臭氧预处理絮凝沉淀BAF组合工艺在二级生化处理出水深度处理的应用

2014年第33卷第6期CHEMICALINDUSTRYANDENGINEERINGPROGRESS·1601·化工进展臭氧预处理+絮凝沉淀+BAF组合工艺在二级生化处理出水深度处理的应用陈建发1，林诚2，刘福权3，陈艺敏1，黄慧珍1（1漳州职业技术学院食品与生物工程系，福建漳州363000；2福州大学化工学院，福建福州353000；3福州江阴工业区污水处理厂，福建福州353000）摘要：针对抗生素类工业废水难处理特点，特别是混合工业废水经二级生化处理后的尾水具有很难生化的特质，因此对二级生化处理后的尾水采用“臭氧预处理+絮凝沉淀+BAF”组合工艺进行深度处理。结果表明：依靠单纯BAF工艺处理COD去除效率平均仅为4.7%，无法达标，必须经臭氧氧化作用改变废水中某些有机物的结构和特性，使其发生开环、断链，才能进一步生物降解；臭氧预处理有效提高了二级生化出水的可生化性，且臭氧对BOD5处理效率随臭氧投加量的增加而提高，臭氧最佳投加量为20mg/L；该组合工艺对COD、NH3-N和TP的平均去除效率为40.7%、34.4%和79.1%，出水COD、NH3-N和TP等指标均能达到《污水综合排放标准》（GB8978—1996）的一级排放标准。该组合工艺为难生物降解的抗生素类制药为主的混合工业废水二级出水的深度处理提供了新途径。关键词：臭氧预处理；絮凝沉淀；曝气生物滤池；抗生素；二级生化出水；深度处理中图分类号：X703.1文献标志码：A文章编号：1000–6613（2014）06–1601–06DOI：10.3969/j.issn.1000-6613.2014.06.041Applicationoftheozonepretreatment+flocculation+BAFcombinedprocessinadvancedeffluenttreatmentaftersecondarybiochemicaltreatmentCHENJianfa1，LINCheng2，LIUFuquan3，CHENYimin1，HUANGHuizhen1（1DepartmentofFoodandBiotechnology，ZhangzhouInstituteofTechnology，Zhangzhou363000，Fujian，China；2CollegeofChemistryandChemicalEngineering，FuzhouUniversity，Fuzhou353000，Fujian，China；3FuzhouJiangyinIndustrialDistrictSewageTreatmentPlant，Fuzhou353000，Fujian，China）Abstract：Consideringtherefractoryfeaturesofantibioticindustrialwastewater，especiallydifficultyofbiodegradationfortheeffluentofthemixedindustrialwastewaterafterthesecondarybiochemicaltreatmentozonepretreatment+flocculation+BAFcombinedprocesswasappliedinthisresearch.TheresultsshowedthattheremovalrateofCODtreatedbyBAFprocessalonewas4.7%failingtomeettheeffluentstandards.Ozonationcanchangesthestructureandpropertyofsomeorganiccomponentsinwastewater，makingfurtherbiodegradationpossible.OzonepretreatmentcanimprovethebiodegradabilityofeffluentaftersecondarybiochemicaltreatmentandimprovetreatmentefficiencyofBOD.Theoptimalozoneconcentrationwas20mg/L.TheaverageremovalrateofCOD，NH3-NandTPwas40.7%，34.4%and79.1%，respectively.TheconcentrationofCOD，NH3-N，andTPineffluent研究开发收稿日期：2013-11-08；修改稿日期：2013-12-30。基金项目：福建省教育厅科技计划（JB11314）及福建省科技厅区域重大项目（2011Y3003）。第一作者及联系人：陈建发（1971—），男，高级工程师，副教授。[e-mail]。化工进展2014年第33卷·1602·achievedthefirstgradeofComprehensiveDischargeStandardforSewage（GB8978—1996）.Thiscombinedprocessprovidedanewwayfortheadvancedtreatmentofeffluentofrefractoryantibioticindustrialwastewateraftersecondarybiochemicaltreatment.Keywords：ozonepretreatment；flocculation；biologicalaeratedfilter；antibiotic；effluentaftersecondarybiochemicaltreatment；advancedtreatment随着国家环境保护力度的加大和社会各界对环境的要求越来越高，众多二级污水处理厂面临着提标改造的问题。抗生素类制药废水中存在多种生物抑制性物质，如残留抗生素及其中间代谢产物和高浓度硫酸盐，破乳剂、消沫剂等表面活性剂，以及提取分离过程中残留的高浓度废酸、废碱、废有机溶剂等，属于富含生物毒性物质的极难生物降解的有机废水[1-3]。抗生素废水原本很难生化处理，再经企业厂内污水处理站预处理之后，可生化性进一步降低，因而进入工业区集中污水厂后的废水更难生化处理，特别是再与其他工业废水混合后经二级生化处理后尾水，更是属于不宜生化的范畴[4-6]。因此，如何采用经济有效的方法来提高难生化废水的可生化性一直是环保工作者关注的一个重大课题。抗生素生产废水的二级生化处理后出水中的COD具有难生化性特点且多以溶解性的COD存在，必须采用化学氧化等方法进一步提高二级生化出水中的难降解物质的可生化性，再采用生化的方法处理使之达标排放[7-9]。臭氧氧化工艺及曝气生物滤池（BAF）工艺是目前处理我国污水处理领域新的工艺[10-18]，国内对臭氧氧化工艺与BAF工艺的研究多以生活污水为处理对象，而直接处理工业废水的报道较少，臭氧氧化与BAF组合工艺处理废水少见应用[7]，特别是以抗生素类制药为主的工业废水更未见报道。本文在国内外研究的基础上，采用“臭氧预处理+絮凝沉淀+BAF”组合技术，以实际工业废水为实验水质，考察该组合工艺对以抗生素类制药为主的混合工业废水二级生化出水的处理效果。1实验材料与方法1.1实验工艺流程实验工艺流程如图1所示，各反应器尺寸及水力停留时间见表1。在试验装置中，臭氧发生器采用试验用氧气源小型臭氧发生器，反应池采用的是自制有机玻璃池体，各池体可随机组合，进水、各池体水力连通及加药均通过统一型号蠕动泵实现，臭氧接触氧化池因臭氧见光极易分解设有密封装置。图1实验装置流程1—臭氧接触氧化池；2—絮凝沉淀池；3—BAF；4—臭氧发生器；5—曝气机表1各反应器尺寸及水力停留时间反应器a/cmb/cmH/cm有效容积/L水力停留时间/h臭氧接触池20—60150.5絮凝沉淀池209560752.5BAF353560301.01.2实验原理臭氧作为一种强氧化剂，其氧化作用主要依靠臭氧分子的直接作用和臭氧分解产物·OH的间接氧化作用，从而实现直接或间接地降解污水中的有机物，对污水中的COD、TOC、总氮、UV254、色度去除效果较好。臭氧氧化可以提高污水的可生化性，特别是新兴污染物的降解[10-13]。BAF全称为曝气生物滤池工艺，是20世纪80年代末欧美发展起来的一种新型的生物处理工艺，由物理拦截、化学氧化、生物代谢三大作用组成。BAF的优点是占地少、自动化程度高、管理方便、运行费用较低，且受外界环境变化的影响较小、处理效果稳定、污染物去除效率较高，对COD、氨氮、总磷和悬浮物SS的去除效果显著，对铁、锰、浊度等污染物也有不同程度的处理效果；其主要缺点是对进水SS要求较高，一般要求进水SS小于10NTU，以避免滤池堵塞和频繁反冲洗。其主要影响因素有填料、溶解氧、进水水质和滤速与空床停留时间等。填料是BAF的核心所在，一般为球形，有利于冲洗及反冲洗，具有较好的机械强度和化学稳定性，能有效截留SS，在促进气水均匀混合、避第6期陈建发等：臭氧预处理+絮凝沉淀+BAF组合工艺在二级生化处理出水深度处理的应用·1603·免了气泡的聚合、提高氧转移效率、有利于降低能耗等方面有一定优势；填料表面附着大量的微生物，提供了微生物的生长环境，总之填料应首先具有良好的生物膜附着性能，其次还应具备较大的比表面积，孔隙率大，截污能力强[14-15]。混合工业废水二级出水经臭氧氧化后，能把废水中的大分子、难降解有机物有效降解为小分子、易降解有机物，真正有效提高了废水的可生化性，可为BAF的进一步生物降解提供了有利条件。1.3实验水质实验在该工业区污水处理厂现场进行，该污水厂采用“水解酸化+MSBR+絮凝沉淀”组合工艺处理工业区废水。抗生素类工业废水占进水总量的80%以上。根据一期工程多年的运行资料，污水厂进水BOD5/COD平均值为0.19，处于不宜生化范畴；二级生化处理后出水BOD5/COD平均值仅为0.12，废水极难生物降解。实验装置的进水取自该污水处理厂相应单元随机时段的出水。本实验设计处理水量为30L/h，出水水质执行GB8978—1996《污水综合排放标准》的一级排放标准。设计进水、出水水质见表2。1.4实验方法1.4.1实验方案（1）单独采用BAF实验。（2）不同臭氧投加量与进出水COD、BOD5的关系。（3）分别采用MSBR池和絮凝沉淀池出水作为实验进水，考察臭氧预处理效果。（4）采用“臭氧预处理+絮凝沉淀+BAF”组合工艺处理MSBR池出水，考察该工艺对二级生化出水的处理效果。1.4.2接种污泥BAF接种该污水厂MSBR池活性污泥后，适度曝气7天，恢复活性污泥活性，同时添加一定量的N、P元素和葡萄糖，以增殖微生物。曝气7天后，开始在反应器内连续添加废水，通过DO仪、pH计以控制废水DO值、pH值。1.5检测项目及分析方法实验中检测的主要污染物指标为化学需氧量表2设计进出水水质单位：mg·L−1监测项目CODBOD5NH3-NTP进水≤150≤30≤25≤1.0出水≤100≤20≤15≤0.5（COD）、氨氮（NH3-N）和总磷（TP）。水质分析方法均按照《水和废水监测分析方法》测定[19]。2结果与讨论2.1单纯BAF工艺不进行臭氧预处理，直接以MSBR出水作为BAF的进水，实验结果详见图2。图2单纯曝气生物滤池去除效果从图2中可以看出，前7天BAF处于启动阶段，处理效率很低，第8天开始发挥正常生物降解作用，但实验出水COD浓度为108～136mg/L，无法达到100mg/L以下，COD去除效率较低，平均仅为4.7%。实验结果表明：单单依靠BAF微生物的生物降解作用很难有效去除二级出水中的有机物，COD去除率很低，这是因为二级生化出水中含有可溶性的极难生物降解的大分子有机物，其结构和特性很稳定，正常情况下很难使其发生开环、断链，因而BAF对其生物降解作用差，仅有部分有机物通过一系列复杂的物化过程被填料及