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學術論文

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核心技術學術論文研究成果

臭氧氧化結合生化法深度處理漂染廢水工藝研究

發布時間：2017-12-21

——青島中通臭氧科技有限公司賈振民蘇建華李勇
一、前言：
建設和諧社會是我國經濟和社會發展的主旋律，其中包含極為重要的環保課題，“十七大”、“十一·五”經濟發展規劃就著力解決經濟快速發展與資源環境的矛盾作出了重大戰略決策，積極支持和扶持資源節約型、資源可循環利用型、綠色環保型、可持續發展型等類型項目和企業的發展。即要加快建設資源節約型、環境友好型的和諧社會。所謂環境友好型和諧社會，就是全社會都采取有利于環境保護的生產方式、生活方式和消費方式，建立與自然環境良性互助的關系。要落實和實現建設環境友好型社會的目標，就必須要以環境承載力為基礎，以遵循自然規律為準則，以綠色科技為動力，倡導環境文化和生態文明，構建經濟社會環境協調發展的社會體系，實現可持續發展。
山東某針織制衣有限公司自投產之日始，領導決策層就以保護生態環境、建設環境友好型的和諧社會為己任，奉行清潔生產的管理方針，生產中使用的原材料、染化料、輔料等都是綠色環保型的，并早已取得了瑞士紡織鑒定有限公司Oeko-Tex standard 100生態紡織品認證證書、Intertek天祥生態紡織品認證證書、荷蘭SKAL綠色生態有機棉生產認證證書等國際市場上的綠色環保通行證。對于現有的生產設備和工藝技術也不斷的進行更新和技術改造，以符合建設資源節約型、環保友好型和諧社會的要求，去年實施的“染整廢水SCT脫硫除塵技術研究項目”，就是利用染整車間生產后排放的堿性廢水，經過SCT脫硫除塵設備將鍋爐燃煤所產生的大量SO2、NOx及煙塵、林格曼黑度截留和吸收下來，在以廢治廢、資源循環利用的前提下，實現了生態環境的有機循環，改善了自然環境的質量和面貌，提供了有益的經驗，在此技改基礎上，公司領導層作出了“提高漂染污水處理效果、加強節能減排力度、降低治污成本，給中水回用做好準備，更好的為環境保護作出貢獻”。通過考察和實驗研究，結合青島中通臭氧科技有限公司臭氧專家指導，決定采用臭氧氧化技術結合生化法深度處理漂染廢水，該工程為綠色環保節能型的科學研究與技術示范項目。此前漂染廢水的處理工藝為生化處理+混凝沉淀+脫色劑的污水處理設施，凈化公司辦公樓產生的生活污水與漂染車間生產排放的大量坯布前處理及染色廢水。上述技術路線于2001年國家環?？偩趾蛧野l改委聯合發布，用以指導我國印染行業的廢水治理，但污水COD值高、色度大、還有難以降解的有機物和部分印染染料難以去除的色度，往往不能滿足排放標準COD ≤100mg/L、色度≤ 40（倍）的要求。在科技人員多次研究實驗的基礎上，決定在生化處理前，先進行臭氧強氧化新技術預處理，再進行生化降解和臭氧氧化脫色的深度處理，使剩余有機物及色度污染物進一步去除，舍去了以前價格昂貴的脫色劑和混凝劑，使用此方法，既大大降低處理成本，又實現達標排放和節能減排的要求。在此基礎上，不斷總結經驗，為實現中水循環回用實現零排放奠定基礎，實現廢水資源化，創造更大的社會效益和經濟效益。

臭氧氧化漂染廢水難降解有機物的分解及脫色機理：
臭氧是目前世界公認的綠色強氧化劑，具有多種功能，尤其是能提高難降解有機物的生物降解度。其機理在于通過臭氧氧化原子能組進所處理的物質中，改變原有物質的分子結構和性能，從而提高其生物降解度。漂染廢水中含有多種難降解的有機物，用臭氧氧化技術進行生物前處理印染高濃度有機廢水，從理論分析，是完全可行的，諸如其它行業（如農藥廠、化工廠、制藥廠、焦化廠等）也有類似用途，目前的研究應用也在進行中。染料顯色是由其發色基團引起的，如乙烯基,偶氮基,氧化偶氧基,羥基,硫酮,亞硝基,亞乙烯基等.，這些發色基團都有不飽和鍵，臭氧能使染料中所含的這些基團氧化分解，生成分子量較小的有機酸和醛類，使其失去發色能力。所以，臭氧既是氧化劑又是良好的脫色劑。從根本上講，臭氧的脫色原理就是臭氧及其產生的活潑自由基（·OH）使染料發色基團中的不飽和鍵斷裂，從而改變了原有分子結構和化學特性，達到了脫色和降解有機物的目的。臭氧對各種染料的作用結果有所不同，對親水性染料脫色快、效果好；對疏水性染料脫色速度慢、效果差。漂染廢水經臭氧技術預處理后，提高了難降解有機物的生物降解度，并去除了絕大部分色度，使后續的生化處理達到較佳效果。在生物難降解處理的廢水中，在廢水中各種成分相對穩定的情況下，COD與BOD之間存在著一定的比例關系，通常CODcr＞BOD20＞BOD5 。其中比值可作為廢水是否適宜生化法處理的一個重要衡量指標，比值越大越容易被生化處理。通常認為＞0.3 的廢水才適宜用生化法處理，換言之，生物降解度指標判定方法：若 ≈0，則難以生物處理；若 ≈0.2，則存有生物學上難分解的有機物；若＞0.3，則適宜生物處理；若＞0.6，則易生物處理。
研究證明：紡織廢水中的有色（聚）芳香族化合物（常含有大量Cu、Ni、Zn、Cr等金屬離子混合在一起），表面活性劑以及氯基苯酚類、苯磺酸類等幾十種難降解置換芳香族化合物，經臭氧氧化后，＞0.4，呈增加趨勢，COD值減小60～70%。苯酚和硝基苯酚類進行臭氧氧化，臭氧氧化前屬于難以降解的硝基苯酚類＝0.03～0.06，經過數十分鐘臭氧氧化，生物降解度得到提高，變為 0.55～0.9，成為易降解物（TOC——總有機碳）。
因此，廢水中的難降解有機物經臭氧氧化后，成為低分子且分子結構發生了變化，去除了阻礙生化的因素，使生物降解度得到了改善，大大的提高了可生化性，可作為廢水生物處理的預處理工藝。研究顯示，影響臭氧氧化的主要因素有水溫、PH值、懸浮物濃度、臭氧濃度、臭氧投放量、接觸時間和剩余臭氧等。工程實踐表明，“臭氧氧化技術”處理漂染廢水具有較好的效果。如表一所示：
表一臭氧處理染料廢水試驗效果表

染料	結構	臭氧投加量（mg/L）	COD去除率（％）	色度去除率（％）
酸性藍142	三苯基甲烷	48.3	32.7	13.2
酸性藍142	三苯基甲烷	98.3	45.5	93.1
酸性藍113	偶氮類	53	6.3	89.3
酸性藍113	偶氮類	108	56.4	99.6
酸性藍260	蒽醌類	33	7.6	81.2
酸性藍260	蒽醌類	68	43.6	98.3
酸性藍414	偶氮類	40.3	16.5	96.7
酸性藍414	偶氮類	82.6	39.3	99.9
還原染料	蒽醌類	42	5.5	1.5
還原染料	蒽醌類	86	39.3	25.6
還原綠1	偶氮類	43	15.4	14.5
還原綠1	偶氮類	92	38.6	56.2
直接紅60	偶氮類	43	43	94.4
直接紅60	偶氮類	92	99.8	99.9
分散藍56	蒽醌類	40.3	8.6	2.8
分散藍56	蒽醌類	84.6	36.7	98.9
分散藍235	偶氮類	33.7	20.5	6.9
分散藍235	偶氮類	68.6	39.6	18

目前國內染色廢水大都采用生化加混凝沉淀的處理工藝，在采用這種工藝處理后，廢水的COD和色度去除率不太理想，因為廢水中含有難以生物降解的高分子助劑和合成染料， “臭氧氧化技術”作為一種高級氧化技術，可以用于去除漂染廢水的色度和難降解有機物等。工程測試中，將臭氧通入順流式微孔擴散反應器擴散到廢水中，用恒定的臭氧濃度（每升氣體中臭氧濃度含量25mg）處理恒定流量的染色廢水，氧化反應的接觸時間分別取5min、10 min、15 min、20 min、30 min、60 min、試驗結果見表二。
表二不同接觸時間下臭氧處理印染廢水的測試數據

反應接觸時間（min）	臭氧耗量（mg/L）	PH值	CODcr（mg/L）	CODcr去除率（％）	色度（稀釋法）倍	脫色率（％）
0	0	11.5	1376.1	0	500	0
5	400	10.7	1065.0	25	350	30
10	800	9.5	780.6	44	220	58
15	1300	8.4	623	55	110	76
20	1750	8.1	500.2	63	80	82
30	2600	7.4	456.3	70	40	93
60	4800	7.3	370.3	74	20	96

經30min臭氧氧化反應處理后基本變成無色無味的中性水，出水COD為456.3mg/L，去除率為70％、脫色率為93％。

廢水在單位體積中的投加臭氧量與COD降解量及去除率的關系如圖一所示。從圖一中臭氧耗量和COD的關系曲線得到：臭氧耗量在0～1700mg時，曲線較陡直，氧化效率較高，COD去除率上升很快，此時去除1mg的COD平均需要2.2mg臭氧。

      廢水在單位體積中的投加臭氧量與色度及脫色率的關系如圖二所示。同樣在圖二中，臭氧耗量在0～1700mg區間時，曲線較陡直，去除色度較快，脫色率較高。
通過對實驗結果的分析，可以得出如下結論：“臭氧生物前處理氧化技術”對于漂染廢水有良好的脫色、降解難以降解的有機物和提高廢水的可生化性的效果?！俺粞跎锴昂筇幚硌趸夹g”的資金投入，也有明顯的優勢，它比傳統工藝上大量使用混凝劑和脫色劑的資金投入要少。而且“臭氧氧化技術”無污泥產生，無二次污染，符合清潔生產的技術要求。所以采用“臭氧氧化技術”深度處理漂染廢水的工程研究，技術上是可行的，工程上也是可靠的，是可持續發展的環保項目。
四、經濟上的可行性
      從國內、外的環境污染治理項目的運行來看，投資問題，運行成本的高低，是人們關心的首要問題和制約因素。因此，對采用“臭氧氧化技術”的技術效果好壞，以及一次性投資和運行費用等問題，也是使用臭氧設備單位反復研究、探討、斟酌的首要問題。在組織科技人員調研和測試中始終在考慮：項目的研究必須要符合力所能及和穩妥的方針，決不能盲目擴大項目和不計運行成本，既要成功，高效的解決染色廢水的脫色、降解難以降解的有機物和提高廢水的可生化性，又要低成本運行，以便切實可行的保障污水處理的質量。應盡可能使用造價較低、效率較高和節約能源的設備，規劃設計一套切實可行的工藝流程，做到工程建設多快好省，設施布局經濟合理。
      經測試和論證后認為，該研究項目運行后，可減少脫色劑、凝聚劑的投入，并削減污泥量的產生和處置。雖然比原來增加了臭氧發生器系統的用電量，但按該項目的臭氧發生器每日耗電216KW/H，年運行360天計算，預計每年仍可節省運行成本38萬余元。如表三所示
表三按污水處理能力1000噸/日核算的經濟效益

項目名稱	使用量			單價	現設施消耗金額（元）	新項目消耗金額（元）	節省資金（元）
	現設施		新項目
脫色劑	1‰	1‰		1500元/噸	1500	300	1200
堿式氯化鋁	0.5‰	0.5‰		2000元/噸	75	15	60
電力	816kw·h/d	1032 kw·h/d		0.86元/kw·h	701.76	887.5	－185.70
合計					2276.76	1202.50	1074.30

從研究測試結果來看：“臭氧生物前后處理氧化技術”深度處理漂染廢水技術在經濟效益上是可行的。
五、項目的投資概算
以前使用的生化處理與混凝沉淀和投加脫色劑的綜合漂染污水處理設施已運行多年，但仍存在某些染料和有機助劑因有機結構的不同，導致生化降解困難，脫色劑難以脫色，運行成本偏高的問題?，F決定采用“臭氧氧化技術”改進現有的污水處理設施，采用“臭氧氧化技術與生化法”相結合深度處理漂染廢水的新技術和新工藝，先用“臭氧氧化技術”降解難以生化處理的強有機物和難以脫色的部分染色廢水，并在處理工藝末端用臭氧技術進一步脫色。研究項目在利用原有設施的基礎上，需增加臭氧發生器、空氣壓縮與凈化設備、配套的高壓電器設施及機房，改造排污管網的布局，改建污水處理池等。
“采用‘臭氧氧化技術與生化法’相結合深度處理漂染廢水研究項目”經測試論證后，認為在技術上是可行的，經濟上也是可取的。在研究項目建成后的運行中，仍需不斷試驗、探討和總結經驗，為下一步節能減排的改進和提高運行效率積累經驗。同時，也為擴大其使用領域做一些有益的探討和試驗，使節能減排在清潔生產、節約水資源和能源、減污增效、逐步實現漂染廢水的零排放等方面積累經驗。
該研究項目投資為81.4萬元。如表四，表五所示。
表四設備材料投資一覽表

	名稱	規格型號	單位	數量	單價（萬元）	總價（萬元）
1	臭氧發生器	CF-G-2-1000G	臺	1	20	20
2	無油空壓機		臺	1	1.6	1.6
3	冷干機		臺	1	1	1
4	空氣過濾器	粗、中、精、活性碳	套	4	0.25	1
5	儲氣罐		臺	1	0.8	0.8
6	變壓吸附制氧器		套	1	7	7
7	臭氧曝氣裝置		套	1	3.8	3.8
8	輸水管道	不銹鋼	米	300	0.03	9
9	設備用主電纜	1KV3×50+2×25	米	300	0.018	5.4
10	電器控制柜		套	1	9	9
11	其它					10
	合計					65.6

表五建筑構建物資投資一覽表

序號	名稱	建筑尺寸	單位	數量	單價（元）	總價（萬元）	結構
1	設備廠房	60米2	套	1	600	3.6	鋼混
2	沉淀池	200米2	套	2	360	7.2	鋼混
3	工費及其它					5
	合計					15.80

結論：采用“臭氧氧化技術與生化法” 相結合深度處理漂染廢水的研究項目，符合我國“十一·五” 經濟發展規劃的要求，是技術先進、工藝合理、節約資源、綠色環保且可持續發展后勁強勁的資源節約型綠色環保節能項目，是清潔生產環節上的重要一環。必將為我國的經濟發展和實現建設環境友好型和諧社會的目標作出應有的貢獻。

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