催化氧化新技术在污水处理中的应用

张　　坤，赵海峰，张　　宁

（1.山东水务投资有限公司，山东 济南 240014；2.山东省水利信息中心，山东 济南 250014）

催化氧化新技术在污水处理中的应用

张坤1，赵海峰1，张宁2

（1.山东水务投资有限公司，山东 济南 240014；2.山东省水利信息中心，山东 济南 250014）

【摘要】在污水处理行业，制药、石炼、化纤是业内普遍认为难处理的工业废水，本文从高级催化氧化技术在石家庄良村南污水处理厂（5万m3/d）中的技术方案设计和应用方面，提出解决工业废水处理的一种新型工艺，对处理工艺废水的新建污水厂和原有污水厂技术升级改造具有指导意义。【关键词】生物池；混凝气浮工艺；高级催化氧化工艺；曝气生物过滤；臭氧制备

一般处理工艺废水的污水处理厂采用的标准技术大都为高级氧化，又称做深度氧化技术，以产生具有强氧化能力的羟基自由基 （-OH）为特点，在高温高压、电、声、光辐照等反应条件下，使大分子难降解有机物氧化成低毒或无毒的小分子物质。本文所述的高级催化氧化技术是针对污水来源主要为华北制药厂的制药废水和石家庄工业园炼油废水情况，通过方案论证和中试后形成的国内一种新型污水处理技术。高级催化氧化技术是在高级氧化技术的基础上，利用臭氧和高级催化剂接触反应，使难降解的分子分解成易降解的分子，其中高级催化剂在天津市工业园、芜湖工业园、长沙工业园都有成功的应用。

1　水质及工艺流程

1.1进水水质

来水水源为华北制药、石油炼化、化纤、化肥厂等排水，进水水质BOD5≤180mg/L、CODcr≤500mg/L、SS≤200mg/L、TKN≤70mg/L、氨氮≤48mg/L、TP≤3mg/L。

1.2出厂水水质

出厂水执行 《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级 A排放标准：BOD5≤10mg/L、COD≤50mg/L、SS≤10mg/L、TN≤15mg/L氨氮≤5（8）mg/L、TP≤0.5mg/L。

1.3工艺流程

一级处理工艺：预处理+水解酸化池；二级处理工艺：五段生物池（A2/O/A/O工艺）；二沉池+三级处理工艺：混凝气浮池+两级（高级催化氧化+曝气生物滤池）+滤布滤池+紫外线消毒池。

2　高级催化氧化技术应用

2.1高级催化氧化技术的确定

根据污水水质主要为制药废水情况，通过前两级工艺，指标可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准，但SS、TP、COD和BOD5等则必须采用深度处理，才能达到一级A标准。因此根据水质情况和中试结果确定上三级处理工艺（高级催化技术），使出水水质中的污染物指标达到一级A排放标准要求。

2.2高级催化氧化技术原理

本水厂收水范围内有大量制药企业，其废水COD含量高，且含有大量不可降解成分，因此如何去除难降解COD使出水全面达标更是重中之重。

去除难降解COD，目前在中国污水处理行业应用比较有效的有臭氧直接氧化和羟基自由基间接氧化两种方式。臭氧直接氧化具有较强的选择性，臭氧消耗量较大。根据2012年石家庄桥东脱色工艺采用臭氧直接氧化工艺试验结果，当COD从60mg/L降到50mg/L时需要投加50mg/L的臭氧，效率低下，且水质达标情况不稳定。因此通过方案论证和大量中试试验，通过采用特殊催化剂，结合羟基自由基间接氧化法，形成了新的处理工艺：高级催化氧化技术。

高级催化氧化基本原理是臭氧、水在催化剂的作用下分解出羟基自由基，在催化剂表面发生界面反应，通过自由基与有机化合物之间的加合、取代、电子转移、断链和破环等，使水中的大分子、难降解有机物氧化降解成低毒或者无毒的小分子物质，使不可降解的成分变成可降解的成分，在后续曝气生物反应池中进一步降解成CO2和水，完成有机物的最终去除。

本方法具有更高的氧化能力，可以无选择地与水中绝大多数有机物和无机物迅速反应。因此在对难降解有机物的去除作用方面，臭氧高级氧化同直接氧化相比，具有效率高，速度快，臭氧耗量较少的优点。能解决绝大部分制药、石油炼化废水的处理问题。为此，对单独臭氧氧化、催化剂吸附、高级催化氧化三种工艺的试验结果进行了对比，硝基苯在不同情况下的降解率如图1示：

图1硝基苯在不同工艺下的降解率图表

实验表明臭氧的催化氧化工艺去除效率是单独投加臭氧的3～4倍。

为了解决臭氧高级氧化所需投资和运行费用都较高的问题，本水厂在工艺流程选择上，做了大量优化。在预处理工艺中设置了水解酸化工艺。水解酸化工艺通过厌氧生物反应将部分难降解有机物转化为可降解的有机物，具有投资省、运行成本低的优点。将进入高级催化氧化系统的难降解有机物浓度降低到最低程度，以节约运行成本和建设费用。

2.3高级催化氧化技术的工艺联用

高级催化氧化技术是把难降解的分子分解为易分解的分子。根据中试试验结果，单级级高级催化氧化去除效率有限，所以在技术方案上，前段增加了混凝气浮工艺，主要减轻进入高级催化氧化工艺段的负荷。高级催化氧化工艺增加后续了曝气生物滤池。工艺流程为：一级高级催化氧化+一级曝气生物滤池+二级高级催化氧化+二级曝气生物滤池。一级高级催化氧化臭氧投加量为4mg/L；二级高级催化氧化臭氧投加量为6mg/L。这样连续两级循环后，难降解的有机物可彻底的降解。最后经过滤、消毒确保水质全面稳定达标排放。

2.4高级催化氧化技术的去除率

据实验研究及现场试验结果，单级级高级催化氧化池的去除效率是有限的，仅靠一级高级催化氧化使COD从150mg/L降低到50mg/L以下，有较大难度而且是不经济的。所以采用两级高级催化氧化技术与曝气生物滤池系统联用，对难降解有机物去除效果彻底，而且具有降低能耗、节约成本的优点。

2013-10本水厂通过了环保验收，取样后，对催化氧化技术的应用结果进行了测算：一级高级催化氧化进水COD为150mg/L出水COD为120mg/L，去除率为20%；经过一级曝气生物滤池出水COD为72mg/L，去除率为40%；进入二级催化氧化和二级曝气生物滤池后出水COD为47mg/L，去除率为38%。详见表1高级催化氧化技术处理效率表。各级去除率指标均满足最初的方案技术指标要求。

表1高级催化氧化技术处理效率表

3结语

高级催化氧化技术对于处理制药等最难降解的污水具有很好的降解作用，在成本上通过前后工艺优化，在臭氧投加量和高级催化剂的使用上比常规的工艺用量减少，节省了运行成本。另外，可实现24h运行，节省了管理成本。高级催化氧化技术在处理工业废水上具有可推广性。

（责任编辑赵其芬）

【中图分类号】X703

【文献标识码】B

【文章编号】1009-6159（2015）-10-0021-02

收稿日期：2015-03-03

作者简介：张坤（1981—），男，工程师