后臭氧高级氧化对制革废水处理工艺增效的应用

庄建成

（三达膜环境技术股份有限公司厦门集美分公司，福建 厦门 361000）

1 污水处理厂现状

1.1 项目概况

宿松临江产业园东南区复兴污水处理厂于2017年10月建成并通过项目环保竣工验收后投入运行。设计处理规模卫2万吨/天，考虑到园区水量较少，所以提标需分阶段进行，一期提标处理规模为5 000吨/天，于2020年4月提标改造完成，设计经处理后的出水水质达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918-2002）》一级A标准，处理后的尾水排入长江。

1.2 处理工艺

污水处理厂主体工艺为“除硬度沉淀池+臭氧预氧化+调节池+AO-AO-MBR膜+消毒工艺”。污水处理厂进水成分复杂，在臭氧催化塔中，部分有毒有害物质得到降解，难降解的大分子有机物被氧化成易降解生化的小分子物质，从而提高了废水的可生化性[1]。

1.3 存在的问题

由于废水以园区内部经预处理后的皮革废水为主，CODCr含量高，BOD5含量低，B/C小于0.2，并且进水的氯离子含量较高，较高浓度的氯离子会抑制菌胶团微生物的生长，因而影响了生物法处理废水的效率。即使采用“除硬度沉淀池+臭氧预氧化+调节池+AO-AO-MBR膜+消毒工艺”处理后，出水的CODCr、色度还是存在季节性波动，主要是冬天存在波动性问题[2]。

1.4 解决思路

针对该污水处理厂废水的特点和处理工艺中存在的季节性波动问题，拟对现有工艺进行改进。因常规工艺对于难降解的CODCr和色度的去除效果一般，故可以采用深度处理技术直接对生化出水进行深度处理，以去除污水中的CODCr并进行脱色，使其能够达标排放。

臭氧是一种极强的氧化剂，很容易氧化废水中的大部分有机物，本文仅对臭氧催化氧化进行深入探讨。臭氧作为高级氧化技术在工业废水的预处理上包括前置预处理和后置深度处理，前置预处理主要是提高废水的可生化性，而后置深度处理主要是对经过生化处理后难降解的少量有机物进一步催化氧化，从而达到去除的目的，而后置深度处理在废水深度处理上应用得较 少[3]。

考虑到运行成本，选择臭氧催化氧化法作为MBR膜出水深度处理技术，可以先通过现场中试模拟实验，论证该深度处理工艺的可行性。

2 试验材料和方法

2.1 中试装置

中试装置由两部分组成，臭氧装置系统及臭氧冷却系统。中试装置安装在污水处理厂的MBR膜池附近，MBR膜出水经计量泵抽升至臭氧装置系统，观察中试设备对MBR膜出水CODCr和色度的降解效果。

2.2 试验方法

（1）根据设计的解决思路，安装好中试装置设备，实验方案采用MBR膜出水作为中试臭氧系统进水。

（2）固定进水流速，分别采用臭氧浓度为20 mg/L、40 mg/L、60 mg/L、80 mg/L、100 mg/L投加方案，氧化停留时间为2 h，连续进水，取混合样检测出水CODCr和色度指标，最终确定最佳臭氧投加量。

2.2 试验结果

（1）中试试验是2021年3月5日开始设备安装，到3月11日设备运行稳定后，3月12号开始分别采用臭氧浓度为20 mg/L、40 mg/L、60 mg/L、80 mg/L、100 mg/L进行投加，开始连续运行7天，取混合样进行化验室监测，分析出水CODCr平均值分别是62 mg/L、54 mg/L、47 mg/L、36 mg/L、34 mg/L、32 mg/L，出水色度（倍）平均值分别为29、12、4、2、2、2。

（2）综合考虑出水情况及运行成本，确定臭氧投加浓度在60 mg/L为宜，这样能保证出水CODCr和色度均能稳定达标排放，臭氧浓度过低或者过高会造成出水CODCr和色度不稳定及运行成本高的现象。

3 工艺优化概况

3.1 优化规模

根据现场中试试验可以看出，MBR膜出水只需增加一道臭氧高级氧化深度处理工艺，即可解决此问题。优化规模根据现有提标规模，设计处理规模为5 000吨/天，新增构筑物1座（钢筋混凝土结构），旧池利旧改造，设计流量：Q=210 m3/h，主要尺寸：平面尺寸：18 m*9 m，池深：6.55 m，氧化停留时间：2.5 h，配套设施：尾气处理系统一套。优化后污水厂处理工艺变为“除硬度沉淀池+前臭氧预氧化+AO-AO-MBR膜+后臭氧高级氧化”组合工艺。新增后臭氧高级氧化池于2021年3月底完成。

3.2 调试运行

污水处理厂后臭氧高级氧化工艺于2021年4月开始进水调试运行，在满足所有设备能正常运行的条件下，控制进水流量约210 m3/ h，臭氧投加量约为60 mg/L，并连续运行，观察出水水质情况并连续取样，监测CODCr和色度。监测出水水质指标如表1所示。

表1 监测出水水质指标

3.3 新增费用

深度处理工艺新增的直接运行成本费用为电费，臭氧量按60 mg/L投加：

①吨水O3成本：吨水需0.06 kgO3，耗电：7.5 kW·h/ kgO3，每度电按0.8元计算，则吨水O3电费（元/m3）=0.06×0.8×7.5=0.36元；

②吨水O2成本：每产生1 kgO3需要8 m3O2，耗电：0.45 kW·h/m3O2，每度电按0.8元计算，则吨水O2电费（元/ m3）=0.06×8×0.45×0.8=0.173元；

综上所述，深度处理工艺吨水处理新增电费（①+②）=0.533元/m3（不计人工费用、设备维修费及设备折旧费）。

4 结论

本研究采用后臭氧高级氧化对制革园区污水处理厂MBR膜出水进行深度处理，后臭氧高级氧化工艺臭氧投加量控制在60 mg/L左右，出水CODCr的去除率达到30～40%，色度去除率达到90%以上，解决了出水CODCr和色度因季节导致波动的问题，出水的各项指标均达到排放标准。现场实际新增后臭氧高级氧化深度处理工艺，确定采用“除硬度沉淀池+前臭氧预氧化+AOAO-MBR膜+后臭氧高级氧化”组合工艺对制革综合废水进行处理是可行的。