臭氧—生物活性炭深度处理石化废水的试验研究

王亚轩，赵慧

（黑龙江八一农垦大学工程学院，大庆163319）

大庆是我国重要的石化基地，随着工业生产和城市规模的不断发展，城市用水量和废水排放量不断增加，造成水资源紧缺和环境污染日益严峻，严重制约了大庆社会经济持续发展、影响了人民生活和身体健康。从发达国家的治水经验来看[1-2]，污水深度处理后循环再利用是彻底解决这一问题的有效途径。

大庆市某石化公司污水车间，采用传统二级处理工艺日处理化工废水14 400 t，达到国家标准后达标排放。造成了大量的水资源浪费，并且污染了周围的水体。据此，将这部分污水回收处理，实现污水资源化。深度处理后的水用作该厂车间的循环冷却水，这样既可以满足工业生产不断增加的用水需求，又能减少对水体的污染。

1 试验流程、装置及方法

1.1 工艺流程的选择

1.1.1 水质分析

该石化废水成分复杂，含有多种难以降解的有机污染物。处理后回用于循环冷却水水质标准及原水水质见表1。

1.1.2 试验方案确定

针对原水水质和循环冷却水的水质标准对照，主要需去除的指标是CODcr、氨氮、BOD5、SS、浊度（NTU）等。工艺流程见图1。

表1 循环冷却水的水质标准Table1 Water quality standards of circulating coolingwater

图1 试验工艺流程图Fig.1 Test process flow diagram

1.2 主要装置

实验全部装置见表2。其中韩国Bio-SAC处理系统是一项新型生物处理技术[3-4]，它的优势表现在特有的废胎载体和独特的反应器结构上：载体主要由废轮胎粉末组成，压缩形成细小颗粒，它可以使水中的微生物容易附着，为高活性微生物提供了增殖机会；流动床生物膜处理系统采用结构独特的生物反应槽，槽内填充10%～15%的载体，独特的出水结构可以保证载体不流失，在生物反应槽内，混合液悬浮污泥中的微生物和载体上的生物膜中的微生物共同分解污染物质，活性污泥浓度可达到20 000mg·L-1，BOD的容积处理量可以达到4～20 kg·（m3·d）-1，是活性污泥法的十倍以上，使生物反应设备的占地面积大大缩小。

1.3 检测项目与实验内容

试验的主要内容，就是通过运行参数的调整使各处理单元均达到最佳处理效果后稳定运行一定时间最终验证工艺的可行性。具体实验范围包括连续运行实验、送检阶段实验、最终监测指标。检测项目与方法见表3。

表2 试验系统设备表Table2 Test system equipment

表3 检测项目与方法Table3 Test items andmethods

2 实验结果与讨论

2.1 连续运行实验

连续运行阶段时间为1周，从7月23日至29日连续检测反应器进水、反应器出水、臭氧出水和终端出水的CODMn，检测结果如图2。从图2中可以看出，只有7月26日出水CODMn略高，其余时间出水均能达标（CODMn≤8mg·L-1）。这说明该工艺流程稳定性较好，出水水质一般不会波动。

2.2 送检阶段实验

系统在最佳参数条件下运行17天，每天取混合水样送检，检测结果如图3。

从图中可以看出：进水CODMn平均值为23.93mg·L-1，反应器出水平均为11.61mg·L-1，平均去除率为51.5%；臭氧出水为7.56mg·L-1，平均去除率为34.9%；终端出水3.88mg·L-1，平均去除率为48.7%；系统总平均去除率为83.8%。说明本系统具有较高的有机物去除效果。系统最终出水2.72～5.68 mg·L-1，满足出水要求 （CODMn≤8 mg·L-1）。当进水CODMn在16.7～38.8mg·L-1之间的较大范围内波动时，出水只在较小的范围内变化，证明系统确实具有较强的抗冲击负荷能力。总之，无论从有机物去除率，还是从抗冲击负荷能力方面来看，该工艺都具有较强的优势。

2.3 最终监测指标

通过表4可以看出，各项指标均已达到循环水水质要求。

表4 各项监测指标Table4 Themonitoring indicators

3 结论

我们在实验室条件下人工配水，观察臭氧化生物活性炭与普通生物活性炭两种不同工艺深度净化的处理效果。具体试验流程如下：①原水（配水）→臭氧接触氧化→生物活性炭过滤（炭柱Ⅰ）→出水；原水（配水）→生物活性炭过滤（炭柱Ⅱ）→出水。经测定，生物膜形成稳定需要7～10 d。试验从4月到9月为止，共运行4个多月。

试验结果表明，采用臭氧化生物活性炭流程出水水质比仅有生物活性炭流程的出水水质要好得多：

（1）方案①出水的CODMn明显低于方案②，其平均去除率高达68%，而方案②仅为34%。这主要是由于增加了臭氧的氧化作用，降低了CODMn值，直接氧化降解一部分简单的有机物，使之变为CO2和H2O，减轻了生物活性炭的负荷。同时，也由于臭氧投加，使炭柱Ⅰ中的DO值提高，补充了水中DO消耗，创造好氧菌生长的环境，使好氧微生物活动增强，加快了有机物的降解。

（2）两种不同流程出水UV值对比，炭柱Ⅱ出水UV值和进水相比最高去除率达47%，最低可去除22%，平均可去除34%，炭柱Ⅰ出水UV和进水相比最高去除率达70%，最低去除率也能达到33%，平均去除率可达50%。试验结果表明，臭氧生物活性炭比普通生物活性炭能够更多地去除有机物，再次证明了臭氧化、生物氧化、活性炭吸附的三者协同作用的有效性。

（3）经过臭氧化，炭柱Ⅰ出水的浊度、色度较炭柱Ⅱ进一步降低，特别是色度，由于上述的大分子有机物，不容易被活性炭吸附，因此炭柱Ⅱ脱色效果不理想，但炭柱Ⅰ出水色度显著降低，这表明了臭氧化脱色和活性炭吸附脱色联合效果，同时臭氧化改变了一些带有生色基团有机物的结构，形成的中间氧化物更易于活性炭吸附，有利于充分发挥活性炭的吸附能力，强化了活性炭吸附脱色的效能。

（4）溶解氧的测定结果进水的DO含量为415～515 mg·L-1，水温17～20℃，经过臭氧化的出水进入炭柱Ⅰ后，出水DO明显提高，甚至高于原水，而原水进入炭柱Ⅱ未经臭氧化，出水DO值很低，仅有微生物耗氧而无外界供氧，不能为微生物提供良好的好氧条件，从而影响了运行效果。

臭氧化生物活性炭工艺流程对有机物去除能力优于普通生物活性炭，是臭氧化、生物氧化、活性炭吸附的三者协同作用的结果。臭氧化能够改变有机物生色基团的结构，并通过形成活性炭易于吸附的中间产物，强化了活性炭的脱色、除浊能力，使臭氧接触氧化生物活性炭工艺流程出水浊度、色度均低于普通生物活性炭。

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