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臭氧氧化法在污水厂二沉池出水中应用的实验探索

发表时间：2021/4/16 来源：《基层建设》2020年第32期作者：王欣

[导读] 摘要：某城市污水处理厂二沉池出水COD浓度高、色度高，研究采用臭氧氧化法对其降解效果，确定臭氧最佳投加量。

        莱西市污水处理管理处山东莱西 266600
        摘要：某城市污水处理厂二沉池出水COD浓度高、色度高，研究采用臭氧氧化法对其降解效果，确定臭氧最佳投加量。结果表明：COD、BOD5、色度随着反应时间的进行而降低，臭氧对COD、BOD5、色度的平均去除率分别为43.09%、61.64%、82.52%，臭氧对氨氮的去除效果较小，平均为10.5%。通过实验，确定臭氧最佳投加量为15g/m3污水。
        关键词：臭氧氧化；深度处理；城市污水处理厂
        随着国家对环境标准的提高及城市再生水回用需要，大部分城市污水处理厂需要进行深度处理，提高出水标准至一级A标准或更高标准。很多城市污水处理厂由于工业废水多，二沉池出水COD等有机物浓度高，而且含有大量难降解有机物，仅采用原有生化处理方法很难达到国家规定的更高排放标准，必须辅助物化处理方法可以解决出水不达标问题。物化处理方式常用的有混凝沉淀、过滤、臭氧氧化以及膜技术等，混凝沉淀、过滤工艺对难降解COD去除率较小，采用活性炭吸附、膜处理投资高，运行费用高，管理不便，而臭氧氧化具有去除效果好，运行管理简单优势。
        臭氧（O3）具有极强的氧化能力，其氧化性仅次于氟（F2），氧化还原电位为2.07v，可以使很多有机物彻底降解，其反应速度快，而无有害残留物，原料易得，使用方便，不形成二次污染，在水中对细菌，病毒等微生物杀灭率高。臭氧氧化应用于大型城市污水深度处理工程实例鲜有报道，工艺可靠性及臭氧投加量需通过实验确定，本实验以某污水处理厂二沉池出水作为原水，研究了臭氧对有机物的降解规律、去除效率，通过实验确定臭氧投加量。
        1、实验材料和方法
        1.1实验装置
        本实验装置的主体设备是臭氧发生器、反应器，臭氧发生器采用空气源臭氧发生器，设备型号200g/hr（空气源），含：空压机、空气过滤器、空气净化器、臭氧发生器、电控柜、冷却水系统等。反应器采用直径800mm、高6m、容积3立方米的不锈钢反应罐，上进水下出水，底部采用曝气盘。
        1.2实验水质
        本实验所采用的污水为某城市污水处理厂二沉池的出水。CODcr（mg/L）58～126，BOD5（mg/L）8.6～17.6，氨氮（mg/L）14～25.2，pH6～8，色度38～72，TP（mg/L）1～2。
        1.3实验方法
        反应器内加满污水，恒定臭氧产量，取反应时间5min，10min，20min，30min，40min，60min，70min，90min的水样，测定COD、BOD5、色度值，根据测定结果，分析COD、BOD、色度的降解规律，通过曲线计算出臭氧最佳投加量。
        恒定臭氧投加量和臭氧与污水的反应时间，采用连续进水、连续出水运行，测定反应前后COD、BOD5、色度、NH3-N值，分析和评价臭氧氧化对二沉池出水COD、BOD5、色度和氨氮等指标的去除能力。
        1.4监测方法
        本实验COD、BOD5、氨氮、色度的监测均按国家标准水和废水监测分析方法（中国环境科学出版社，2002）分析。
        2.实验结果及分析
        2.1臭氧氧化COD、BOD5、色度降解规律及臭氧投加量计算
        水温10～15℃，将反应器内水加满，调节臭氧发生器的阀门，通过流量计控制臭氧产量为45g/hr，不同反应时间下COD、BOD5、色度的值。COD、BOD5、色度的降解规律和变化趋势基本相同，均随着反应时间的增长而减少，在前60min时间内，COD浓度、色度降解速度比较快，分别降至40mg/L、5mg/L、10度，去除率分别为：42.86%、58.33%、83.3%。60min后，COD、BOD、色度降解速度较慢，去除率较小，出现鱼腥味，说明：60min内，臭氧对COD、BOD5、色度降解基本结束，臭氧从水中溢出。60min后，臭氧对COD、BOD5、色度虽有降解，去除率小，不是最经济的投加量，60min反应时间时臭氧投加量为最佳投加量。

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        反应器容积3m3，计算可知，水温10～15℃，此城市污水处理厂二沉池出水臭氧最佳投加量为15g/m3污水。
        2.2 对COD、BOD5、色度、氨氮有机物去除效果及分析
        调节臭氧发生器的阀门，控制臭氧投加量15g/m3污水，臭氧与水的反应时间为60min。进水流量为3m3/h，采用连续进水、连续出水，实验期间水温10～15℃，臭氧氧化对COD、BOD5、色度、氨氮的去除效果及分析如下。
        2.2.1对COD去除效果及分析
        二沉池出水COD为58～126mg/L，平均值为77.8mg/L，经过臭氧氧化后COD降为36.6～77mg/L，出水COD的平均值为44.01mg/L。臭氧氧化对二沉池出水COD的去除率平均43.09%。
        当进水COD最低为58mg/L时，臭氧氧化后出水COD达到了36.6mg/L，当进水COD 最高达到126mg/L时，出水COD达到了77mg/L。臭氧氧化出水COD虽然平均值为56.8mg/L，随着进水COD的上升，其出水COD值也随着上升。臭氧与水中的有机物反应是极其复杂的，通常是通过2条途径来进行，即臭氧的直接氧化反应和臭氧分解产生羟基自由基的间接反应。臭氧直接氧化可将水中部分有机物直接彻底氧化为CO2和H2O，表现为直接去除COD的作用，臭氧氧化亦能够改变有机物的结构特性。在本实验条件下，单独依靠臭氧氧化可将二级出水的COD平均降低到50mg/L以下。当然，也可将臭氧氧化与其他工艺（混凝沉淀、过滤等）组合深度处理污水处理厂二沉池出水。
        2.2.2 对BOD5去除效果
        二沉池出水BOD5为8.6～17.6mg/L，平均值为12.76mg/L，经过臭氧氧化后BOD5降为3.2～6.2mg/L，出水BOD5的平均值为4.84mg/L。臭氧氧化对二沉池出水BOD5的去除率平均可达到61.64%。
        前边所述，臭氧与水中的有机物反应是极其复杂的，通常是通过2条途径来进行，但臭氧氧化有机物一般先氧化易降解的物质，再氧化难降解的物质，BOD5相比较而言较易降解，所以臭氧对二沉池出水BOD5去除率高，去除效果好，单独依靠臭氧氧化可将二沉池出水的BOD5降低到10mg/L以下。
        2.2.3 对色度去除效果
        二沉池出水色度为38～72度，平均值为56.3度，经过臭氧氧化后色度降为0～10度，出水色度的平均值7.5度。臭氧氧化对二沉池出水色度的平均去除率可达到82.52%。
        水中的色度主要由溶解性有机物、悬浮胶体、铁锰和颗粒物引起的，致色有机物的特征结构是带双键和芳香环，臭氧通过与不饱和官能团反应、破坏这些官能团的结构而去除真色；同时臭氧可氧化铁、锰等无机呈色离子，最终达到去除真色的目的。本实验条件下，臭氧氧化后出水色度的平均值为7.5度，实验期间还出现了臭氧氧化出水色度为0度的情况。可见，臭氧氧化对色度有较好的处理效果。
        2.2.4 对氨氮去除效果
        二沉池出水氨氮为14～25.2mg/L，平均值为18.84mg/L，经过臭氧氧化后氨氮降为13.2～23.2mg/L，出水氨氮平均值为16.87mg/L。臭氧氧化对二沉池出水氨氮的去除率平均可达到10.5%。
        臭氧氧化对氨氮的去除效果较差，平均去除率仅为10.5%。因此，单独依靠臭氧氧化很难将二沉池出水中的氨氮去除，须与其它生物处理工艺组合处理二沉池出水氨氮。
        3.结论
        （1）实验结果表明：臭氧氧化工艺对二沉池出水COD、BOD5、色度具有很强的氧化降解作用，COD、BOD5、色度的平均去除率分别为43.09%、61.64%、82.52%。
        （2）实验结果表明：臭氧氧化工艺对二沉池出水氨氮去除效果小，平均去除率为10.5%，须与其它生物处理工艺组合处理二沉池出水氨氮。
        （3）通过实验确定臭氧的最佳投加量为15 g/m3污水。