后臭氧高級氧化對制革廢水處理工藝增效的應用

莊建成

（三達膜環境技術股份有限公司廈門集美分公司，福建 廈門 361000）

1 污水處理廠現狀

1.1 項目概況

宿松臨江產業園東南區復興污水處理廠于2017年10月建成并通過項目環保竣工驗收后投入運行。設計處理規模衛2萬噸/天，考慮到園區水量較少，所以提標需分階段進行，一期提標處理規模為5 000噸/天，于2020年4月提標改造完成，設計經處理后的出水水質達到國家《城鎮污水處理廠污染物排放標準（GB 18918-2002）》一級A標準，處理后的尾水排入長江。

1.2 處理工藝

污水處理廠主體工藝為“除硬度沉淀池+臭氧預氧化+調節池+AO-AO-MBR膜+消毒工藝”。污水處理廠進水成分復雜，在臭氧催化塔中，部分有毒有害物質得到降解，難降解的大分子有機物被氧化成易降解生化的小分子物質，從而提高了廢水的可生化性[1]。

1.3 存在的問題

由于廢水以園區內部經預處理后的皮革廢水為主，CODCr含量高，BOD5含量低，B/C小于0.2，并且進水的氯離子含量較高，較高濃度的氯離子會抑制菌膠團微生物的生長，因而影響了生物法處理廢水的效率。即使采用“除硬度沉淀池+臭氧預氧化+調節池+AO-AO-MBR膜+消毒工藝”處理后，出水的CODCr、色度還是存在季節性波動，主要是冬天存在波動性問題[2]。

1.4 解決思路

針對該污水處理廠廢水的特點和處理工藝中存在的季節性波動問題，擬對現有工藝進行改進。因常規工藝對于難降解的CODCr和色度的去除效果一般，故可以采用深度處理技術直接對生化出水進行深度處理，以去除污水中的CODCr并進行脫色，使其能夠達標排放。

臭氧是一種極強的氧化劑，很容易氧化廢水中的大部分有機物，本文僅對臭氧催化氧化進行深入探討。臭氧作為高級氧化技術在工業廢水的預處理上包括前置預處理和后置深度處理，前置預處理主要是提高廢水的可生化性，而后置深度處理主要是對經過生化處理后難降解的少量有機物進一步催化氧化，從而達到去除的目的，而后置深度處理在廢水深度處理上應用得較 少[3]。

考慮到運行成本，選擇臭氧催化氧化法作為MBR膜出水深度處理技術，可以先通過現場中試模擬實驗，論證該深度處理工藝的可行性。

2 試驗材料和方法

2.1 中試裝置

中試裝置由兩部分組成，臭氧裝置系統及臭氧冷卻系統。中試裝置安裝在污水處理廠的MBR膜池附近，MBR膜出水經計量泵抽升至臭氧裝置系統，觀察中試設備對MBR膜出水CODCr和色度的降解效果。

2.2 試驗方法

（1）根據設計的解決思路，安裝好中試裝置設備，實驗方案采用MBR膜出水作為中試臭氧系統進水。

（2）固定進水流速，分別采用臭氧濃度為20 mg/L、40 mg/L、60 mg/L、80 mg/L、100 mg/L投加方案，氧化停留時間為2 h，連續進水，取混合樣檢測出水CODCr和色度指標，最終確定最佳臭氧投加量。

2.2 試驗結果

（1）中試試驗是2021年3月5日開始設備安裝，到3月11日設備運行穩定后，3月12號開始分別采用臭氧濃度為20 mg/L、40 mg/L、60 mg/L、80 mg/L、100 mg/L進行投加，開始連續運行7天，取混合樣進行化驗室監測，分析出水CODCr平均值分別是62 mg/L、54 mg/L、47 mg/L、36 mg/L、34 mg/L、32 mg/L，出水色度（倍）平均值分別為29、12、4、2、2、2。

（2）綜合考慮出水情況及運行成本，確定臭氧投加濃度在60 mg/L為宜，這樣能保證出水CODCr和色度均能穩定達標排放，臭氧濃度過低或者過高會造成出水CODCr和色度不穩定及運行成本高的現象。

3 工藝優化概況

3.1 優化規模

根據現場中試試驗可以看出，MBR膜出水只需增加一道臭氧高級氧化深度處理工藝，即可解決此問題。優化規模根據現有提標規模，設計處理規模為5 000噸/天，新增構筑物1座（鋼筋混凝土結構），舊池利舊改造，設計流量：Q=210 m3/h，主要尺寸：平面尺寸：18 m*9 m，池深：6.55 m，氧化停留時間：2.5 h，配套設施：尾氣處理系統一套。優化后污水廠處理工藝變為“除硬度沉淀池+前臭氧預氧化+AO-AO-MBR膜+后臭氧高級氧化”組合工藝。新增后臭氧高級氧化池于2021年3月底完成。

3.2 調試運行

污水處理廠后臭氧高級氧化工藝于2021年4月開始進水調試運行，在滿足所有設備能正常運行的條件下，控制進水流量約210 m3/ h，臭氧投加量約為60 mg/L，并連續運行，觀察出水水質情況并連續取樣，監測CODCr和色度。監測出水水質指標如表1所示。

表1 監測出水水質指標

3.3 新增費用

深度處理工藝新增的直接運行成本費用為電費，臭氧量按60 mg/L投加：

①噸水O3成本：噸水需0.06 kgO3，耗電：7.5 kW·h/ kgO3，每度電按0.8元計算，則噸水O3電費（元/m3）=0.06×0.8×7.5=0.36元；

②噸水O2成本：每產生1 kgO3需要8 m3O2，耗電：0.45 kW·h/m3O2，每度電按0.8元計算，則噸水O2電費（元/ m3）=0.06×8×0.45×0.8=0.173元；

綜上所述，深度處理工藝噸水處理新增電費（①+②）=0.533元/m3（不計人工費用、設備維修費及設備折舊費）。

4 結論

本研究采用后臭氧高級氧化對制革園區污水處理廠MBR膜出水進行深度處理，后臭氧高級氧化工藝臭氧投加量控制在60 mg/L左右，出水CODCr的去除率達到30～40%，色度去除率達到90%以上，解決了出水CODCr和色度因季節導致波動的問題，出水的各項指標均達到排放標準。現場實際新增后臭氧高級氧化深度處理工藝，確定采用“除硬度沉淀池+前臭氧預氧化+AOAO-MBR膜+后臭氧高級氧化”組合工藝對制革綜合廢水進行處理是可行的。