高浓度有机废水

高浓度有机废水（精选10篇）

高浓度有机废水 篇1

摘要：指出了高浓度有机废水的排放给水体造成了严重的危害, 对其处理的研究具有重要意义。阐述了高浓度有机废水的来源, 分析了近年来比较广泛使用的厌氧处理技术, 探讨了这项技术在高浓度有机污水资源化处理领域的应用前景及发展方向。

关键词：高浓度有机废水,厌氧处理,反应器

1 引言

作为水体的重要污染物之一, 有机污染是水质变坏、发黑、发臭的罪魁祸首。随着现代化工业的发展, 这种污染已成为一个全球性问题。特别是某些工业生产过程中产生的高浓度有机废水, 如不经处理直接排放将对水体造成严重的危害。因此, 对高浓度有机废水的处理应作为废水处理领域的一项重要的任务加以重视。

2 高浓度废水的来源及危害

对高浓度有机废水的定义通常是指废水COD大于1 000mg/L的废水[1], 如食品、发酵、化工、炼焦、医药、造纸、制革等行业排出的废水大多属于高浓度废水。这些废水成分复杂, COD、BOD、SS含量高且排放量大, 部分含有有毒有害物质, 对环境造成了极大的影响。

高浓度有机废水对环境的危害主要表现在需氧性污染危害, 消耗水中的溶解氧危害水生物的生长繁殖;酸、碱污染危害, 改变水体pH值, 干扰水体自净能力;感官性污染危害;致毒性污染危害, 排入水体的有毒物质不容易被降解, 会通过食物链富集进入人体, 危害人体健康等几个方面。

3 厌氧工艺处理高浓度废水

高浓度废水处理方法主要有化学处理法、物化处理法和生物处理法。生物处理法又因其成本低、处理效果好得到关注。生物处理法中的好氧生物处理适于中低浓度的废水, 厌氧处理技术适用于处理高浓度有机废水。厌氧处理技术主要是利用反应器内部的厌氧菌水解、产酸和产甲烷等阶段降解废水中的有机污染物[2]。此过程不但耗能低, 而且能够在有机物厌氧降解的同时, 产生沼气能源, 具有较好的处理潜力和经济效益, 且负荷高、产泥少、耐冲击负荷等多种优点而受到广大科研工作者的重视。经过100多年的发展, 厌氧生物反应器已经发展到第3代, 现分别对其进行介绍。

3.1 内循环 (IC) 厌氧反应器

IC厌氧反应器是由荷兰PAQUES公司在20世纪80年代研发推出的, 用以处理马铃薯、啤酒、食品加工等工业废水。IC厌氧反应器由两个UASB反应器一体化组合而成, 通过采用内循环技术大大提高了COD容积负荷, 能产生高的沼气量, 再配合内循环液的作用, 污泥处理膨胀流化的状态, 实现了泥水之间的良好接触, 强化传质效果。

与UASB相比, IC反应器有更高的容积负荷, 内循环提高了第一反应区的液相上升流速, 强化了废水中有机物和颗粒污泥间的传质, 使其有机负荷升高;IC厌氧反应器有更高的抗冲击负荷能力, 运行的稳定性更好, 主要是因为内循环的形成, 使得IC 厌氧反应器第一反应区的实际水理大于进水量, 循环水量可达进水量的3～20倍, 进水与循环水在第一反应区充分混合, 能使高浓度废水和含有有毒物质的废水得到稀释, 大大降低了其浓度及毒性, 降低原水对反应器的冲击, 从而提高反应器的耐冲击能力。通常情况下, IC厌氧反应器的容积负荷是普通UASB的4倍左右, 所以基建投资省, 占地面积也更小。IC厌氧反应器具有运行稳定性好、抗冲击负荷能力强、有机负荷高、占地面积小等一系列优点, 已成为第三代厌氧反应器的代表工艺之一。

3.2 折流板厌氧反应器

ABR反应器是由美国Stanford大学的Bachman和McCcrty等于20世纪80年代提出的一种高效新型厌氧反应器, 能有效改善单体反应器中存在的床体膨胀和床中水力沟流现象。反应器内设置若干竖向导游板, 将反应器分隔串联成几个反应室, 废水进入反应器后沿导流板上下折流前进, 废水中的有机质通过与微生物的充分接触而去除。ABR反应器独特的分格式结构及推流式液态使得每个反应室中可以培养出与流至该反应室中的污水水质、环境条件相适应的微生物群落, 从而导致厌氧反应产酸相和产甲烷相的分离, 两大类厌氧菌群可以生长在各自最适宜的环境条件下, 有利于充分发挥厌氧菌群的活性, 提高系统的处理效果。

ABR反应器的优点在于结构简单、无需机械混合装置、不易阻塞、污泥床膨胀程度较、投资成本和运转费用低;水力停留时间短、可采用间歇运行方式、耐水力冲击负荷和有机冲击负荷能力强。

3.3 膨胀颗粒污泥床

膨胀颗粒污泥床 (EGSB) 是荷兰Wageningen农业大学Lettinga于1976年提出, 是对UASB的一种改进工艺, 在UASB的基础上提高了液体的上升流速[3]:UASB采用的水力不升流速一般小于1m/h, 而EGSB采用较大高径比和出水回流循环量/进水流量比, 使其上升流速达到5～10m/h。EGSB的主要组成部成有进水配水系统、气固液相分离器、出水系统以及进出水循环系统。

EGSB主要特点是采用处理出水回流, 回流可增加反应器的水力负荷, 并且对超高浓度废水及有毒物质有一定的稀释效果, 既能保证高浓度污水处理效果, 也能降低有毒物质的抑制与毒害;反应器的设计采用塔形结构, 有较高的高径比, 能在提高上升流速的同时减少占地面积;高的水力负荷也使上面上升流速和搅拌速度增强, 确保废水与污泥的充分接触, 传质得到强化, 有效的解决了UASB的短流、堵塞等问题。

3.4 序批间歇式厌氧生物反应器

厌氧序批式反应器 (ASBR) 是20世纪90年代由美国R.R.Dague等[4]提出的一种新型高效厌氧反应器。ASBR工艺是一种间歇进水、间歇排放、悬浮生长的厌氧生物处理工艺。它由一个或者几个ASBR反应器组成, 运行时, 从废水分批进入反应器中, 经与厌氧污泥进行混合接触、生化反应和沉淀, 到净化后的上清液排出, 完成一个运行周期, 不必设置空转期。进水阶段反应器内基质浓度骤然增高, 微生物获得巨大推动力;反应阶段是有机基质转化成生物气的一个重要阶段, 这一阶段的时间由基质性质、出水水质要求等多种因素决定, 反应过程中可进行搅拌;沉淀阶段停止搅拌以使泥水分享, 反应器自身也为澄清池;在有效的泥水分离后进行出水。

这种工艺能够延长污泥在反应器的停留时间, 增加污泥浓度, 在反应器内能培养出沉降性能好、活性高的颗粒污泥, 提高厌氧反应器的负荷和处理率, 同时大大缩短具了水力停留时间, 从而减小了反应器的容积, 有利于厌氧技术用于生产规模的废水处理, 增强了厌氧系统的稳定性和对不良因素的适应性[5]。尽管ASBR运行上类似于厌氧接触, , 但ASBR的固液分离在反应器内部进行, 出水固液分离效果好, 不需另设澄清池;另外ASBR中不需设置UASB中复杂的三相分离器, 具有工艺简单、投资省、操作灵活、生化反应推动力大等优点, 而且温度对ASBR反应器影响小, 适应范围广。

4 结语

随着社会经济的发展, 高浓度有机废水的种类和数量将不断地增加, 厌氧处理在这一领域的运用必将越来越广泛。但是随着高浓度废水处理难度的增加, 单一的厌氧污水处理技术的运用存在一定的局限性。新型厌氧技术的产生以及不断改进的现有厌氧污水处理技术将在高浓度废水处理领域发挥日益重要的作用。

参考文献

[1]童昶, 沈耀良, 赵丹, 等.厌氧反应器技术的发展及ABR反应器的工艺特点[J].江苏环境科技, 2001, 14 (4) :9～11

[2]徐晓秋.高浓度有机废水厌氧处理技术的研究进展与应用现状[J].应用能源技术, 2010 (12) :6～9.

[3]Lettinga G.Anaerobic treatment of sewage and low strength wastewater.Proc[J].Anaerobic digestion, 1984 (2) :271～279.

[4]Dague R E, McKinney J T.Anaerobic activated sludge[J].Water Poll Control Fed., 1996, 38 (2) :220～226.

[5]李亚新, 李玉瑛.厌氧生物处理新工艺-厌氧序批式反应器[J].工业用水与废水, 2002, 33 (1) :4～6.

高浓度有机废水 篇2

高浓度难降解有机废水的`处理,是国内外污水处理界公认的难题.本文分析了这一类废水难于生物处理的主要原因,并在此基础上对近年来国内外处理焦化废水、制药废水等高浓度难降解废水的技术和研究作了介绍与评价.

作 者：赵月龙 祁佩时 杨云龙 ZHAO Yue-long QI Pei-shi YANG Yun-long 作者单位：赵月龙,祁佩时,ZHAO Yue-long,QI Pei-shi(哈尔滨工业大学市政环境工程学院,哈尔滨,150090)

杨云龙,YANG Yun-long(太原理工大学环境与市政工程学院,太原,030024)

高浓度焦化废水污染物减量化技术 篇3

摘要：分析焦化废水来源及水质特征基础上，提出了焦化废水污染物减量化和组合处理技术。研究表明，采用干熄焦工艺、无蒸汽蒸氨(苯)工艺、煤气净化组合减量化工艺和水梯级循环利用工艺可有效实现废水污染物减量化；通过焦油、酚、氨、氰、硫、噻吩的回收可减少污染排放，同时产生经济效益。

关键词：焦化废水 污染物减量化 回收

近年来，随着钢铁行业的发展，与之相配套的炼焦规模也逐步扩大，现有不同规模的焦化厂约200多个，2013年12月焦炭产量达到4.76亿t，每生产1t焦炭约产生0.3-0.5t废水，我国每年焦化废水的排放量近3亿t。焦化废水是在原煤高温干馏、煤气净化和化工产品精制过程中产生的废水，成分复杂，处理难度较大。通过生产过程中实施废水减量化生产技术和废水中污染物的预处理和回收技术，可减轻废水后续处理负荷，提高处理效果。

1 焦化废水来源及特征

煤制焦、煤气净化以及焦化产品的回收过程中会产生大量的废水，废水的主要来源有：①剩余氨水：由原煤高温裂解荒煤气冷却产生，是焦化厂主要排放源，可占全厂排放量的一半以上。其水质复杂，污染物浓度较高，除含有氨、氰、硫氰根等无机污染物外，还含有酚、萘、吡啶、喹啉、蒽和其他稠环芳烃化合物等，是目前较难处理的废水之一。②煤气净化废水：是煤气脱硫和煤气终冷循环液的排污水。在煤气终冷却时，煤气中一定数量的酚、氰化物、硫化物、萘、吡啶盐基进入冷却水中，为保证冷却效果及减轻设备腐蚀，须更换排放部分冷却水，其不含氨且浓度相对较低。③回收分离水：包括煤焦油、精苯及其他工艺过程的排水以及各种贮槽定期和事故排水，约占总水量10-15%。所含污染物为酚、氰及其他组分等，水量较少，污染物浓度较低。④脱硫工段废水：吸收了H2S和HCN的循环液经再生塔再生后，部分送入板框压滤机压滤产生的压滤液废水。国内焦化厂焦化废水水质情况见表1。

表1国内部分焦化厂废水组成（mg.L-1）

[厂名

首钢焦化厂

河北唐山市焦化厂

南京第二钢铁厂

上海焦化厂 造气车间

回收车间

宝钢焦化厂

天水焦化厂

薛城焦化厂

济宁煤化公司

CODcr

1500-1800

1812

600-900

600-800

884.8-1040

7924-16193

290-3060

6500-8500

NH3-N

300-400

20-600

302.5

<250

50-100

3272-3777

102-697

700-1200

酚

200-250

276

106.8

10-26

50-80

133.6-178

1311-1681

116-411

1100-1200

氰

20-22

11

4.0

<3.0

<20

14.56-30.43

63-141

0.32-5.28

<30]

2 焦化废水污染物减量化技术

2.1 清洁生产工艺

2.1.1 干熄焦工艺减少废水产生 焦炭干法熄焦（Coke Dry Quenching简称CDQ）是一种利用炽热的焦炭和惰性气体直接接触换热，将红焦降温冷却的一种新型的熄焦工艺[1]，是当前国家重点推荐鼓励发展的清洁生产技术。干法熄焦回收焦炭显热，利用红焦的显热生产蒸汽，进行能源转化；并采用惰性气体（氮气）熄焦，t焦耗水量为0，而湿熄焦耗水率为0.44t/t焦，因此，能极大减轻焦化废水产量。

2.1.2 无蒸汽蒸氨（苯）减少废水排放 针对传统蒸氨和蒸苯生产中存在的能耗高、效率低、污染大、设备腐蚀严重的问题，可采用导热油替代蒸汽的无蒸汽新技术及装置[2]。除此之外，化产系统硫铵干燥、熔硫釜加热、焦油原料及产品贮槽保温、焦油脱水塔再沸器加热也可采用导热油代替蒸汽作热源，降低能耗，减少蒸汽冷凝水的排放量。

2.1.3 水循环使用减少污水排放 可采用“小半径循环、分区域闭路、按质分级利用”的高效用水模式，建立煤气净化车间循环水系统、制冷循环水系统、热电站循环水系统等，实现闭路循环。通过焦化废水深度处理和中水回用工程，可用作干熄焦余热锅炉的补给水及卫生用水、粉尘含量较高工艺的喷洒用水等，减少新鲜水使用量。

2.1.4 煤气净化废水污染物减量化技术 炼焦过程中产生大量的荒煤气，通过煤气净化回收系统治理工艺气体，其不仅可减少污染物的排放量，而且又可回收产品，包括采用：粗蒽精制、苯回收、煤气A.S脱硫脱氰、初冷工段冷凝液收集循环利用、采用电捕焦油器捕集煤气中的焦油、硫按工段去除煤气中氨的同时并得到硫铵产品等工艺。

2.1.5 煤的气流分级分离调湿技术 集风选破碎和煤调湿技术于一体，充分利用焦炉烟道废气余热，可使配合煤水分降低2%，节约加热费用，减少废水COD排放。

2.2 有用物质回收

2.2.1 酸焦油回收 酸焦油是焦化生产过程中产生的有毒有害废料，又分为精苯酸焦油和硫铵酸焦油，轻苯酸洗是焦化酸焦油的主要来源，主要含有硫酸、磺酸、巯基乙酸等酸类15%-30%，含乙酰甲醛树脂等聚合物40%-60%，其余为苯、甲苯、二甲苯、萘、蒽、酚、苯乙烯、茚、噻吩等芳烃物质[3]。酸焦油可行的处理和回用途径包括：①生产混合燃料油。②聚合后作橡胶添加剂。③回收粗苯及废酸。④配煤炼焦。⑤制取表面活性剂。⑥焦油渣的回收利用于配煤。

2.2.2 酚预处理及回收 研究表明，只有当废水中酚含量降至20mg.L-1以下时，水中的氰化物才开始被氧化，故从酚开始氧化到硫氰酸盐氧化一般需要16-48h，耗时较长，因此需预处理。目前，焦化废水除酚工艺主要是萃取法，在众多萃取剂中，磷酸三丁酯(TBP)是一种比较理想的萃取脱酚的络合萃取剂，在温度<40℃，pH<8，萃取比R为1:2，反应时间8min时，用30%TBP煤油对原焦化废水（酚浓度4165mg.L-1）进行萃取，酚去除率可达96.94%，然后再用 5%氢氧化钠以R=1：1进行清洗萃取剂，可回收酚钠达94.25%以上，再利用二氧化碳或硫酸酸化分解制酚，实现了资源回收利用。另外，轻苯溶剂油、粗苯、轻苯及轻油均可做为酚萃取剂，其效率顺序为：轻苯、轻苯溶剂油、轻油、粗苯。除此之外，粉末活性炭、改性粉煤灰也对酚有一定的吸附去除效果，一般主要用于低浓度含酚废水处理。

2.2.3 氨回收 焦化废水中的氨对后续生物处理效果影响较大。目前蒸氨工艺主要有直接蒸汽法、热泵法、导热油法和管式炉加热法。从能耗、投资、运行费用角度，热泵法综合指标最好，管式炉法次之。导热油法和管式炉法蒸氨工艺复杂，但可节约用水，同时减少废水排放，是一种清洁生产工艺。

2.2.4 氰、硫回收 焦化废水中氰以HCN、CN-和络合氰离子的形式存在，硫以H2S、HS-和S2-存在。硫酸亚铁可作为脱除剂，来降低废水中氰、硫的浓度，机理如下：Fe2++S2-→FeS↓；Fe2+还可与CN-形成氰络合物沉淀，在空气中氧的作用下，最后可生成普鲁士兰沉淀: 6NH4CN+FeSO4=(NH4)4[Fe(CN)6]+3(NH4)2SO4；6NH4CN+3FeSO4=Fe2[Fe(CN)6]↓+3(NH4)2SO4；6Fe[Fe(CN)6]+3O2+6H2O=2Fe4[Fe(CN)6]3↓+4Fe(OH)3↓，反应的最佳pH为6.5-7.5，氰和硫含量可分别降至20和15mg/L以下，基本达到生化处理对水质的要求。与此同时，反应中产生的絮状沉淀，还能吸附废水中的悬浮物及焦油，起到助凝作用。

2.2.5 噻吩回收 据文献报道，我国焦化粗苯中噻吩含量较高，一般为 0.2%-1.2%，严重影响粗苯质量[4]。噻吩类硫化物是可开发利用的医药、材料、催化剂等重要原材料。目前，粗苯精制的方法是硫酸洗涤法和催化加氢法，但是均未回收焦化苯中的噻吩，造成资源浪费。噻吩可采用吸附分离法、共沸精馏法、冷冻结晶法、离子液体法、反应精馏法和萃取精馏法分离。对常用的焦化苯脱噻吩精制进行了比较，认为萃取精制工艺综合指标优于其他精制方法，且具备了工业化的条件。

3 结论

焦化废水是较难处理的工业废水之一，采用干熄焦工艺、导热油无蒸汽蒸氨(苯)工艺、煤气净化组合减量化工艺和水梯级循环利用工艺可有效实现废水污染物减量化；通过焦油、酚、氨、氰、硫、噻吩的回收可减少污染排放，同时产生经济效益。

参考文献：

[1]李奇勇.焦化干熄焦技术环境影响评价中的清洁生产分析[J].能源与环境，2010（2）：11-13.

[2]王增忱.焦化废水蒸氨工艺比较[J].燃料与化工，2012，43（5）：46-48.

[3]李连顺，谢全安.焦化酸焦油的处置利用[J].中国资源综合利用，2011，29（3）：39-40.

[4]丹林，胡义，王可苗.焦化粗苯中噻吩分离回收的研究进展[J].2012，13（1）：45-50.

基金项目：滨州市科技发展计划项目（2013GG0605）资助。

作者简介：

张会（1971-），男，山东桓台人，高级工程师，从事环境工程、环境影响评价研究。

通讯作者*：

高浓度有机废水处理技术研究现状 篇4

关键词：高浓度有机废水,水处理,生物处理技术

水污染问题是我国面临的主要环境问题之一。据统计, 工业废水占到了总污水量的百分之七十以上, 而工业废水中绝大部分都属于高浓度的有机废水。高浓度有机废水主要来源于造纸、皮革、食品以及化工等行业排出的COD浓度在2000mg/L以上的废水。由于高浓度有机废水对水环境污染程度严重且处理难度大, 因此高浓度有机废水处理技术的研究一直是水处理技术研究的重点。

1 高浓度有机废水的特点

高浓度有机废水中含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白质、纤维素等大分子有机物, 如果直接排放到环境中就会造成严重的污染。高浓度有机废水的主要特点: (1) 有机污染物浓度高, COD值一般在2000mg/L以上, 有的甚至达到几万乃至几十万mg/L; (2) 成分十分复杂、难降解, 通常含有香族化合物和杂环化合物等毒性物质, 同时还可能伴有硫化物、氮化物、重金属以及有毒有机物等; (3) 高浓度有机废水的色度很高, 常伴有恶臭等刺激性气味, 给周边环境造成不良影响; (4) 高浓度有机废水的酸碱度比较高, 往往具有强烈的腐蚀性。

2 高浓度有机废水的危害

高浓度有机废水对环境的危害十分大, 主要表现在以下几个方面:首先是耗氧性危害。有机污染物在生物降解的过程中消耗掉水体中绝大多数的氧, 从而造成水体缺氧, 致使水生动植物的死亡, 从而产生恶臭;其次是感官性污染, 对水体附近的居民的正常生活会造成很大的影响;再者是毒性危害。高浓度有机废水中含有很多毒性有机物, 因长年累月的积累而对水体、土壤造成严重污染从而威胁人类健康。

3 高浓度有机废水处理方法研究现状

3.1 厌氧生物处理法

厌氧生物处理就是指在厌氧条件下, 通过厌氧微生物分解废水中的有机物并产生甲烷和二氧化碳的过程。厌氧降解过程分为四个阶段:水解阶段、发酵 (或酸化) 阶段、产乙酸阶段和产甲烷阶段。目前, 厌氧生物处理法在高浓度有机废水处理方面的应用还是很广泛的, 已经由传统的普通消化法发展为厌氧接触法、厌氧生物滤池法、上流式厌氧污泥床反应器法、内循环厌氧反应器法以及厌氧颗粒污泥膨胀床法等。当前, 将厌氧生物处理技术同超声技术进行结合, 还能够大大缩短水处理时间, 提高水处理效率。另外, 利用好氧预挂膜快速排泥法还能够加快启动时间。但是, 厌氧生物处理技术同时也存在一定的不足, 例如出水不达标、控制复杂等等, 因此对其进行进一步改进, 解决这些不足将是厌氧处理技术进一步发展的方向。

3.2 氧化法

氧化法是通过强氧化性的化学试剂在催化剂的作用下将高浓度有机废水中的有机物进行氧化的一种水处理方法。氧化法主要包括Fenton试剂氧化法、超临界水氧化法、催化湿式氧化法和电化学氧化法。其中Fenton试剂氧化法的应用是最为广泛的, 它主要是利用双氧水和二价铁离子的混合物强大的氧化作用将废水中的有机物氧化与混凝而达到去除有机物的目的。另外, 电化学氧化是近些年来研究比较多的氧化技术, 它是通过高校催化的电极产生羟基集团, 氧化去除水中的污染物的一种处理技术。

3.3 好氧生物处理法

好氧生物处理法工艺一般应用在低浓度的有机废水处理中, 但是近些年来, 有人研制出能够处理高浓度有机废水的好氧生物处理工艺, 例如深井曝气和好氧流化床等。深井曝气法是英国皇家化学工业公司研究的工艺, 它增大了氧气与液膜的接触面积, 提高了氧气的利用率, 具有良好的处理效果。好氧生物流化床法是澳大利亚科学家开发的废水生物处理工艺, 其特点是反应器内填料的表面积大, 因此有效能高, 占地少, 并且投资少。我国目前对于好氧生物流化床生物处理技术还处于试验阶段, 工程应用并不多。

3.4 新物化法

新物化法是指在常温、常压下利用焦化废水中的污染物与药剂反应生成絮凝状物质, 在特制的反应器和沉浮塔中使废水得到快速净化并将污染物质以渣的形式去除的一种污水处理新技术。新物化法是一种高效、快速去除污水中有机物的方法, 主要应用于含酚、硫、及多换芳烃等高的焦化废水。安徽工业大学利用新物化法处理含有大量酚、氰、吡啶、喹啉等有毒物质的高浓度有机废水, 实验结果表明, 经新物化法处理的废水水质稳定, COD的平均去除率在百分之九十七左右, NH3-N的去除率在百分之九十五左右, 酚、氰的去除率均百分之九十八以上, 接近或者低于国家规定的出水标准, 效果十分显著。

4 结语

随着社会经济发展和工业化程度的提高, 工业废水排放量及污染物种类将不断增多, 单一的水处理技术不可能满足环境治理的需要。因此, 高浓度有机废水处理工艺的探索与开发将是一个十分重要的课题。笔者认为, 高浓度有机废水处理技术的研究和发展主要围绕以下几个方向: (1) 处理技术的联用; (2) 研发高效能、多功能、小型化的设备, 以便于操作组合; (3) 开发更经济, 更环保的新工艺、新产品适应环保发展的需要。

参考文献

[1]赵毅, 朱法华, 庞庚林等.高浓度有机废水处理技术[J].电力环境保护, 2003, 19 (3) :46-48.

[2]毛绍春, 姚文华, 方华等.高浓度有机废水处理技术的研究进展[J].云南化工, 2004, 31 (3) :27-32.

[3]王芳, 王增长, 侯安清.高浓度有机废水处理技术的应用研究[J].科技情报开放与经济, 2005, 15 (23) :139-141.

高浓度有机废水 篇5

内支撑结构MBR处理高浓度有机废水实验研究

摘要：采用新型内支撑结构板式MBR对高浓度有机废水进行处理,并分别对CODCr,氨氮以及出水色度等处理效果进行了评价.为保证MBR正常运行,系统采用UASB作为预处理手段.当UASB出水CODCr和NH+4-N分别为1 000~2 000 mg/L和50~300 mg/L时,MBR最终出水CODCr和NH+4-N分别为87.8~309.6 mg/L和8~38.4 mg/L,平均去除率分别达到86.41%和90.11%,处理效果良好.同时针对MBR出水色度的去除,试验采用活性炭吸附处理,可以有效地去除出水的色度.作 者：柴天 傅海燕 严滨 苏珍娜 林俊鹏 CHAI Tian FU Hai-yan YAN Bin SU Zhen-na LIN Jun-peng 作者单位：厦门理工学院环境工程系,福建,厦门,361024期 刊：厦门理工学院学报 Journal：JOURNAL OF XIAMEN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY年，卷(期)：,18(1)分类号：X703关键词：内支撑结构 板式膜生物反应器 有机废水处理

高浓度有机废水 篇6

关键词：生物材料,有机废水,COD去除率

1 引言

在高浓度有机废水的处理过程中,通常采用物理或化学方法进行预处理,以去除水中部分难生物降解的高分子有机污染物,从而减轻后续生物处理工艺的负荷[1]。对于选用吸附剂做预处理介质的情况,预处理选择吸附材料尤为重要。有的材料吸附效果好,但价格昂贵(如活性炭),难以推广应用,因此,开发高效低成本的吸附剂是吸附处理技术推广应用的关键[2,3,4,5]。废弃有机物经过生物发酵后,可转化成大量腐植酸,对废水中难分解的有机物有较好的去除效果[6]。如枯枝落叶等材料经生物发酵得到的产物,含有大量的纤维素、木质素等成分,对水中难生物降解有机物具有较好的滞留作用[7]。本试验利用有机废弃物的生物发酵制取生物吸附材料,设置不同的实验条件,对高浓度有机废水进行预处理,以期降低COD浓度,增加废水的可生化性,提高后续处理效果,为探索高浓度有机废水处理工艺提供理论参考。

2 材料与方法

2.1 试验材料

(1)生物吸附材料。

由泥炭土、餐厨垃圾、垃圾衍生燃料(由垃圾焚烧产物制得)、树皮、菇渣、枯枝落叶等,其中,餐厨垃圾、菇渣通及枯枝落叶均为经过生物发酵工艺制得的产物。

(2)高浓度有机废水。

取自城市垃圾压缩站的高浓度有机废水。由于原废水COD很高,本实验将其稀释数倍作为进水进行处理,处理前用纱布过滤掉悬浮物。稀释后的废水pH值为4～5,CODcr为1 198.4～3 326.40mg/L。

2.2 实验仪器与试剂

JB90-D型强力电动搅拌器;pHS-25型pH计;XJ-Ⅲ型COD消解炉;PB2002-N型电子天平;KXB-250A型生化培养箱;硫酸;硫酸亚铁(AR);重铬酸钾;硫代硫酸钠(AR)。

2.3 试验方法

在室温下(20℃),移取500mL水样于1L烧杯中,投加一定量的生物吸附材料,在一定pH条件下,用机械搅拌机在180r/min的转速下搅拌15min,静止一定时间,取液过滤,对滤液进行COD、BOD5的测定。

2.4 实验测定方法

COD:催化消解密封法;pH:pH计;BOD5:5日培养碘量法。

3 实验结果分析

3.1 生物吸附材料的选择

原水COD为1340mg/l,PH值为4.92,取4g过2mm筛的生物吸附材料泥炭土(c1)、餐厨垃圾(c2)、生活垃圾湿法分选系统有机物(c3)、椰壳树皮(c4)、菇渣(c5)、枯枝落叶(c6),加入到500mL废水中,处理结果见图1。

由图1可知,在相同条件下,各种生物吸附材料对废水COD的去除率不同,其中,以菇渣材料去除效果最好,去除率达到了30.85%。枯枝落叶材料对COD的去除率也有26.87%。泥炭土材料和树皮材料的COD去除率相当。生活垃圾湿法分选系统有机物生物吸附材料对COD的去除率最低,只有3.98%。故选择菇渣作为废水处理的生物吸附材料。

同时,对处理后的废水进行BOD5测定,结果如图2。从图2可以看出,废水经生物吸附材料处理后,BOD5/COD较处理前都有不同程度的增加,其中以椰壳树皮生物吸附材料处理后废水的BOD5/COD变化最大,其值为0.43,较原水提高了0.15。这主要是因为生物吸附材料中小分子有机物溶解到废水中,使得水中BOD5/COD的相对含量增加了。这说明废水经生物吸附材料处理后,可生化性增强,有利于废水的后续生化处理。

3.2 生物吸附材料用量对COD去除率的影响

原水COD为2448.00mg/l,在原水pH条件下,分别称取3、4、5、6、7g过2mm筛的菇渣吸附材料,加入到500mL废水中,处理结果见图3。

本试验采用的吸附材料本身是一种有机物,对增加废水COD浓度有一定的贡献。由图2可以看出,COD的去除率随着吸附材料用量的增加而增大,当用量大于5g时,COD的去除率有所下降,说明在用量为5g时,吸附材料的吸附能力已接近饱和,因此生物吸附材料的投加量以1%为宜。

3.3 不同粒径的生物吸附材料对COD去除率的影响

将菇渣分别过0.45mm、2mm、3mm的筛子,得到3种不同粒径的生物吸附材料对废水进行吸附试验,原水COD为2 544mg/l,在原水pH条件下,分别取5g 3种不同粒径吸附材料,加入到500mL废水中进行处理,结果表明粒径为0.45mm的COD去除率为9.43%;粒径为2mm时去除率为5.66%;粒径为3mm时去除率为3.77%。可以看出,粒径越小,对COD的去除效果越好,但实际处理中,为了便于吸附剂的沉淀分离以及操作方便,推荐以2mm粒径为宜。试验结果与上述结果相差较大,这可能是由于处理水样的COD浓度及pH值不一样造成的。

3.4 不同pH值对COD去除率的影响

取4份500mL的废水,用石灰分别将pH调节至原水、5、7、9,投加5g菇渣进行处理。吸附结果如图4所示。由图4可知,随着pH值的上升,COD的去除率有所下降,这可能是由于水中溶液中的氢离子影响了废水中难降解有机物的离子化和生物吸附材料表面的性能[8],从而有利于COD的去除。在原水pH值下,COD的去除率最高,为12.54%。

3.5 不同废水浓度对COD去除率的影响

将原废水稀释不同的比例,在不调节pH的情况下(pH值在4～5之间),投加5g过2mm的菇渣进行处理。测定COD。结果如图5所示。由图5可知,生物吸附材料对COD的去除率随原废水COD浓度的不同而有很大的变化。当原废水COD浓度在1 515.7mg/L时,COD去除率最高,达32.02%。

3.6 废水处理效果

选用上述最佳试验条件,即将废水稀释到1 500mg/L左右,移取500mL的废水,投加5g过2mm的菇渣,处理废水的结果如下表1所示。由表1可知,经试验条件优化,COD的去除率可达35.98%,处理后废水pH为6.42。

4 结语

生物吸附材料由有机废弃物经过发酵工艺制得,来源广,处理废水成本低廉,且能做到以废治废。对生物吸附材料处理废水的研究表明:菇渣材料对废水中COD的去除效果较其他几种生物吸附材料要好。在粒径为2mm,投加量为5g,处理COD浓度为1 478.40mg/L,pH值为4.92的废水,其COD去除率可达35.98%。生物吸附材料处理高浓度有机废水,能够提高废水可生化,有利于废水的后续生化处理。

参考文献

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高浓度有机废水 篇7

1 含氨污水特性及处理难点

含氨污水的处理难度较大, 处理的成本也相对较高。这是由于:虽然污水中COD较易处理, COD/BOD比值>0.4, 且处理成本低, 反应快, 好氧异养菌即可完成。而NH3-N则不容易处理, 以生化反应式表示:

从这一生化反应式的过程来看, 在好氧条件下, 好氧型亚硝酸菌和NH4+作用, 生成NO2-, 再与好氧型硝化菌反应生成NO3-, 同时补加碱度, 完成硝化除NH4反应。再由缺氧型异养菌和NO3-作用, 发生反硝化反应, 生成无害的N2, 最终完成除氨反应。目前除NH3-N工艺 (如A/O、MBR) 对反硝化效果不好, TN脱去率不达标。本工艺可保证出水TN<30mg/L。

除氨反应环节多, 需要大量菌种外。亚硝酸、硝酸菌生长的周期长, 但占用的总菌群数量不多 (5%) 。

硝化反应所消耗的氧较多, 其耗氧量是COD约4.54倍, 在硝化反应的过程中还会消耗大量的碱度 (1mg NH4+耗碱度7.14mg/L) , 在反硝化的过程中需要添加有机碳, 这样一来, 又会进一步地增加了含氨污水的处理成本。

2 A/SBR工艺流程

A/SBR工艺是A/O工艺和SBR工艺的组合[1]。污水经汇集管道汇集后, 经格栅去除飘浮物、悬浮物等杂质后自流入酸化池。内设推流、沉淀区, 出水由提升泵送出。将污水提升入前置反硝化A池, 含氨污水在池内经过搅拌机搅拌与SBR池回流液混合, 将从SBR池回流液中的NO2-和NO3-利用来水中的COD进行反硝化, COD、NO3-和NO2-除去大部分。若来水C/N过小, 需补加碳源。A池的出水自流入SBR池, 通过好氧和兼氧微生物的作用, 在好氧阶段将废水中的COD、NH4-N等污染物分解、转化为H2O、CO2、NO2-、NO3-等物质, 此时应根据实际情况补加碳酸钠;在兼氧阶段将NO2-、NO3-转化为N2, 大幅度去除废水中COD和NH4-N, 此时应根据实际情况补加碳源。SBR出水通过滗水器进入缓冲池, SBR池出水各项污染指标达到规定的排放标准。缓冲池内设一级提升泵两台, 将污水提升入生物过滤器, 残余COD被生物滤料截留, 反洗污水再送回A池。出水残COD超标时, 加入除COD药剂, 经过滤去除。过滤器出水达标送入外排地沟。

3污水来源及水质分析

×××公司利用毛发提取氨基酸产品。生产中使用不少化学品, 产生高浓度污水, 进水水质及出水排放指标见表1。

单位:mg/L

4 A/SBR工艺特点

短程硝化先进工艺匹配新型生化组合池A/SBR是一种强强组合工艺, 具有投资省、占地小、运行费用低、出水水质好、耐负荷冲击的最佳组合工艺。优点是:

(1) 短程硝化效果好, 处理成本低。 (2) 设置缺氧酸化池SBR好氧配套组合工艺, 一池多功能。一是有酸化池分解大分子COD为小分子COD功能, 利于对难生化COD去除, 保证出水COD≤100;二是作为前置反硝化用。充分利用来水中COD进行反硝化降TN, 可减少碳源用量40%;三是利用反硝化产生碱度, 减少后步硝化反应加碱量30%;四是缩短了整体生化时间。硝化—反硝化同步进行。对降建设成本和运行成本作用重大。 (3) SBR工艺为序列式运行, 进水、曝气、沉淀滗水、排泥、待机多工序一池完成, 省却二沉池和污泥循环, 投资省, 抗负荷冲击强, TN脱除率高, 自动化程度高, 因SBR对进水有几十倍的“稀释”能力, 即使进水NH4-N由400mg/L短时间升至1000mg/L, 一样不影响对NH4-N处理, 只需调整运行参数即可。 (4) 出水水质任意调整, 以NH4-N为例, 如现阶段出水标准为<15mg/L, 等一段时间又要求降为≤5mg/L, 只需调整一下各阶段工况即可, 几乎不要进行设备增加或改动, 这是其它工艺无法实现的优点。进出水质变动在化工厂污水是最常见的, 本工艺解决了企业污水因变动造成不合格的处理难题。 (5) 易实现自动化操作控制。

5 结语

综上, 本工艺因是SBR法, 易实现自动控制与操作自动化, 并设置了手动、远程及自控三种操作条件, 任由企业根据自身实际情况进行选择。该工艺具有节省人力、物力, 处理效果稳定等优势, 前景十分广阔, 是一项十分值得推广的应用技术。

参考文献

高浓度有机废水 篇8

1 4种高浓度有机废水处理技术

1.1 物理处理技术

高浓度有机废水物理处理技术指的是应用物理作用对废水的成分做出改变, 例如沉降、过滤、气浮等方法, 是废水处理流程中发展较为成熟的处理技术。其中, 膜过滤技术具有高效、低能耗的特点, 对于处理高浓度有机废水具有良好的处理效果, 且操作起来较为简单。与传统的水处理方法相比, 这种液体分离技术还具有其他特点, 例如节能性、设备简单、操作便捷等。它还可以用来实现废水的循环利用, 或高浓度废水中金属和有机物的回收利用。膜过滤的很多优点使得该项技术在低浓度废水处理领域和高浓度有机废水处理领域得到了广泛的应用, 发展前景广阔。

1.2 生物处理技术

高浓度有机废水生物处理技术指的是利用微生物等细菌的代谢作用, 对废水中可溶性的有机物和一部分不可溶性的有机物进行氧化、分解和吸附, 并转化成不具危害的稳定物质, 从而净化水质。现代化的生物技术处理方法较多, 主要有好氧生物氧化、兼氧生物降解和厌氧硝化降解, 这几种应用较为普遍。反应器是用来降解微生物的设备, 不同的方法需要使用不同的反应器。具体有两种降解方法, 即好氧活性污泥法和好氧生物膜法。

好氧生物处理技术和厌氧生物处理技术是根据微生物的营养方式划分的。好氧活性污泥法和好氧生物膜法都是好氧生物处理技术的具体方法, 厌氧生物处理技术历经三代。排除上述两种较为传统的处理工艺, 还有很多其他的高浓度有机废水生物处理技术, 例如酶生物处理技术和发酵工程。好氧活性污泥法可以降低有机物的毒性, 通过培养、改性、调节和变异手段培养能分解难生物降解有机物的微生物。好氧活性污泥法较为传统, 技术也较成熟, 实施起来简单、便捷, 这种方法已经被广泛地应用于老式的污水处理厂和具有高浓度废水排放需求的工厂;而发酵工程法则是通过微生物在无氧或有氧条件下所进行的生命活动, 制备微生物菌体或微生物菌体的代谢产物, 发酵工程法主要用于去除高浓度工业废水中所富含的氮磷营养物质, 所使用的技术有同时硝化和反硝化技术。然而, 将生物处理技术用于处理高浓度有机废水还存在一些弊端和限制, 这种方法有着特定的使用条件——当有机物浓度是中低水平条件时, 才可以使用此种方法, 而针对浓度很高的焦化废水, 富含油、氨和酚等有机物的废水则需要首先对其进行稀释处理和前处理。

1.3 化学处理技术

高浓度有机废水化学处理技术指的是应用化学原理和化学作用把废水中的污染物成分转化成无害的物质, 从而净化废水。化学处理技术的单元过程有中和、沉淀、氧化和还原等。其中, 催化和氧化技术是常见的技术, 化学氧化法是指利用臭氧、氯和氧化合物等氧化剂去除废水中的有机污染物。例如, 电化学法和催化氧化法等都是化学处理技术, 而湿式催化氧化法在20世纪90年代就已经达到了工业水平。湿式催化氧化法, 英文简称WACO, 是以加入催化剂的方法来降低反应能力, 使得反应可以在比较温和的环境下和短时间内完成的一种方法。它可以用于治理染料、农药和化石工业中产生的含有高浓度COD或高浓度难生物降解化合物的有机废水, 是用于处理高浓度降解废水最为有效的方法之一。

1.4 物化处理技术

物化处理技术, 即物理化学处理技术, 目的是要通过相转移的变化在废水污染物处理过程中所达到的, 包括萃取、吸附、膜技术和离子交换等单元操作。下面以萃取单元操作中的“酸化-萃取法”为例, 简单介绍高浓度有机废水物化处理技术中的物化处理技术。该方法是将水样和与水不相溶的有机溶剂进行混合振荡, 各异的物质在不一的溶剂中有着不同的分配系数, 部分组分进入到有机相中, 其余则保留在水相之中, 之后做静置分离, 达到分离和富集。极性化合物容易溶解到极性溶剂中, 而非极性化合物则容易溶解到非极性溶剂中, 我们把这一规律称为“相似相溶原则”。酸化-萃取法是借用浓硫酸酸化废水, 使有机酸纳有所变化并转化成有机酸, 之后用萃取剂萃取废水中的有机物, 并对萃取相进行回收, 然后再排入污水系统中。

四类处理技术方法的优缺点汇总如表1所示。

2 高浓度有机废水处理技术的发展前景

随着仿生技术的不断发展, 未来生物膜技术会得到更广泛的应用, 因此在处理高浓度废水领域, 膜技术的发展必然会促进污水处理工艺的发展。受浓度的限制, 传统的生物处理技术在高浓度有机废水的处理领域不具备理想的效果, 针对这一点, 高浓度的有机废水需要首先经过微生物处理, 因而合适的微生物将是今后生物处理技术领域研究的方向。而WACO是迄今为止最为有效的高浓度有机废水的处理方法, 但目前只有少数发达国家拥有该项技术。20世纪90年代后期, 我国开始研究湿式催化氧化法, 然而只有少数高校和研究机构能够达到湿式催化氧化法工业的应用水平, 所以, 我国将会把WCAO作为高浓度有机废水处理技术领域的主要研究对象。利用萃取法治理高浓度有机废水需要研究合适的萃取剂和配置比例, 这是萃取法技术发展的必要条件。

3 结束语

经济的发展和社会的进步使高浓度有机废水污染物的种类和排放量不断增多, 无论使用哪一种处理技术都存在一定的不足之处, 因此使用单一的污水处理技术无法解决高要求的污水处理问题, 而混合式处理工艺的研究和新工艺的研发将会是今后污水处理技术重点研究的对象。我国在高浓度有机废水处理技术方面的研发尚处于落后的状态, 需要投入更多的科研力量去开发和研究此项技术, 以满足我国经济发展和社会进步的需求。参考文献

摘要：从多种处理角度对高浓度有机废水的处理技术展开研究论述工作, 分别对不同工艺的具体应用情况、优势、缺点和研究现状进行论述, 探讨高浓度有机废水处理技术的现状和发展趋势, 并提出适应今后高浓度有机废水处理的新工艺。

关键词：高浓度有机废水,处理技术,微生物,发酵工程

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高浓度有机废水 篇9

1 SO42-浓度

SRB处理硫酸盐废水时, SO42-的进水负荷一定要把握好, SO42-对微生物有毒性作用, SO42-浓度过高会影响SRB与MPB (产甲烷菌) 的生长和繁殖, 导致SO42-还原率和COD的去除率下降。选择适中的启动负荷, 再逐步提高SO42-浓度, 一旦微生物适应新的生存环境, SO42-还原率和COD的去除率都会逐渐回升。

李清雪等[1]采用厌氧折流板反应器处理高浓度有机废水。结果表明:过高的硫化物浓度对MPB和SRB都有严重的抑制作用, 用折流板反应器SRB法处理高浓度有机废水时, 进水SO42-浓度极限值为2 000mg/L左右, 然而低硫酸盐负荷启动方式会使MPB取得相对优势, SO42-还原对厌氧过程处理影响较小。所以硫酸盐的启动负荷不能过低。硫酸盐的启动负荷一般为200mg/L~500mg/L为宜。

2 COD/SO42-

由于SRB属于异养型微生物, 所以在SRB法处理硫酸盐废水过程中, 需要添加一定量的碳源。当COD/SO42-比较低时, 碳源不足, SRB无法完全将SO42-全部转化为硫化物, SO42-去除率比较低。SRB和MPB存在基质竞争, 当COD/SO42-过高时, 不利于SRB在基质竞争中取得优势, SO42-还原率依旧不高。根据动力学和热力学的原理, COD/SO42-理论值为0.67, 碳源全部被SRB优先利用, 但实际上并不是所有的碳源都能被SRB优先利用。李清雪等[2]用ABR法处理高浓度硫酸盐有机废水时发现, 当COD/SO42-值减小到2时反应器发生酸化, 运行失败。经李清雪、王志强等人[1,3]实验验证表明COD/SO42-最佳取值范围为3.3~10, 如此能保证高效的去除COD和SO42-, 使它们的去除效率均能达到90%以上。

3 p H

p H值是SRB处理硫酸盐废水的重要影响因素之一, 微生物的生长需要合适的p H环境, MPB对p H的要求很严格, 适宜的p H范围为6.8~7.8。产酸细菌对p H的耐受范围较宽, 其适宜的p H范围为4.5~8.0。SRB的最适p H值在中性范围内, p H低于6.0的条件下SRB一般将散失活性。经研究表明[4,5], 中性偏碱的p H值可以使硫酸盐还原菌维持较高的生物活性, 有利于SO42-的去除。p H在6.5~7.5为SRB的合适生存范围, 在两相厌氧处理工艺中p H为6.8时硫酸盐的还原效果较佳, 具体的情况视反应器而定。

4 碱度

SRB处理硫酸盐废水过程中, 主要的微生物有SRB、MPB、AB (产酸菌) 的存在。碱度能提高反应系统的酸碱平衡, 中和AB代谢所产生的酸性末端, 使p H维持在生物生长代谢所需要的适宜p H值范围内。实验证明较高的碱度可以提高SO42-去除率。因此, 可以向反应器中投加适量的Na HCO3和Na2CO3以维持较高的碱度, 起到缓冲系统酸碱度的作用。

5 硫化物

硫酸盐废水中的SO42-被还原成硫化物, 以H2S和S2-的形式存在。硫化物具有毒性, 对SRB、MPB等细菌的生长均具有抑制作用。研究表明, SRB对硫化物的毒性非常敏感。Reis等[6]采用非竞争性抑制作用模式得出H2S的抑制浓度为547mg/L。而H2S对MPB的抑制作用会使甲烷的产量减少, 增加沼气回收利用的难度。

SRB法处理硫酸盐废水过程中不断有H2S和S2-产生。为了减少和消除它们对SRB和MPB的毒害, 常用惰性气体吹脱和出水回流等方法及时排出硫化氢气体。

6 反应器

SRB处理硫酸盐废水常见的两个工艺是单相厌氧工艺和两相厌氧工艺。

单相厌氧处理工艺一般会在系统中安装惰性气体吹脱装置, 将H2S不断地从反应器中吹脱出来, 以减轻其对SRB和MPB的抑制作用。但是单相吹脱厌氧工艺并没有将H2S全部吹出, 仍有相当一部分H2S存在于反应器中, 抑制SRB和MPB的生长。两相厌氧反应器是由产酸反应器和产甲烷反应器串联而成, 硫酸盐还原反应主要是在产酸反应器中完成, 这就避免了SRB和MPB的基质竞争, 保证了甲烷的产量, 便于甲烷的回收利用。而H2S对AB的影响较小, 不会影响产酸过程, 而且SRB可以代谢酸性发酵的中间产物, 在一定程度上可以促进有机物的产酸分解。产酸反应器处于弱酸状态, 硫酸盐的还原产物大部分以H2S的形式存在, 便于用惰性气体吹脱。

两相厌氧处理工艺弥补了单相厌氧处理工艺的不足, 提高了硫酸盐的还原效率, 使用更为广泛。

7 结论

除了上述影响因素外, 还有温度、氧化还原电位、可见光、HRT等均会影响SRB处理硫酸盐废水。在进行科学研究和生产运行时, 各种因素必须考虑周全, 无论使用何种反应器都应在适宜的条件下运行。

摘要：部分工业生产过程中会产生高浓度硫酸盐废水, 近十几年研究的比较多的是用SRB处理高浓度有机废水。本文对利用硫酸盐还原菌 (SRB) 将SO42-还原成硫化物过程中的影响因子, 包括SO42-浓度、pH、碱度、COD/SO42-、硫化物、反应器等对还原效率的影响进行了论述。

关键词：硫酸盐还原菌,产甲烷菌,还原

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高浓度有机废水 篇10

关键词：臭氧化技术,有机废水,应用

1 臭氧化技术在高浓度有机废水处理中的优点

典型的臭氧化废水处理工艺相比传统的废水处理工艺相比有着如下的优点:(1)臭氧化工艺由多段臭氧化串联,系统内整体呈推流形式,无需硝化液内回流,降低了工艺的运行成本。有研究显示,在污泥回流比为0.5的条件下,臭氧化工艺无需硝化液回流就能去除85%以上的总氮,但传统的臭氧化工艺只能达到40%的脱氮率。而传统的臭氧化工艺如要获得80%的脱氮率,需要50%的污泥回流比和350%的硝化液回流比。(2)回流污泥直接进入首段的缺氧段,进水按比例分配进入各级缺氧段,稀释作用被延迟,系统中形成污泥浓度梯度。与传统臭氧化工艺相比,在不增加污泥回流量和二沉池负荷的条件下,增加了系统中的平均污泥浓度以及较长的固体停留时间(SRT),提高了单位池容的处理能力,因此能够节省池容,降低基建投资成本。(3)原水分段从缺氧段进入系统,为反硝化反应提供碳源,同时原水中有机碳在缺氧段被有效降解后进入臭氧段,可以抑制臭氧区内增殖速率大的异养菌的生长,给属于化能自养型臭氧细菌的硝化菌提供良好的生长环境。另外,缺氧段和臭氧段的交替,可以使系统内的碱度互补,能够减少或者无需额外投加碱度即可使系统内满足正常的酸碱平衡。(4)系统内有机底物沿程分布,系统负荷均衡。

2 臭氧化工艺在有机废水处理中的影响因素

(1)分段数及进水流量分配。分段数对系统的脱氮效率有直接的影响,理论上系统的分段数越多,总氮去除率越高,同时工艺设计和实际运行操作也更为复杂,因此工程设计中一般不超过4段。进水流量分配也是臭氧化工艺脱氮率的重要影响因素,其不仅影响着系统各臭氧段的硝化负荷,还影响着各缺氧段的反硝化碳源充足与否。如高氨氮进水负荷时,遵循等负荷流量分配原则,可以给硝化菌提供良好的生长环境,保证出水氨氮达标;按照最优流量分配系数的方法,则可将进水碳源最大程度用于反硝化,达到高效脱氮的目的;针对水力负荷突然加大的情况,为防止污泥被冲刷流失,可以加大末端进水。(2)进水碳氮比。进水碳氮比(COD/TKN)是影响臭氧化废水处理工艺的脱氮率重要因素,其决定缺氧区的反硝化所需的电子供体数量,适宜的碳氮比可以提高系统的脱氮率,同时也对进水流量分配、缺氧段和臭氧段的容积比起决定作用。(3)溶解氧。由于臭氧化脱氮工艺的结构特点,缺氧和臭氧频繁交替,因此需要考虑污水由臭氧段进入缺氧段时溶解氧(DO)的携带问题。在满足硝化反应和有机物降解的情况下,应该最大程度降低曝气量以减少进入缺氧段的硝化液中DO携带量,为反硝化提供良好的缺氧环境,同时可以减少缺氧区内的可快速降解有机碳源被氧化消耗,达到碳源的高效利用。(4)缺氧段与臭氧段的容积比。臭氧化脱氮工艺中,各段臭氧区硝化反应的氨氮来源是本段缺氧区的进水,硝化液直接进入下一段缺氧区进行反硝化。因此,臭氧段的容积应该与本段的进水水量及进水的碳氮比相关,且各级缺氧区的反硝化能力应满足由上一级臭氧区产生的硝态氮负荷,才能保TN能最大程度被去除。

3 臭氧化技术在高浓度有机废水处理中的应用

1977年,Cooper等首先开展了臭氧化废水处理工艺的实验室研究。在1980年Miyaji等采用臭氧化工艺处理粪便废水,总氮去除率可达90%。至1983年,世界上第一座采用臭氧化工艺的污水处理厂投入运行。臭氧化工艺相比传统废水处理工艺具有很多优点,但工艺要实现最佳控制及达到最优处理效果都比较复杂,因此,近年来国内外的学者针对臭氧化脱氮工艺展开了广泛的研究。Zhu等人采用稳态的数学模型研究各段容积和进水流量分配系数对四段式分段臭氧化废水处理工艺出水TN的影响,试验期间TN的去除率可高达90%以上,出水TN低于5mg/L,且稳态模型预测结果与实测数据具有良好的相关性。Tang等根据缺氧池内BOD和硝态氮的量恰好完全反硝化的原则进行流量分配,通过物料守恒原理计算出臭氧化工艺相邻两段进水流量之间的关系及系统最大理论脱氮率的关系式,并由关系式发现,当系统分段数超过4段时,系统的脱氮效率提升不明显。Wang等人四段式臭氧化工艺针对实际生活污水展开中试研究,当污泥回流比为50%,水力停留时间为9h,SRT为20d,进水采用等流量分配,系统对COD、NH4+-N、TN和TP的去除效率分别达到了89.5%、97.8%、73%和75%。Vaiopoulou, Ge, Peng等人采用臭氧化与UCT工艺相结合,研究该组合工艺在不同的流量分配系数下对COD、TN和TP的去除效率,得到较高的污染物去除率,同时还发现这种组合工艺在处理低C/N比污水时具有明显优势。Xu等人采用臭氧化工艺对徐州市污水处理厂进行改建,明显改善出水水质。Filos等人在纽约的塔尔曼岛污水处理厂采用原位试验研究了臭氧化工艺的实际运行情况。Boyle等人针对新西兰奥克兰市的芒哲雷污水处理厂出水TN超标的问题,在原有臭氧化工艺基础上增加内循环系统,改造后大多数情况下出水TN浓度能满足达标排放的要求。Kayser等人对德国沃尔夫斯堡的污水处理厂进行调查,该厂采用三段进水臭氧化废水处理工艺,在进水BOD/TKN为5时,出水的总氮浓度可以保持在10mg/L以下。

结语

臭氧化法是一项新兴的高级氧化水处理技术。因此,进一步提高臭氧的利用效率和氧化能力是当前要解决的关键性问题。随着对臭氧氧化反应机理研究的深入和高效低耗新型臭氧发生装置技术的开发,臭氧化技术在水处理领域必将得到更加广泛的应用。

参考文献