生化-高级氧化组合工艺处理海上生活污水

张子臣，李树超，国 健

（中海油节能环保服务有限公司，天津 300452）

近年来，国民经济高速发展带动石油等能源需求量增加，进而导致海上石油开采量越来越大。石油作业平台长期坐落在海域中，平台作业人员日常产生的生活污水若得不到有效处理将产生各种污染问题，海上平台生活污水对周边环境的污染也越来越受到重视。尤其是2012年10月，国际海事组织（IMO）通过了MEPC.227（64）决议，决议在原COD要求的基础上增加了总氮、总磷的要求，即COD≤125mg/L、总氮≤20mg/L、总磷≤1mg/L，决议于2016年1月1日起实施[1]。随着国家对海洋环保的越来越重视，新的生活污水处理工艺可为海上生活污水提标进行技术储备。

臭氧催化氧化是一种常用在废水处理的高级氧化技术，氧化能力强、反应快、去除效率高，能够极大提高有机物降解速率和废水可生化性，并且具有杀菌消毒作用，是一项具有广泛应用前景的新型污水处理技术[2]。此项技术和生化处理技术结合是今后的一个重要发展方向。谢陈鑫等采用臭氧光电催化耦合处理炼油反渗透浓水，可有效降解反渗透浓水，当pH=7.5，臭氧投加量达到8mg/L，电流密度50mA/cm2，停留时间30min，出水达到COD≤50mg/L，石油类≤0.5mg/L的排放要求[3]。张冬梅等采用O3/UV法对炼油含碱废水进行了降解实验，结果表明，O3/UV法COD去除率比单独臭氧提高24%，臭氧的强氧化作用使大分子有机物质的环状分子部分环或长链条分子部分断裂，从而使大分子物质变成小分子物质，生成了易于生化降解的物质，进而提高废水的可生化性[4]。

在前期工作的基础上，本研究采用臭氧催化氧化-生化技术对海上生活污水进行处理实验，考察不同条件下处理效果。

1 实验部分

1.1 反应原理

海上生活污水冲击负荷大，处理难度大，传统的MBR、电解都存在不同程度的缺点，将臭氧与生化处理结合使用，可极大提高处理效率，降低能耗。臭氧在紫外辐射作用下分解产生大量·OH，能有效降解COD、总氮、总磷等。已有文献报道使用紫外光照射后，O3的氧化能力增强了10倍以上。

1.2 实验装置

实验采用CF-YG100型臭氧发生器，其运行参数为：臭氧发生量10～100g/h、额定功率250W、额定电压220V。它以空气为气源，通过在高电压介质与电极之间产生放电，使氧分子离解，快速产生臭氧。

实验容器为自制反应器，玻璃反应槽的有效容积为5L，臭氧通入反应槽后，采用循环射流泵分散产生大量细小的臭氧气泡，使其与废水充分地混合、反应，从而降解去除废水中的有机物。

1.3 分析方法

COD：采用传统重铬酸钾法进行测定[5]，pH采用梅特勒-托利多FE20便携pH计测定。

1.4 实验废水

实验用水为某平台生活污水（黑水和灰水混合），具体指标如下：COD 600～800mg/L，BOD5200～400mg/L

2 结果与讨论

2.1 臭氧投加量的影响

进水COD为783mg/L，pH为7～9，其他实验条件不变，只改变臭氧气体流量，反应一段时间后取水样测定COD。臭氧气体流量与COD去除率关系见图1。

从图1看出，在臭氧投加量从0增加到20mg/L时，废水出水中COD、BOD出现了不同程度的降低。当投加量达到7mg/L时，出水中COD、BOD的含量趋于稳定。随着水中臭氧浓度增加，大量臭氧转化为·OH，有机污染物逐渐降解完全，出水中COD和BOD明显降低。可见，臭氧对废水中污染物的去除有着非常明显的效果，但臭氧投加量并不是越大越好，合适的臭氧投加量对污水处理效果及成本具有重要作用。

图1 臭氧投加量对处理效果影响

2.2 反应时间的影响

臭氧投加量是臭氧氧化水处理工艺的一重要参数，决定了废水的处理成本。臭氧投加量并不是越大越好，同样反应时间也并不是越长越好。

向反应槽内通入7mg/L 的臭氧进行曝气反应，每隔一段时间，取水样测定COD。臭氧曝气反应时间与COD去除效果的关系见图2。实验结果表明：废水与臭氧的氧化反应时间为120min 时，COD的去除效果最好。

图2 反应时间对处理效果的影响

从图2可以看出，在反应的前阶段，COD的去除率很快，后期逐渐平缓，且在反应120min后接近水平状态。这是因为在臭氧反应的整个过程中，臭氧对水中有机物的氧化降解有一定的选择性。通入臭氧的初始阶段，参加反应的主要是易氧化的有机物，可很快地被臭氧氧化成CO2和H2O[6]。在后面的反应过程中，废水中的有机物较难被氧化，甚至很难氧化，即使参与反应的物质也不能直接转化成CO2和H2O，有些被氧化成其他中间转化体，或者只是把大分子的有机物氧化成分子量较小的有机物，而这些对COD的降低没有明显的效果。

2.3 现场连续稳定实验

为进一步考察臭氧催化氧化-生化系统运行稳定性，对自主研发的臭氧-生化装置进行连续运行实验。

工艺流程如下，污水（黑水或灰水）首先进入调节池处理，上层的液体通过水泵进入厌氧处理单元，沉淀下来的废渣通过底部的排渣口排出，底部的淤泥通过排泥口排出收集。调节单元可以调节后续处理的水量和使得水质均化。生化处理单元包括厌氧处理、好氧处理以及MBR深度处理。经过生化处理后进入臭氧氧化装置，继续降低COD，并通过紫外灯和臭氧对水进行杀菌，从而减少出水中的细菌含量，减少对环境的污染。经过杀菌池杀菌处理后的水即可达到排放标准，并进入贮水池进行达标排放。

中试装置概况：

本体采用4mm厚不锈钢钢板焊接而成，内壁涂有环氧沥青，油漆干膜厚度为300μm。设备采用全封闭结构，设有排气口、进水口、排泥口和出水口。外形尺寸，3 500mm× 2 500mm×2 500mm，处理量16m3/d。

来水→预处理罐→生化处理罐→臭氧反应罐→达标排放

平台生活污水一般进行统一处理，即将黑水和灰水同时进入污水处理系统。本中试实验采用缓冲罐进行统一收集黑水和灰水，而后进入臭氧-生化系统进行处理。图3为臭氧投加量7mg/L条件下，装置进、出水COD和BOD5状况。由图4可知，平台生活污水COD在760～970mg/L，进水BOD5在350～460mg/L，经电催化氧化系统处理后，出水COD和BOD5分别为95～112mg/L和17～20mg/L，出水水质满足排放标准。

图3 臭氧催化氧化-生化处理平台生活污水状况

3 结论

1）针对海上生活污水冲击负荷大，现有处理设备不稳定、能耗大等问题，开发新的处理工艺臭氧-生化工艺，在现场进行海上生活污水中试实验，处理效果好，稳定达标。

2）臭氧投加量为7mg/L，反应时间120min，pH为8的条件下，废水处理效果较好，并且在此条件下，连续处理平台生活污水实验稳定达标，降低环保风险。

3）臭氧-生化结合工艺对平台生活污水处理是一种全新的工艺，改善了生化不稳定以及难达标的情况，是一种具有前景的海上生活污水处理方法。