臭氧曝气生物滤池深度处理组合工艺研究李魁晓

48水工业市场2010年第5期北京是一个严重缺水的城市，水资源短缺已经成为制约北京经济协调发展的重要因素之一。污水再生利用是解决水资源短缺问题的有效途径，也是满足水资源可持续利用重大需求的有力保障[1]。开发经济有效的深度处理工艺，对再生水中的污染物进行有效的去除，并对工艺全过程进行评价，对保证人体健康安全和生态环境安全具有重要意义。传统的深度处理方法包括：混凝/沉淀/过滤、膜过滤、曝气生物滤池(BAF)、臭氧氧化等[2~9]。混凝/沉淀/过滤法难以有效去除呈高分散系(粒径为0.05~1.5nm)的有机物；膜过滤法的投资和运行费用均较高，且一旦堵塞清洗困难；曝气生物滤池虽然高效，但无法去除难生物降解有机物；单独臭氧化的费用较高，且臭氧氧化只能将大部分大分子有机物氧化为小分子有机物，而不能将有机物彻底去除。城市污水中含有的PPCPs等污染物，经二级生化处理后仍有残留，简单的过滤很难将此类物质去除，故不宜采用膜过滤法作为深度处理工艺；同时考虑到水质要求，混凝/沉淀/过滤工艺无法使出水水质达到回用水的水质要求。本研究采用臭氧－曝气生物滤池组合工艺对某城市污水厂二级生化处理出水进行深度处理，利用臭氧预氧化去除色度、浊度和部分COD，并提高废水的可生化性，后续采用占地面积小、出水水质好、不会发生污泥膨胀的BAF[10]，以期在较低的处理费用下获得合格的回用水质。一、实验装置和方法1、试验装置试验装置如图1所示。臭氧发生器为青岛国林CF-G-2-500G型号，产气量为500g/h，出气口浓度为20~30g/m3，通过微孔曝气板进行曝气。臭氧反应塔尺寸为Φ1000*7000，容积为4.8m3,水流量为20t/h。上流式臭氧-曝气生物滤池深度处理组合工艺研究文/李魁晓1　杜婧茹2　刘辉　张静慧1　周军1　甘一萍1（1北京城市排水集团有限责任公司科技研发中心；2北京科技大学土木与环境工程学院）　　摘要：采用臭氧-曝气生物滤池(Biologicalaeratedfilter,BAF)工艺对某城市污水处理厂二级生化处理出水进行深度处理。结果表明，在进水COD25~35mg/L、色度为15~30、浊度约为8NTU的条件下，当臭氧投加量为5~6mg/L、BAF的水力停留时间为1~1.5h时，出水COD30mg/L、色度5、浊度1NTU，出水水质可满足生产工艺对回用水的水质要求。　　　关键词：二级出水　深度处理　臭氧　曝气生物滤池图1　试验装置示意图技术与应用水工业市场2010年第5期曝气生物滤池尺寸为1000mm×1800mm×4000mm,填料选用粒径为2~5mm的膨胀粘土。2、进水水质臭氧氧化－曝气生物滤池工艺进水水质如表1所示。3、分析方法在本研究中，水质分析方法参照中国国家环境保护总局编写的《水和废水监测分析方法（第四版）》标准分析方法。臭氧反应器进气臭氧浓度由紫外臭氧检测器测定，反应器出口浓度采用碘量法，臭氧消耗量为进气浓度与尾气浓度及水中残余浓度之差。二、结果与讨论1、臭氧氧化过程对COD的去除臭氧对污水厂二级出水的CODMn的去除效果见图2，随着臭氧投加量由2mg/L增加到10mg/L时，CODMn的去除率逐渐上升，臭氧能将部分结构复杂有机物氧化为结构相对简单的有机物，但不能将其完全矿化，从而减少了COD检测过程中氧化剂的使用量。投量为4mg/L时，臭氧对COD的去除率为33.9%，当投加量增加到6mg/L之后，去除率稳定在40%左右，不再增加。2、臭氧对UV254的去除紫外消光度UV254是反映水中能吸收紫外光的有机物的一个综合指标。水中不少的有机物在254nm处都有一定的吸收值，如含不饱和键的有机物、含氮有机物等。一般认为UV254代表带有不饱和双键和苯环的有机物，它们对紫外光有较强的吸收。由于臭氧优先攻击不饱和键，因而臭氧对UV254具有较好的去除效果，当臭氧投加量增大时，UV254的去除率也随之增大。由于UV254表征的主要是芳香化合物或含有不饱和键类有机物，而臭氧的强氧化性较易使这类物质其具有的不饱和键断裂，故臭氧投加量对UV254去除效果有明显的影响。如图3所示，6mg/L的臭氧即可去除50%的UV254，继续增加臭氧投量，UV254去除率趋于平缓，这说明当臭氧投加量在6mg/L时水中可被氧化的芳香族化合物或含有不饱和键类有机物基本已经反应完全。但这并不意味着大分子有机物已经完全矿化。氧的氧化能力虽然比氯强，氧化程度却很难达到完全矿化，过程中对紫外光有强吸收性的大分子往往被氧化成小分子。3、对色度的去除水的色度主要由溶解性有机物、悬浮胶体、铁锰和颗粒物引起，其中光吸收和散射引起的表色较易去除，溶解性有机物引起的真色较难去除。致色有机物的项目昀小值昀大值平均值CODcr(mg/L)29.646.634.01BOD(mg/L)7.4211.98.92NH4+-N(mg/L)0.3382.721.25NO2--N(mg/L)00.230.17NO3--N(mg/L)20.424.422.64TN(mg/L)22.427.925.1PO4--P(mg/L)0.130.7950.37表1　臭氧化-曝气生物滤池工艺进水水质图2　臭氧投加量与CODMn去除效果的关系图3　臭氧投加量与UV吸收变化的关系图4　臭氧投加量与色度去除效果的关系图5　臭氧投加量与污水可生化性的关系50水工业市场2010年第5期特征结构是带双键和芳香环，代表物是腐殖酸和富里酸。臭氧氧化脱色效果如图4示，结果表明，臭氧对色度有显著的去除效果，2mg/L的臭氧量可去除75%的色度，并将色度降至5mg/L，继续增加臭氧的投加量，色度的降低趋缓。再继续增加臭氧投加量和延长接触反应时间对于脱色来说已经没有意义。这是由于臭氧氧化改变或破坏了致色物质发色基团和助色基团达到脱色的效果。4、对污水可生化性的影响在污水中，存在着各种有机物和无机物，大部分为有机物，部分为无机物，被微生物作为营养加以利用，使微生物获得需要的能量和合成新的细胞，这些被微生物利用的物质称为底物。底物降解在污水处理中具有十分重要的意义，如果污水中的底物是可降解的，说明该污水采用生物处理法进行无害化处理是可行的。评价污水处理的可生化性有很多方法，昀简单的方法是用BOD5、CODCr之间关系简单评价。BOD5与CODCr是污水处理中昀基本的指标，BOD简称生化需氧量，可间接地反映能为微生物分解的有机物的总量，BOD5为5天的生化需氧量；COD简称化学需氧量，它是在高温有机催化剂及强酸环境下，强氧化剂氧化有机物所消耗的氧的量，所用的氧化剂为重铬酸钾，记作CODCr。由于这个反应不受有机物是否能为微生物分解的影响，能够氧化微生物无法分解氧化的有机物，所以CODCr比BOD5值高。臭氧氧化对水中有机物可生化性的影响如图5所示，二级处理出水经过传统生物处理后BOD5值较低，为4－6mg/L，大量的研究结果表明，具有饱和结构的有机物容易升华降解，而具有非饱和构造的有机物不易生化降解。臭氧氧化优先攻击不饱和键导致水中具有紫外消光性的物质显著减少，此外臭氧将大分子氧化成结构相对简单的小分子醛类和羧酸类物质，从而提高了出水的可生化性。BOD5/CODCr昀初的0.12增大到0.19，在投量为10的时候达到0.24，表明可生化性得到显著提高，继续增加臭氧投加量可生化性不再发生明显变化。继续增加臭氧投加量导致BOD5呈现缓慢下降的趋势，这可能是由于臭氧氧化过程中产生的易被生物代谢的小分子有机物在过量臭氧存在的条件下被进一步的氧化矿化，导致BOD5出现下降。5、组合工艺对有机物(COD)的去除在BAF之前增加预臭氧工艺，以强化对有机物的去除效果。组合工艺对CODMn的去除如图6所示。臭氧氧化对CODMn的去除率约为25.8±6.3%，BAF对CODMn的去除率约为20.9±8.7%。可知，增加预臭氧工艺之后，可以显著的提高有机物的去除率。作为再生水水质的关键指标，联合工艺对色度具有良好的去除效果，进水色度25－40，出水色度维持在5度以下。对色的的去除主要是臭氧单元的作用。三、结论1、臭氧氧化能有效去除水的CODMn、UV254和色度，投量为6mg/L时，CODMn、UV254和色度去除率分别为33.9%、50%和75%。2、臭氧氧化能显著增加BOD5/DOC比值，提高有机物的可生化性，有利于后续生物处理。6mg/L的臭氧可将二级出水的BOD5由3.6mg/L提高到4.8mg/L，BOD5/CODCr昀初的0.12增大到0.19，在投量为10的时候达到0.24，表明可生化性得到提高，继续增加臭氧投加量可生化性不再发生明显变化。3、臭氧+曝气生物滤池+砂滤池组合工艺（下转第73页）图6　臭氧+BAF+砂滤联合工艺对CODMn的去除效果期增加水体中溶解氧的浓度有助于提高微生物对水中有机物的降解，从而抑制藻类的生长，提高水体的自净能力。这种方法也就是水处理中所谓的曝气。考虑到水库的占地面积大，大规模的生物曝气不太可能。可以在水库出水口附近的一定范围内实现曝气。曝气区到水库出水口的距离，可通过计算该段的水体流到出水口的时间（至少30分钟）来确定，以确保活性污泥有足够的时间沉降，保证净化的水通过输水管道流到水厂。曝气方法还可以通过增加水体的扰动度来提高水体的溶解氧含量。这种通过加强水体的自净能力脱除藻类的方法避免了投加化学品带来的各种负面影响，同时加强了水体的自净能力。所需设备仅仅是气泵或鼓风机类的曝气装置，无论对水厂工艺设备还是对水库或水质都没有任何副作用。五、结论通过分析藻类生长旺盛的各种水质参数的变化，从各种除藻的方法中得出：在无法实现水库底泥清除的情况下，利用水体的现有资源，采用生物处理方法，充分发挥水体的自净能力为昀佳的除藻方法。参考文献[1]Uhlmann.Hydrobiology.Wiley,Chichester(UK).Jan1980:33[2]梁文艳，曲久辉.饮用水处理中藻类去除方法的研究进展.应用与环境生物学报，2004，10（4）：502-506[3]甑树聪.包头市某引黄给水厂冬季出厂水异臭味去除研究.西安建筑科技大学学位论文：17[4]甑树聪.包头市某引黄给水厂冬季出厂水异臭味去除研究.西安建筑科技大学学位论文：56作者简介及联系方式张岩蓉(1967年10月)，硕士高级工程师。电话：[phone]邮箱：[e-mail]（上接第50页）可以有效的降低出水的有机物和浊度。运行稳定时，工艺对CODMn的去除率为28%；对于较高氨氮浓度的二级出水，其氨氮的去除率可达90%以上；出水浊度基本稳定在3NTU以下。在臭氧氧化和生物处理组合工艺中，考虑到臭氧氧化的目标和经济运行费用，臭氧氧化昀佳设计运行参数建议为臭氧消耗量6mg/L，臭氧接触氧化时间5~10min。参考文献[1]郑兴灿.城市污水处理的发展趋势与科学决策.建设科技（建设部）,2006,17,14-15.[2]姜应和,张发根.混凝法在城市污水强化处理中的应用[J].中国给水排水,2002,18(3):30-32.[3]仇付国,王晓昌,纪海霞.城市污水超滤再生处理效果及安全性评价[J].环境污染治理技术与设备,2004,5(2):56-59.[4]YasumotoMagara,ShoichiKunikane,MasakiItoh.Advancedmembranetechnologyforapplicationtowatertreatment[J].WaterSciTechno,l1998,37(10):91-99.[5]Rit