北京山美水美臭氧工藝-廢水脫色處理

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排放廢水中含有很高的色度，不僅影響接納水體的美觀，特別是嚴重影響太陽光的投射而妨礙水生生物的生長繁殖，因此，必須使廢水出水色度達標排放。目前，國內(nèi)外常見的脫色方法有混凝脫色、吸附脫色、臭氧氧化、膜分離技術(shù)等[1]，采用常規(guī)的混凝脫色法不能有效達到脫色的效果，而且產(chǎn)生大量污泥需二次處理，吸附脫色具有選擇性，價格較高，再生困難等問題，膜分離技術(shù)主要存在膜堵塞，膜污染和投資高的問題[2]。

臭氧是一種極強的氧化劑，能有效去除色、臭、味、酚氰、惰性COD 等，目前利用臭氧技術(shù)脫色，在染料、制漿、檸檬酸行業(yè)已有相關(guān)文獻報告[3-4]，這些文獻大都處于試驗研究階段，工程上應(yīng)用較少，工程上應(yīng)用臭氧技術(shù)主要集中于深度處理和回用方面[5-6]。本文利用臭氧技術(shù)用于廢水的脫色處理改造項目，使其出水色度達到污水綜合排放標準（DB 31/199－2009）二級排放標準規(guī)定的色度≤50 倍。

1 原工藝及存在問題

1.1 原有工藝流程

原廢水處理工藝流程見圖1。各用戶排放廢水經(jīng)混合均化后進入中和池，進行pH 調(diào)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，將硝態(tài)氮變成氮氣從水中去除，并在缺氧條件下大分子物質(zhì)改變成小分子結(jié)構(gòu)，提高其生化性，缺氧池出水流入曝氣池，進行含碳物質(zhì)的生物去除和生物硝化作用，二沉池的污泥回流至缺氧池進口，防止硝態(tài)氮在二沉池發(fā)生反硝化，造成污泥上浮，并使生物系統(tǒng)的活性物質(zhì)濃度保持恒定，二沉池出水進入氣浮池，以提高出水中與懸浮物有關(guān)的污染物指標的去除率，實現(xiàn)深度處理，為保證出水色度達標，出水投加次氯酸鈉進行氧化脫色，后投加亞硫酸氫鈉確保出水總余氯達標，剩余污泥脫水后外運焚燒處理。

圖1 原廢水處理工藝流程

1.2 存在問題

廢水經(jīng)生化+氣浮處理工藝后，雖然能保證COD、BOD5、TN 能達標排放，但依然存在如下問題：

（1）出水色度不能穩(wěn)定達標排放。污水廠有機廢水的進水色度高，發(fā)色成份復(fù)雜，尤其是有一家客戶有機廢水色度高達3 000 度左右（鉑鈷比色法）。雖然污水廠生物處理工藝和后續(xù)的氣浮裝置對色度有一定的去除率，但去除率僅約為28%，氣浮池出水達250～300 度（鉑鈷比色法），為此采取了在出水調(diào)節(jié)池前投加次氯酸鈉的方式，進一步去除色度，保證出水色度達標。

（2）三氯甲烷不能穩(wěn)定達標排放。污水廠進水有機廢水色度波動大，實際運行中往往造成次氯酸鈉過量投加，投加量達11～15 t/d，經(jīng)過最近一個月的統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)在出水調(diào)節(jié)池前加入次氯酸鈉后，三氯甲烷的日平均負荷增加了177%，這不僅造成加藥量的浪費，而且造成三氯甲烷超標風(fēng)險。

（3）污水廠事故池利用率低。高色度廢水被儲存于事故池，后逐步稀釋進入處理系統(tǒng)，削弱了污水廠對其他超標廢水應(yīng)急接收能力。

2 工藝改造

2.1 工藝水質(zhì)、水量

考慮到遠期對排放標準的提高，以及污水廠擴建的影響，設(shè)計臭氧處理水量2.5 萬m3/d，臭氧工藝設(shè)計進水水質(zhì)及排放標準見表1。

表1 臭氧工藝設(shè)計進水水質(zhì)與排放標準

Tab.1 Design influent quality and discharge standard

2.2 工藝流程

改造后的工藝流程如圖2 所示。廢水經(jīng)生化+氣浮處理工藝后，進入臭氧接觸池，氧化脫去水中的色度，遠期也可滿足去除惰性COD 的要求，保留次氯酸鈉和亞硫酸氫鈉加藥投加系統(tǒng)，確保進水色度波動較大時，出水色度等指標能穩(wěn)定達標。

圖2 改造后廢水處理工藝流程

2.3 主要構(gòu)筑物及其工藝參數(shù)

臭氧接觸池：平面尺寸23.4 m×8.2 m，有效水深7.0 m，1 座2 格，接觸時間55 min，臭氧投加量18～25 mg/L。

臭氧制備間：平面尺寸25.0m×15.7m，內(nèi)設(shè)臭氧發(fā)生器1 套（含氮氣投加系統(tǒng)，臭氧發(fā)生系統(tǒng)，臭氧投加與擴散系統(tǒng)、臭氧尾氣破壞系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)，儀表與PLC 控制系統(tǒng)、管道系統(tǒng)等，考慮到遠期去除惰性COD 的要求，預(yù)留3 套空位）；空壓機系統(tǒng)1 套（包括空氣壓縮機，后冷卻器，空氣儲罐，過濾器等），冷卻水系統(tǒng)1 套（包括冷卻水循環(huán)泵，換熱器等）。

液氧儲存區(qū)：新增1 套儲罐，V=30 m3，儲罐與道路的間距滿足《建筑設(shè)計防火規(guī)定》。

3 運行結(jié)果

3.1 色度去除效果

經(jīng)過2 個多月的調(diào)試，臭氧系統(tǒng)進入了穩(wěn)定運行期，目前考慮到水量和經(jīng)濟原因，臭氧處理系統(tǒng)只運行一條線。由圖3 可知（圖中數(shù)據(jù)為10 月2 日～11 月1 日），臭氧對色度去除效率在65%～75%左右，而10 月3 日時，臭氧對色度的去除率不到50%，盡管當(dāng)天加大了臭氧的投加濃度，但分析發(fā)現(xiàn)色度去除率并沒有得到很大的提高，也只有52%，分析發(fā)現(xiàn)10 月3 日的進水量為15 687 m3/d，進水色度306 度（鉑鈷色度），而設(shè)計的每格臭氧系統(tǒng)的處理水量12 500 m3/d，色度250 度（鉑鈷色度），進水色度負荷遠遠高于設(shè)計值，這可能是導(dǎo)致色度去除效率低下的原因。

圖3 臭氧對色度的影響

廢水經(jīng)臭氧氧化后，出水色度還在40～100 度左右，為此，還需投加次氯酸鈉進行進一步的氧化脫色，投加量約3 t/d，出水井色度都在32 度（鉑鈷色度）以下，三氯甲烷小于0.03 mg/L，10 月中旬環(huán)保部門監(jiān)測結(jié)果顯示，色度為35 倍，COD 為60 mg/L，臭氧系統(tǒng)已通過環(huán)保驗收。

3.2 COD 去除效果

惰性COD 很難通過生物方法去除，臭氧的強氧化性可以有效去除一定惰性COD，從圖4 可以看出，臭氧工藝進水COD 約70 mg/L，出水COD 約為58 mg/L，COD 去除率約在15%左右，可滿足遠期COD 排放標準提高的需要，目前，COD 排放標準為小于100 mg/L。

圖4 臭氧對COD 的影響

4 工程效益分析

4.1 投資費用

整個工程總投資約為2 000 萬，其中土建350萬，設(shè)備、材料費用1 200 萬，其它費用（工程安裝費、設(shè)計費、管理費等）約450 萬。

4.2 運行費用

改造前后系統(tǒng)的實際運行費用比較見表2，表2只比較臭氧系統(tǒng)和后續(xù)加藥運行費用，不考慮折舊也不涉及到前端處理運行費用。

從表2 可知，新建臭氧工藝后，雖然增加了臭氧電耗等運行費用，但大大降低了藥劑成本，處理系統(tǒng)的總費用比改造前節(jié)約了0.07 元/m3，并且臭氧系統(tǒng)操作簡單，易于控制，減少了改造前藥劑投加的人力。

表2 改造前后運行費用比較

Tab.2 Comparison of operation cost before and after

4.3 社會及環(huán)境效益

污水廠改造完成后，不但有效解決出水色度，三氯甲烷的不達標問題，消減了排入水體COD 的總量，而且有利于海洋生態(tài)環(huán)境的保護，改善人們的生活環(huán)境，促進經(jīng)濟的發(fā)展。

5 結(jié)論

采用臭氧工藝能夠滿足污水廠對色度達標處理和遠期去除部分惰性COD 的要求，臭氧系統(tǒng)運行費用0.39 元/m3，整個運行費用比改造前減少0.07 元/m3，因而具有較強的經(jīng)濟優(yōu)勢和技術(shù)優(yōu)勢。