。張冬梅等采用O3/UV法對煉油含堿廢水進行了降解實驗，結果表明，O3/UV法COD去除率比單獨臭氧提高24%，臭氧的強氧化作用使大分子有機物質的環狀分子部分環或長鏈條分子部分斷裂，從而使大分子物質變成小分子物質，生成了易于生化降解的物質，進而提高廢水的可生化性[4]。

在前期工作的基礎上，本研究采用臭氧催化氧化-生化技術對海上生活污水進行處理實驗，考察不同條件下處理效果。

1 實驗部分

1.1 反應原理

海上生活污水沖擊負荷大，處理難度大，傳統的MBR、電解都存在不同程度的缺點，將臭氧與生化處理結合使用，可極大提高處理效率，降低能耗。臭氧在紫外輻射作用下分解產生大量·OH，能有效降解COD、總氮、總磷等。已有文獻報道使用紫外光照射后，O3的氧化能力增強了10倍以上。

1.2 實驗裝置

實驗采用CF-YG100型臭氧發生器，其運行參數為：臭氧發生量10～100g/h、額定功率250W、額定電壓220V。它以空氣為氣源，通過在高電壓介質與電極之間產生放電，使氧分子離解，快速產生臭氧。

實驗容器為自制反應器，玻璃反應槽的有效容積為5L，臭氧通入反應槽后，采用循環射流泵分散產生大量細小的臭氧氣泡，使其與廢水充分地混合、反應，從而降解去除廢水中的有機物。

1.3 分析方法

COD：采用傳統重鉻酸鉀法進行測定[5]，pH采用梅特勒-托利多FE20便攜pH計測定。

1.4 實驗廢水

實驗用水為某平臺生活污水（黑水和灰水混合），具體指標如下：COD 600～800mg/L，BOD5200～400mg/L

2 結果與討論

2.1 臭氧投加量的影響

進水COD為783mg/L，pH為7～9，其他實驗條件不變，只改變臭氧氣體流量，反應一段時間后取水樣測定COD。臭氧氣體流量與COD去除率關系見圖1。

從圖1看出，在臭氧投加量從0增加到20mg/L時，廢水出水中COD、BOD出現了不同程度的降低。當投加量達到7mg/L時，出水中COD、BOD的含量趨于穩定。隨著水中臭氧濃度增加，大量臭氧轉化為·OH，有機污染物逐漸降解完全，出水中COD和BOD明顯降低。可見，臭氧對廢水中污染物的去除有著非常明顯的效果，但臭氧投加量并不是越大越好，合適的臭氧投加量對污水處理效果及成本具有重要作用。

圖1 臭氧投加量對處理效果影響

2.2 反應時間的影響

臭氧投加量是臭氧氧化水處理工藝的一重要參數，決定了廢水的處理成本。臭氧投加量并不是越大越好，同樣反應時間也并不是越長越好。

向反應槽內通入7mg/L 的臭氧進行曝氣反應，每隔一段時間，取水樣測定COD。臭氧曝氣反應時間與COD去除效果的關系見圖2。實驗結果表明：廢水與臭氧的氧化反應時間為120min 時，COD的去除效果最好。

圖2 反應時間對處理效果的影響

從圖2可以看出，在反應的前階段，COD的去除率很快，后期逐漸平緩，且在反應120min后接近水平狀態。這是因為在臭氧反應的整個過程中，臭氧對水中有機物的氧化降解有一定的選擇性。通入臭氧的初始階段，參加反應的主要是易氧化的有機物，可很快地被臭氧氧化成CO2和H2O[6]。在后面的反應過程中，廢水中的有機物較難被氧化，甚至很難氧化，即使參與反應的物質也不能直接轉化成CO2和H2O，有些被氧化成其他中間轉化體，或者只是把大分子的有機物氧化成分子量較小的有機物，而這些對COD的降低沒有明顯的效果。

2.3 現場連續穩定實驗

為進一步考察臭氧催化氧化-生化系統運行穩定性，對自主研發的臭氧-生化裝置進行連續運行實驗。

工藝流程如下，污水（黑水或灰水）首先進入調節池處理，上層的液體通過水泵進入厭氧處理單元，沉淀下來的廢渣通過底部的排渣口排出，底部的淤泥通過排泥口排出收集。調節單元可以調節后續處理的水量和使得水質均化。生化處理單元包括厭氧處理、好氧處理以及MBR深度處理。經過生化處理后進入臭氧氧化裝置，繼續降低COD，并通過紫外燈和臭氧對水進行殺菌，從而減少出水中的細菌含量，減少對環境的污染。經過殺菌池殺菌處理后的水即可達到排放標準，并進入貯水池進行達標排放。

中試裝置概況：

本體采用4mm厚不銹鋼鋼板焊接而成，內壁涂有環氧瀝青，油漆干膜厚度為300μm。設備采用全封閉結構，設有排氣口、進水口、排泥口和出水口。外形尺寸，3 500mm× 2 500mm×2 500mm，處理量16m3/d。

來水→預處理罐→生化處理罐→臭氧反應罐→達標排放

平臺生活污水一般進行統一處理，即將黑水和灰水同時進入污水處理系統。本中試實驗采用緩沖罐進行統一收集黑水和灰水，而后進入臭氧-生化系統進行處理。圖3為臭氧投加量7mg/L條件下，裝置進、出水COD和BOD5狀況。由圖4可知，平臺生活污水COD在760～970mg/L，進水BOD5在350～460mg/L，經電催化氧化系統處理后，出水COD和BOD5分別為95～112mg/L和17～20mg/L，出水水質滿足排放標準。

圖3 臭氧催化氧化-生化處理平臺生活污水狀況

3 結論

1）針對海上生活污水沖擊負荷大，現有處理設備不穩定、能耗大等問題，開發新的處理工藝臭氧-生化工藝，在現場進行海上生活污水中試實驗，處理效果好，穩定達標。

2）臭氧投加量為7mg/L，反應時間120min，pH為8的條件下，廢水處理效果較好，并且在此條件下，連續處理平臺生活污水實驗穩定達標，降低環保風險。

3）臭氧-生化結合工藝對平臺生活污水處理是一種全新的工藝，改善了生化不穩定以及難達標的情況，是一種具有前景的海上生活污水處理方法。