臭氧-生物活性炭工艺去除工业废水中难降解有机物

官方网址：臭氧-生物活性炭工艺去除工业废水中难降解有机物随着城市水资源日益匮乏，缺水工业城市火力发电厂工业水及循环水系统补充水已逐渐采用城市中水代替，但城市中水中难降解有机物含量高，成分复杂，直接回用会对深度处理系统中的膜造成污堵。同时环保部门对电厂排放废水水质也提出较高要求，以循环水排污水为代表的工业废水必须进行深度处理并综合利用,以减轻废水排放的环保压力。因此,难降解有机物的去除是中水水源循环水排污水回用的难点之一。现阶段电厂较为常见的循环水排污水有机物处理工艺有电絮凝处理工艺、强化絮凝工艺等，但这些处理工艺对中水水源的有机物去除率较低，总有机碳(TOC)去除率一般在20%-30%之间。很多学者对臭氧-生物活性炭(O3-BAC)工艺降解各种废水中有机物的问题进行了研究。但是该方法应用于电厂中水水源循环水排污水的处理还鲜见报道O3-BAC工艺首先利用臭氧的强氧化能力，将水中的有机物部分或全部氧化为无机物，将难降解的有机物分解为易降解的小分子有机物，提高处理水的可生化性;然后,通过生物活性炭(BAC)的吸附作用将水中的有机物吸附到BAC表面，BAC为生物膜上的微生物提供了赖以生存的栖息环境,其吸附的有机物作为其内部附着的微生物的营养源被分解，同时由于微生物对BAC吸附的有机物的不断分解去除，延长了BAC的吸附寿命和反洗周期，二者相辅相成,共同保证处理工艺的良好运行,达到净化水质的目的。本文采用O3-BAC工艺对某电厂中水水源循环水排污水中难降解有机物进行去除,考察不同臭氧接触氧化时间、原水pH值及臭氧投加量对氧化效果的影响，并对O3-BAC工艺的整体性能进行分析。1试验材料与方法1.1试验水样试验水样为某电厂中水水源循环水排污水，主要水质指标见表１，其中COD为化学需氧量，BOD５为５日生化需氧量。由表１可见,循环水排污水具有官方网址：有机物含量高、水质硬度大、含盐量高、BOD５/COD(B/C)值较低(约为0.05)等特点，难以直接采用生物法对有机物进行降解。1.2工艺流程O３-BAC工艺由提升设施、臭氧接触塔和生物活性炭池组成,其工艺流程见图１。1.3试验方法1.3.1臭氧氧化试验官方网址：臭氧氧化试验采用单因素多水平试验方法进行,主要考察臭氧投加量、接触氧化时间以及原水pH值对循环水排污水氧化效果的影响。试验中COD质量浓度采用重铬酸钾法测定，BOD５质量浓度采用５日培养法测定试验步骤如下１)按O３/TOC质量比为2.0控制臭氧投加量，在原水pH值为8.23条件下，研究臭氧不同氧化时间5，10，15，20，30，40min对氧化效果的影响。测定臭氧氧化后水的BOD５，COD及TOC的质量浓度。采用B/C值评价提高可生化性的效果。２)根据步骤１)确定的臭氧接触氧化时间，O３/TOC质量比为2.0投加臭氧,研究原水pH值对臭氧氧化的影响，采用HCl溶液将水样pH值调7.00，8.00，采用NaOH溶液将原水的pH值调至9.00进行试验(测定指标同上)。３)根据步骤１)和２)确定的参数，考察不同臭氧投加量(按O３/TOC质量比分别为1.0，,1.5，,2.0，2.5，,3.0，4.0，进行投加)对臭氧氧化的影响(测定指标同上)。1.3.2生物活性炭试验对臭氧氧化产水进行BAC处理，先调试挂膜，取某污水处理厂好氧段活性污泥，加入适量臭氧氧化产水进行初步培养驯化，连续曝气３天，每天换水２次。３天后将活性污泥投入曝气BAC滤池中，加臭氧氧化产水淹没BAC，闷曝24h后换水，连续闷曝７天后开始小流量(0.60L/h)进水,而后逐渐加大进水流量直至满负荷运行.调整BAC滤池进水流量分别为0.60，1.10，1.52L/h进行试验，BAC每隔15天反洗一次，24h连续运行,每隔２h取样进行分析,检测产水的TOC质量浓度、COD质量浓度、pH值、电导率、浊度、温度、溶解氧量，分析BAC工艺在不同进水流量下对有机物的去除效果。２试验结果2.1臭氧氧化试验2.1.1臭氧接触氧化时间对氧化效果的影响按O３/TOC质量比为2.0控制臭氧投加量，在原水pH值为8.23条件下，考察臭氧不同接触氧化时间对氧化效果的影响，试验结果见表２。官方网址：由表２可见，随着臭氧氧化时间的增加，B/C值增大，水样的可生化性逐渐提高，在5~15min之间，B/C值增长较快，15min后增幅较慢。另外，臭氧产水TOC质量浓度随臭氧氧化时间的增加变化较小,其去除率在37.48%~44.91%之间波动；随着臭氧氧化时间的增加，产水COD质量浓度越低,氧化效果越好。这是因为延长臭氧接触氧化时间可增加臭氧分子与污染物的反应概率,提高臭氧的氧化效率。综合比较，臭氧氧化最佳接触时间可以取15min。2.1.2水样pH值对氧化效果的影响试验水样pH值为8.23，采用HCl溶液将水样pH值调节至7.00，8.00，采用NaOH溶液将原水pH值调节至9.00，按O３/TOC质量比为2.0投加臭氧，在臭氧接触氧化时间为15min条件下，考察水样的初始pH值对臭氧氧化效果的影响，试验结果见表３。由表３可见，水样初始pH值越高，COD的去除率越低，但TOC质量浓度变化较小，臭氧氧化效果受pH值影响不大。由于循环水排污水pH值一般在8.00左右，因此，臭氧氧化pH值控制在8.00左右即可。2.1.3臭氧投加量对氧化效果的影响在臭氧接触氧化时间为15min，水样pH值为8.00条件下，考察不同臭氧投加量对原水的处理效果，试验结果见表４。由表４可见:当按O３/TOC质量比为1.0~2.0投加臭氧时，臭氧产水TOC质官方网址：量浓度明显降低,在O３/TOC质量比为2.0时，TOC去除率为33.79％；继续增加臭氧投加量，臭氧产水TOC质量浓度变化较小，说明水中可被臭氧彻底氧化为CO２和H２O的有机物量是一定的，再增加臭氧投加量只能对有机物在结构、性质、有机物分子量的分布、亲水性、憎水性上发生一定的改变,而总量变化较小。当O３/TOC质量比为1.0~3.0时，COD去除率由28.46％升高到47.69％，之后变化较小，说明直接用臭氧氧化去除COD的效果有限。随着臭氧投加量的增加，BOD５整体呈增加趋势，这是由于臭氧的强氧化性使得臭氧易与水中还原性物质发生反应，通过氧化分解，使芳香族和脂肪族等难生物降解的有机物开环、断链生成易生物降解的小分子有机物，从而提高水中有机物的可生化降解性能。在O３/TOC质量比为3.0~4.0时，原水B/C值可提高到0.20~0.23。过量的臭氧会使水中亲水性有机物的极性大大增加，从而使BAC的吸附效率大幅下降，同时剩余臭氧也会影响微生物的活性。因此，O３/TOC质量比取3.0较为适宜。2.2生物活性炭试验在臭氧接触时间15min，原水pH值为8.00，按O３/TOC质量比为3.0投加臭氧的条件下，将中水水源循环水排污水经臭氧氧化后进行BAC处理。2.2.1生物活性炭对有机物的去除效果2.2.1.1对TOC的去除效果官方网址：在不同进水流量条件下，BAC产水TOC质量浓度变化情况如图２所示。从图２可见,在进水流量为1.52L/h时BAC产水TOC质量浓度平均约为15.75mg/L，相比臭氧产水TOC质量浓度24.83mg/L，TOC的去除率约为37％；在进水流量为1.10L/h时产水TOC质量浓度约为13.00mg/L,TOC的平均去除率约为48％；在进水流量为0.60L/h时产水TOC质量浓度平均约为11.30mg/L，TOC的去除率约为54％。可见，BAC工艺对中水水源循环水排污水TOC具有明显的去除效果，这是因为臭氧氧化降解大分子有机物为小分子中间产物，这些小分子中间产物易被微生物降解，BAC将小分子有机物吸附在表面，同时其表面的生物膜及微生物群落通过生物吸附作用和氧化降解作用将其进行降解去除，提高了有机物的去除率。另外，停留时间的延长增加了微生物与有机物的接触氧化时间，TOC的去除率也有所升高。2.2.1.2对COD的去除效果在不同进水流量条件下,BAC产水COD质量浓度变化情况如图３所示.官方网址：从图３可见，BAC工艺对循环水排污水COD去除效果较好。在进水流量为1.52L/h时BAC产水COD质量浓度平均约为56mg/L，相比臭氧产水COD质量浓度68mg/L，COD平均去除率为18％；在进水流量为1.10L/h时产水COD质量浓度约为50mg/L，COD平均去除率为26％；在进水流量为0.60L/h时，产水COD质量浓度平均约为42mg/L，COD平均去除率为38％。在运行过程中产水COD质量浓度略有升高，这可能是因为BAC运行一段时间后，随着滤料表面截留的有机物增多，滤池内的污泥量也增多，对有机物的去除效率会有所下降，产水中会带有很多污泥絮体，导致出水COD质量浓度升高。另外，生物滤池刚反洗之后，由于滤料上悬挂的生物膜比较薄，滤池对水中COD的去除效果也不理想，而且澄清区还残留有反洗时未冲洗完的污泥絮体，所以此时BAC产水COD质量浓度略高一些。2.2.2生物活性炭对产水浊度的影响对不同进水流量下BAC产水的浊度进行测定，结果如图４所示。官方网址：由图４可见，BAC工艺对循环水排污水的浊度有较好的降低作用。在进水流量为1.52L/h时产水浊度平均约为1.87NTU，相比原水浊度5.34NTU，浊度平均降低64.98％；在进水流量为1.10L/h时产水浊度平均约为1.37NTU，相比原水浊度降低74.34％；在进水流量为0.60L/h时产水浊度平均约为0.69NTU，相比原水浊度降低87.08％。2.2.3生物活性炭对产水电导率的影响对不同进水流量条件下BAC产水的电导率进行测定，结果如图５所示。由图５可见，不同进水流量下BAC产水电导率变化较小,进水电导率为10.09mS/cm，BAC产水电导率平均值在9.89~11.05mS/cm之间。因此,BAC对原水电导率基本无降低作用。官方网址：运行产水温度、pH值和产水溶解氧量变化情况分别如图６-图８所示。从图６－图８可知：在控制室内温度一定的情况下，BAC试验中产水温度范围基本在20.0~23.0℃之间变化；进水pH值为7.84，BAC产水pH值在7.00~8.00之间变化；BAC产水溶解氧量在3.0~8.0mg/L之间变化。由此可见,试验期间，在不同工况条件下，BAC工艺运行比较稳定。官方网址：３结论１)臭氧能有效提高中水水源循环水排污水的可生化性.在臭氧接触氧化时间为15min，原水pH值约为8.00，按O３/TOC质量比为，3.0投加臭氧时，臭氧氧化后原水B/C值可提高到0.21左右，臭氧氧化对TOC的去除率为3.95％，对COD的去除率为47.69％。２)BAC工艺能有效去除中水水源循环水排污水中难降解的有机物,降低原水浊度,且运行稳定。在进水流量为0.60L/h时产水TOC质量浓度平均约为11.30mg/L，TOC的去除率约为54％；产水COD质量浓度平均约为42mg/L，COD的去除率约为38％；产水浊度平均约为0.69NTU，平均降低87.08％。３)O３-BAC工艺对中水水源循环水排污水难降解有机物去除效果明显，对TOC的去除率最高可达73％，对COD的去除率最高可达68％。