臭氧-活性滤池在难降解含腈污水处理中的应用

摘要：本文介绍了臭氧-活性滤池联合工艺在难降解含腈污水处理中的应用，试验结果表明，该工艺运行稳定，对含腈污水COD去除率平均达到72.3%，出水COD平均达到86.5mg/L，实现了含腈污水的有效降解，能够使含腈污水经过处理后排水COD稳定在一个较低的水平。

关键词：催化臭氧；曝气活性滤池；含腈污水；达标排放

某厂采用湿法水相悬浮聚合、转向高速、连续蒸汽定型纺丝工艺路线生产腈纶，排放污水中主要含有聚丙烯腈及反应加成物，是典型高浓度难降解有毒化工污水，具有可生化性差（BOD/COD=0.12~0.20）、含氮量高、难以生物降解等特点。其配套的腈纶污水处理装置主要采用德国LINDE 公司纯氧曝气技术，集中处理丙烯腈和腈纶生产的混合污水，以后经过多次技术改造，主要有增设气浮系统、水解酸化和生物接触氧化系统，排放污水仍然难以达标（国家一级排放标准160mg/L），排放水质指标如表1所示。因此，引进有效的含腈污水处理技术，对于公司污水达标排放及整体环保水平的提高都具有重要的意义。

1国内外研究现状

由于含腈污水中含有的大量低聚物，导致其具有难以生物降解的特性，因此传统生物处理工艺已无法获得满意的结果。在英国，J.M.Wyatt 和 C.J.Knowles利用三段（厌氧、缺氧、好氧）流化床处理聚丙烯腈废水，TKN/COD为0.15-0.26，出水的COD和有机氮分别为175mg/L和13mg/L，而且发现在不同的负荷下降解聚丙烯腈细菌具有多样性。

在国内，上海高桥石化公司腈纶车间利用塔式生物滤池，处理后污水仍然不能达标排放；张亚雷对腈纶废水中的有机污染物理论生物降解性作了表征，解决了腈纶废水有机污染降解出路；赵朝成、王志伟等采用臭氧对腈纶污水进行预处理，实践证明单独依靠臭氧不能解决腈纶污水处理达标问题；基于Fenton氧化技术国内许多学者进行了大量研究工作，如张荣明、姜丽君等采用“Fenton氧化与SBMBR组合工艺处理腈纶废水”，但由于Fenton氧化具有高耗药剂量，成本很高，实际应用还有待研究。

众多研究表明，单纯依靠生化处理工艺不能实现含腈污水达标排放，寻求经济可行处理工艺迫在眉睫。本技术采用过渡金属离子和紫外光复合催化臭氧与微曝气活性滤池工艺处理含腈污水，力求开辟含腈污水处理的新途径。

2臭氧-活性滤池工艺流程简介

臭氧－活性滤池处理含腈污水系统主要由三个处理单元构成，分别是砂滤预处理单元、多相催化臭氧单元和曝气活性滤池单元（见图1）。

首先，为减少多相催化臭氧单元负荷，向待处理废水中投加复合混凝剂使废水中非溶解性COD絮凝，并通过石英砂过滤去除。溶解性COD的去除通过多相催化臭氧单元和曝气活性滤池单元来完成。溶解性COD在多相催化臭氧塔内通过Fe2+复配剂、UV催化臭氧形成的羟基自由基，实现溶解性COD的去除和断链、开环。对于未实现有效去除溶解性COD，则通过曝气活性滤池的生物吸附和生物协同氧化作用得以降解，达到污水合格排放。

3 臭氧-活性滤池工艺原理及特点

3.1 石英砂过滤器

待处理污水中含有悬浮活性污泥等有机和无机组分，为减少多相催化臭氧单元负荷和紫外灯管结垢，向待处理废水投加复合混凝剂使废水中悬浮物絮凝，通过均质石英砂的过滤作用去除悬浮物。均质石英砂过滤器采用气-水联合反冲洗。

3.2 多相催化臭氧塔

多相催化臭氧反应属于高级氧化的范畴，就是通过外加过渡金属离子和紫外光协同催化臭氧，使臭氧通过复杂的链式反应产生羟基自由基，通过羟基自由基氧化废水中难降解的有机组分，实现难降解有机组分的去除和断链、开环。通过控制多相催化臭氧塔水力停留时间，使其氧化效能得以充分发挥，但不使废水中有机物显著矿化，大部分有机物通过链式反应氧化为有机酸，表现在多相催化臭氧塔内降pH值低，塔内pH值通常保持在3~5范围内。臭氧在水中的链式反应如图2所示。

3.3 曝气活性滤池

曝气活性滤池是本工艺的核心部分，是受法国OTV公司的BIOSTR工艺和法国SUEZ-里昂水务DEGREMONT公司BIOFOR技术，以及活性污泥中投加粉末活性炭PACT工艺启发，将生物滤池设计成双向流曝气，使其能够实现升、降流一体化工作，填料采用活性炭与陶粒分隔装配，实现生物氧化、生物置换、生物吸附作用，形成曝气活性滤池工艺。

曝气活性滤池是结合了曝气生物滤池和生物吸附-氧化技术于一体，能够发挥活性炭生物吸附作用和生物膜协同氧化作用，达到最大限度降解有机物，强化了生物处理作用，提高了处理效能。可以减少工业废水处理过程中的抑止作用，去除难降解优先污染物，达到以下功效：（1）通过活性炭减少了生物毒性或抑制作用，增加有机物的生物降解性能；（2）通过活性炭吸附，增加了与生物质的接触时间，通常不降解的物质也发生了降解作用；（3）置换/吸附现象，高分子量化合物置换低分子量化合物，提高了吸附效率并降低了毒性。

微曝气活性滤池内微生物相呈阶梯分布，升流区多以杆菌和球菌为主，降流区多以放线菌丝为主，滤池内的微生物光学显微镜和扫描电镜照片如下图3所示。

4试验结果分析

4.1 出水COD情况

试验期间，对进水、臭氧反应器出水以及曝气活性滤池出水COD情况分别进行了连续一个月的监测，结果如下图所示。

试验期间，进水、臭氧反应器出水以及曝气活性滤池出水COD平均值分别达到315.8mg/L、231.9mg/L和86.5mg/L。由图4曲线可以看出，臭氧反应器出水COD随着进水水质情况而变化，两者具有相似的变化趋势，而曝气活性滤池出水COD则较为平稳。说明臭氧反应器系统主要起到稳定来水水质、提高可生化性的作用，曝气活性滤池对污水具有良好的降解作用，整个系统出水稳定性较高，出水COD能够达到国家标准。

4.2 各单元COD去除率情况

监测臭氧反应器、曝气活性滤池和整个系统对COD的去除率发现，上述三部分对COD去除率平均值分别为27.0%、61.4%和72.3%，也说明曝气活性滤池为整个系统的核心部分，对COD的去除起到了决定性作用。

5 结论

（1）采用臭氧-活性滤池工艺处理难降解含腈污水，工艺运行稳定，对COD去除率平均达到72.3%，出水COD平均达到86.5mg/L，能够达到国家控制标准；

（2）臭氧-活性滤池工艺对有机物的去除包括三个过程，即催化臭氧氧化、活性炭吸附和生物降解。通过该工艺，臭氧能使难氧化降解的高分子有机物氧化成易生物降解的低分子有机物，这不仅为微生物降解有机物创造了条件，也减轻了滤池内活性炭的吸附负荷。同时，微生物降解被活性炭吸附的污染物的过程，客观上起到了使活性炭再生的作用；

（3）曝气活性滤池内微生物相非常丰富，且呈阶梯分布，对有机物的降解非常彻底和完全。

参考文献：

［1］欧阳丽，王晓明，张亚雷．我国腈纶废水生化法处理进展［J］．工业水处理，2001，9（1）：33～35

［2］蔡晓东，郑帼．腈纶废水处理的问题和研究现状［J］．工业水处理，2002，5（3）：27～29

［3］吕锡武，张朝晖．臭氧－生物活性炭工艺对溶解性有机物的去除研究［J］．环境工程，2005，3（2）：33～35

［4］李魁晓，杜婧茹，刘辉．臭氧-曝气生物滤池深度处理组合工艺研究［J］．水工业市场杂志，2010，5（4）：54～55

［5］苏定江．臭氧活性炭联合工艺去除微污染水中有机物．工业用水与废水［J］，2005，36（2）：11～14

作者信息：

高阳，大庆石化公司水气厂工业水车间，1978年8月出生，自2006～2011年一直从事工业水处理工作。

注：“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”