管式O3UVBAF处理印染生化尾水的中试实验宋亚朋

第13卷第2期2019年2月Vol.13,No.2Feb.2019环境工程学报[e-mail]10.12030/j.cjee.201808085中图分类号X703.1文献标识码A宋亚朋,王建兵,聂海峰,等.管式O3/UV-BAF处理印染生化尾水的中试实验[J].环境工程学报,2019,13(2):264-271.SONGYapeng,WANGJianbing,NIEHaifeng,etal.PilotstudyontreatingprintinganddyeingbiochemicaltailwaterwithtubularO3/UV-BAF[J].ChineseJournalofEnvironmentalEngineering,2019,13(2):264-271.管式O3/UV-BAF处理印染生化尾水的中试实验宋亚朋1,2，王建兵1，聂海峰2,3，常风民2，董倩倩4，刘祥2，梁瑞松1，王凯军2,*1.中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院，北京1000832.清华大学环境学院，北京1000843.贵州工程应用技术学院，贵州5517004.联合环境水务(高阳)有限公司，高阳071500第一作者：宋亚朋(1992—)，男，硕士研究生。研究方向：污水处理。E-mail：[e-mail]*通信作者：王凯军(1960—)，男，博士，教授。研究方向：厌氧生物发酵、水污染控制。E-mail:[e-mail]摘要以印染污水生化处理出水为研究对象，组建了集管式臭氧/紫外(O3/UV)反应系统、臭氧发生系统、气液分离系统、臭氧破坏系统和生物曝气滤池(BAF)系统为一体的中试集成设备。分别研究了各单元及O3/UV-BAF一体化设备的运行效果。结果表明，COD范围为62.3~102.1mg·L-1，平均值为83.2mg·L-1时的进水经过O3/UV处理后，BOD5浓度可增加3倍以上，该处理单元可提高污水的生化性能；而单独BAF处理，COD去除率仅为22.5％，表明该污水生化性能较差(BOD5/COD=0.117)且出水COD浓度也不能达到排放标准；O3/UV-BAF联合工艺对印染废水则呈现良好的处理，出水COD去除率达到46.93%，UV254去除率为39.73%。此外，该联合工艺对色度、TN和TP也具有较好的去除效果，去除率分别为54%、34.52%和53.81%，均可达到排放标准。通过对O3/UV-BAF一体化中试设备的评估，为管式O3/UV高级氧化大规模工程应用提供技术支撑。关键词印染废水无害化处理；污水深度处理；O3/UV-BAF；臭氧高级氧化技术；生化二级出水随着我国工业化进程的不断加深，有机污染程度、性质与危害不断发展变化[1]。工业污水中的有机污染物因工业生产类型及工艺差异而呈现种类多且组成复杂的局面，且大部分为人工合成有机物，生化性差、很难通过微生物转化或降解为无害物质[2]。以生化法为主体的集中式污水处理模式处理富含难降解有机工业污水已成为目前污水厂亟待解决的难题之一。臭氧高级氧化技术具有高效、易操作、无选择性等特点，可产生强氧化活性的羟基自由基(·OH)[3]。在国内外被认为是处理难降解有机废水的新型高效技术之一，成为国内外研究的热点领域[4-9]。但臭氧高级氧化技术应用在污水领域时间较短，组合设备的产业化工程应用较少，特别是与工业园区污水厂的原生化法协同处理难降解污水的产业化工程应用比较欠缺。因此，利用高级氧化的处理将大分子污染物转化为小分子、易降解物质，再利用后端的生化处理彻底去除有机物[10-14]，并在工业园区污水厂基础上，组建臭氧高级氧化与原生化法有机组合去除含工业污水的混合水源污染物示范或产业化工程具有重要的实际意义。本研究组建了300t·d-1的管式O3/UV-BAF组合工程示范，对比了300t·d-1的管式O3/UV高级氧化收稿日期：2018-08-13；录用日期：2018-12-17基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项(2014ZX07211001)文章栏目：水污染防治第2期宋亚朋等：管式O3/UV-BAF处理印染生化尾水的中试实验与单独O3处理生化尾水的综合处理效果；考察了单独管式O3/UV工艺直接矿化与管式O3/UV-BAF工艺处理生化尾水达标的运行工况；为管式O3/UV高级氧化大规模工程应用提供技术支撑，促进含工业污水处理厂达标改造和臭氧高级氧化设备产业化进程。1材料与方法1.1中试系统300t·d-1可移动式O3/UV-BAF中试集成设备包括管式O3/UV反应系统、O3发生系统、水液分离系统、尾气破坏系统、生物曝气滤池系统。管式O3/UV-BAF联合工艺中试流程为：氧气干燥—臭氧发生器—流量计—管式O3/UV反应器—气液分离器—BAF生化反应器(气-臭氧破坏器)—净水排出(反冲洗水箱备用)，水量为300t·d-1。中试流程见图1。1.2实验水质实验用水为印染污水处理厂生物处理后的二沉池出水。污水处理厂收纳水体为印染工业废水和当地市政污水的混合污水，该厂原工艺为混凝沉淀+厌氧化+悬挂链曝气+微絮凝+过滤。截至目前，生化尾水出水COD和色度未能达到排放标准。2015年进水年均值COD=727mg·L-1，变化幅度为60~1400mg·L-1；BOD5/COD为0.117，属于难生化去除有机物；色度变化范围50~90倍，均值为70倍。具体实验用水水质特性见表1。1.3实验方法实验所用气源为纯氧，氧气经干燥进入臭氧发生器产生臭氧，后经流量计后通入反应器，在紫外灯的照射下产生无选择强氧化活性的·OH。未反应的臭氧混合大部分氧气进入气液分离器，待气液分离器的水位达到一定限度时通过溢流管排出，臭氧经上部气孔排出进入臭氧破坏器，排入大气。溢流出的水通过水泵进入BAF生化反应器，经过生化处理后净水进入反冲洗水箱，部分净水排出，其余留反冲洗水箱备用。BAF生化反应器的活性污泥取自污水处理厂曝气池，采用接种挂膜法，使图1300t·d-1中试O3/UV-BAF流程图Fig.1Flowchartof300t·d-1pilotO3/UV-BAF表1实验用水水质指标Table1Waterqualityindexofsecondaryeffluentinexperiments检测指标COD/(mg·L-1)BOD5/(mg·L-1)DOC/(mg·L-1)pH色度/倍浊度/NTU氨氮/(mg·L-1)水质范围62.3~102.16.2~15.216.5~27.18.0~8.450~905.72~10.230~0.42水质均值83.29.821.28.2707.060.31265第13卷环境工程学报用生化二沉池出水进行挂膜启动，前期在BAF中加少量葡糖糖和尿素进行驯化，闷曝3d后停止投加营养物质，待出水COD稳定时，连用高级氧化进行实验。BAF反冲洗周期为7~10d，气洗、气水洗、水洗的时间均为5min。实验对比分析了单独BAF、O3、O3/UV和O3/UV-BAF联合工艺对印染生化尾水的处理效果，考察了不同O3投加量情况下COD、UV254、色度等的去除效果。1.4分析方法COD：重铬酸钾法[15]；BOD5：稀释接种法[15]；色度：稀释倍数法[15]；总氮：过硫酸钾紫外分光光度法[15]；总磷：钼酸铵分光光度法[15]；UV254：紫外分光光度法。2结果与讨论2.1单独生物法BAF对生化尾水去除效果如图2所示，实验用水为工业园区生化尾水，其中包括工业园区的化工、农药、医药和生活污水，水质复杂，进水水质不稳定。COD一般在55~160mg·L-1之间，平均COD值为80mg·L-1，通过BAF处理后出水COD在50~100mg·L-1，平均值62mg·L-1，COD的去除率大约为22.5％。印染生化尾水中含有的有机物主要为长链烷烃、芳香烃、环烃有机物，其中长链烷烃较易去除，而环烃化学结构稳定，难以生化去除，造成单独BAF去除不理想[16-18]。除了2次较大进水COD以外，BAF大约去除13mg·L-1，出水COD大约60mg·L-1，通过BAF无法达到一级A排放标准。2.2管式O3/UV与O3对生化尾水氧化效果对比筛选2.2.1O3和O3/UV对COD的去除效果对比研究了单独O3和O3/UV组合工艺对印染生化尾水在不同O3投加量下的处理效果。如图3(a)所示，随着O3投加量的增加，2种工艺对COD的去除率不断增加。当O3投加量为150mg·L-1时，2种工艺对COD的去除率均在44％左右。但是O3/UV组合工艺比单独O3没有明显的优势。可能高浓度O3处理时，对于印染生化尾水有机物的去除，O3的直接氧化起到了主要作用；而O3的间接氧化，·OH没有充分发挥氧化作用[19-20]。COD大约为70mg·L-1的印染生化尾水在O3投加量为60mg·L-1条件下，2种工艺的出水基本均能达到一级A排放标准。因此，对于印染生化尾水高浓度O3投加量的情况下，单独O3工艺即可。但在低浓度(20mg·L-1)O3投加量条件下，O3/UV工艺比单独O3有较好的去除效果，并且O3/UV工艺单位质量臭氧对COD的去除量也远高于单独O3。O3/UV组合工艺单位质量O3对COD的去除量接近0.9mg，而单独O3接近0.5mg；O3投加量大于30mg·L-1，2种工艺单位质量臭氧对COD的去除量差异在0.2~0.3mg。在O3投加量70mg·L-1的工况下，对单独O3和O3/UV工艺运行进行比较，考察运行工况的稳定情况。如图3(b)所示，从长期运行情况分析，进水在70~80mg·L-1的生化尾水，2种工艺O3投加量约70mg·L-1，出水COD基本维持在50mg·L-1以下，满足一级A达标排放标准。从连续幅度的O3投加或工况稳定性分析可以看出，在高浓度O3投加量的情况下，O3/UV并不能发挥出明显的优势，并且2种工艺的单位去除率也大幅度降低。主要原因可能是当O3浓度增大时，O3的利用率降低；另一方面，O3浓度达到一定值时还会成为·OH的捕获剂，影响了去除效果[21-23]。所以，对于O3/UV与BAF连用工艺而言，使用低浓度O3投加量比较合理。并且低浓度的O3投加量也减少了处理成本。因此，使用O3/UV工艺不图2单独BAF对印染生化尾水COD的去除Fig.2CODremovalfromprintinganddyeingbiochemicaltailwaterbysingleBAF266第2期宋亚朋等：管式O3/UV-BAF处理印染生化尾水的中试实验仅可矿化去除部分COD，而且能提高污水的生化性能，为后续BAF的处理提供有利条件。虽然单独的O3/UV在高浓度的O3投加条件下也可以达到排放标准，但是O3投加量的增加同时增加了电耗并且利用率受限，提高了处理成本。2.2.2O3和O3/UV对UV254的去除为了进一步研究2种工艺对污水中有机物的去除情况，分析了2种工艺处理情况下污水的紫外吸光度UV254。如图4(a)所示，随着O3浓度的增加，2种工艺对UV254的去除率逐渐升高。当投加量达到150mg·L-1时，2种工艺对UV254的去除率均可达到80％左右，并且O3/UV工艺对于UV254的去除效果略高于单独O3。这主要是由于O3的直接氧化具有一定的选择性[24]，从而限制了单独O3对UV254的氧化效果。在投加量70mg·L-1的O3投加工况下，对单独O3和O3/UV高级氧化工艺进行分析。如图4(b)所示，每周取2次水样进行测定，考察运行工况的稳定情况。6次实验UV254的去除效果均在50％左右，并且O3/UV工艺的处理效果优于单O3。因此，对于去除污水中有机物为主要目的处理，选用O3/UV高级氧化工艺较为合适，这也与前面的研究相一致。图3O3与O3/UV对印染生化尾水COD的去除Fig.3CODremovalfromprintinganddye