臭氧工艺-废水脱色处理

排放废水中含有很高的色度，不仅影响接纳水体的美观，特别是严重影响太阳光的投射而妨碍水生生物的生长繁殖，因此，必须使废水出水色度达标排放。目 前，国内外常见的脱色方法有混凝脱色、吸附脱色、臭氧氧化、膜分离技术等[1]，采用常规的混凝脱色法不能有效达到脱色的效果，而且产生大量污泥需二次处 理，吸附脱色具有选择性，价格较高，再生困难等问题，膜分离技术主要存在膜堵塞，膜污染和投资高的问题[2]。

臭氧是一种极强的氧化剂，能有效去除色、臭、味、酚氰、惰性COD 等，目前利用臭氧技术脱色，在染料、制浆、柠檬酸行业已有相关文献报告[3-4]，这些文献大都处于试验研究阶段，工程上应用较少，工程上应用臭氧技术主 要集中于深度处理和回用方面[5-6]。本文利用臭氧技术用于废水的脱色处理改造项目，使其出水色度达到上海市污水综合排放标准（DB 31/199－2009）二级排放标准规定的色度≤50 倍。

1 原工艺及存在问题

1.1 原有工艺流程

原废水处理工艺流程见图1。各用户排放废水经混合均化后进入中和池，进行pH 调整至6～9，后出水自流入缺氧池，在反硝化菌作用下，并有外加的乙酸提供能量，将硝态氮变成氮气从水中去除，并在缺氧条件下大分子物质改变成小分子结 构，提高其生化性，缺氧池出水流入曝气池，进行含碳物质的生物去除和生物硝化作用，二沉池的污泥回流至缺氧池进口，防止硝态氮在二沉池发生反硝化，造成污 泥上浮，并使生物系统的活性物质浓度保持恒定，二沉池出水进入气浮池，以提高出水中与悬浮物有关的污染物指标的去除率，实现深度处理，为保证出水色度达 标，出水投加次氯酸钠进行氧化脱色，后投加亚硫酸氢钠确保出水总余氯达标，剩余污泥脱水后外运焚烧处理。

图1 原废水处理工艺流程

Fig.1 Flow chart of original wastewater treatment process

1.2 存在问题

废水经生化+气浮处理工艺后，虽然能保证COD、BOD5、TN 能达标排放，但依然存在如下问题：

（1）出水色度不能稳定达标排放。污水厂有机废水的进水色度高，发色成份复杂，尤其是有一家客户有机废水色度高达3 000 度左右（铂钴比色法）。虽然污水厂生物处理工艺和后续的气浮装置对色度有一定的去除率，但去除率仅约为28%，气浮池出水达250～300 度（铂钴比色法），为此采取了在出水调节池前投加次氯酸钠的方式，进一步去除色度，保证出水色度达标。

（2）三氯甲烷不能稳定达标排放。污水厂进水有机废水色度波动大，实际运行中往往造成次氯酸钠过量投加，投加量达11～15 t/d，经过最近一个月的统计，发现在出水调节池前加入次氯酸钠后，三氯甲烷的日平均负荷增加了177%，这不仅造成加药量的浪费，而且造成三氯甲烷超标 风险。

（3）污水厂事故池利用率低。高色度废水被储存于事故池，后逐步稀释进入处理系统，削弱了污水厂对其他超标废水应急接收能力。

2 工艺改造

2.1 工艺水质、水量

考虑到远期对排放标准的提高，以及污水厂扩建的影响，设计臭氧处理水量2.5 万m3/d，臭氧工艺设计进水水质及排放标准见表1。

表1 臭氧工艺设计进水水质与排放标准

Tab.1 Design influent quality and discharge standard

2.2 工艺流程

改造后的工艺流程如图2 所示。废水经生化+气浮处理工艺后，进入臭氧接触池，氧化脱去水中的色度，远期也可满足去除惰性COD 的要求，保留次氯酸钠和亚硫酸氢钠加药投加系统，确保进水色度波动较大时，出水色度等指标能稳定达标。

图2 改造后废水处理工艺流程

Fig.2 Flow chart of current wastewater treatment process

2.3 主要构筑物及其工艺参数

臭氧接触池：平面尺寸23.4 m×8.2 m，有效水深7.0 m，1 座2 格，接触时间55 min，臭氧投加量18～25 mg/L。

臭氧制备间：平面尺寸25.0m×15.7m，内设臭氧发生器1 套（含氮气投加系统，臭氧发生系统，臭氧投加与扩散系统、臭氧尾气破坏系统、供配电系统，仪表与PLC 控制系统、管道系统等，考虑到远期去除惰性COD 的要求，预留3 套空位）；空压机系统1 套（包括空气压缩机，后冷却器，空气储罐，过滤器等），冷却水系统1 套（包括冷却水循环泵，换热器等）。

液氧储存区：新增1 套储罐，V=30 m3，储罐与道路的间距满足《建筑设计防火规定》。

3 运行结果

3.1 色度去除效果

经过2 个多月的调试，臭氧系统进入了稳定运行期，目前考虑到水量和经济原因，臭氧处理系统只运行一条线。由图3 可知（图中数据为10 月2 日～11 月1 日），臭氧对色度去除效率在65%～75%左右，而10 月3 日时，臭氧对色度的去除率不到50%，尽管当天加大了臭氧的投加浓度，但分析发现色度去除率并没有得到很大的提高，也只有52%，分析发现10 月3 日的进水量为15 687 m3/d，进水色度306 度（铂钴色度），而设计的每格臭氧系统的处理水量12 500 m3/d，色度250 度（铂钴色度），进水色度负荷远远高于设计值，这可能是导致色度去除效率低下的原因。

图3 臭氧对色度的影响

Fig.3 Effect of ozone on effluent color

废水经臭氧氧化后，出水色度还在40～100 度左右，为此，还需投加次氯酸钠进行进一步的氧化脱色，投加量约3 t/d，出水井色度都在32 度（铂钴色度）以下，三氯甲烷小于0.03 mg/L，10 月中旬环保部门监测结果显示，色度为35 倍，COD 为60 mg/L，臭氧系统已通过环保验收。

3.2 COD 去除效果

惰性COD 很难通过生物方法去除，臭氧的强氧化性可以有效去除一定惰性COD，从图4 可以看出，臭氧工艺进水COD 约70 mg/L，出水COD 约为58 mg/L，COD 去除率约在15%左右，可满足远期COD 排放标准提高的需要，目前，COD 排放标准为小于100 mg/L。

图4 臭氧对COD 的影响

Fig.4 Effect of ozone on effluent COD

4 工程效益分析

4.1 投资费用

整个工程总投资约为2 000 万，其中土建350万，设备、材料费用1 200 万，其它费用（工程安装费、设计费、管理费等）约450 万。

4.2 运行费用

改造前后系统的实际运行费用比较见表2，表2只比较臭氧系统和后续加药运行费用，不考虑折旧也不涉及到前端处理运行费用。具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。

从表2 可知，新建臭氧工艺后，虽然增加了臭氧电耗等运行费用，但大大降低了药剂成本，处理系统的总费用比改造前节约了0.07 元/m3，并且臭氧系统操作简单，易于控制，减少了改造前药剂投加的人力。

表2 改造前后运行费用比较

Tab.2 Comparison of operation cost before and after

4.3 社会及环境效益

污水厂改造完成后，不但有效解决出水色度，三氯甲烷的不达标问题，消减了排入水体COD 的总量，而且有利于海洋生态环境的保护，改善人们的生活环境，促进经济的发展。

5 结论

采用臭氧工艺能够满足污水厂对色度达标处理和远期去除部分惰性COD 的要求，臭氧系统运行费用0.39 元/m3，整个运行费用比改造前减少0.07 元/m3，因而具有较强的经济优势和技术优势。

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