臭氧氧化生物接触氧化处理黑臭水鲁秀国

城市污水的排放量越来越大，未经处理的污水随之进入河流，由于河流中的微生物的分解、河水扰动等现象会导致出现季节性或者终年性的河水黑臭现象，严重时甚至会危害人体的健康。河水发臭的主要原因就是有机物腐败和分解，分解溶液产生硫化氢、氨氮、腐殖质等恶臭物质，同时还会释放大量的蔡烷醇类和甲基异莰醇等致臭物质[1]。因此，对于黑臭水体的治理已迫在眉睫。黑臭水体治理主要有外源减排技术、内源控制技术、水质净化技术、补水活水技术和生态修复技术五大类[2]。而针对已污染的河流我们往往采取水质净化技术治理黑臭水体，往往是对水体进行人工曝气或者充氧，该做法可以提高水中的溶解氧，防止厌氧分解和氧化黑臭物质，达到净化水质的效果[3]。臭氧是一种强氧化剂，主要有杀菌消毒、脱色除味及去除有机物的优点[4]。生物接触氧化工艺是一种好氧生物膜工艺，具备生物膜和生物膜法的特点，生物接触氧化中曝气采用超微米曝气管，超微米曝气管的气泡粒径在50μm以下，气泡比表面积大、传氧速率快以及停留时间长等优点[5]，该方法已在国内外水处理领域得到了应用。1实验部分1.1本次实验所用的黑臭水，为江西某高校排污口的污水，由于无法流通导致水中缺氧，伴随着臭味，逐渐形成了黑臭水。其中COD为120～230mg/L，NH3-N质量浓度为15～20mg/L，pH为6～7。1.2实验工艺流程见图1。采用臭氧氧化-生物接触氧化工艺处理黑臭水体，黑臭水体通过潜水泵进入臭氧氧化池，臭氧发生器以空气为气源，利用电晕发电法[6]制备臭氧，介质为搪瓷，设计臭氧发生量为30g/L；经过臭氧氧化后的黑臭水通过溢流进入生物接触氧化池，生物接触氧化池采用软性纤维填料和间歇式超微米曝气管进行曝气，生物接触氧化池处理后的水从上端进入平流沉淀池，大块或者已老化的絮凝体在沉淀池中沉淀外排，同时平流沉淀池中的挡板可防止漂浮的泥渣进入清水池。1.3生物接触氧化池中的微生物通过人工培养的方法获得，先将黑臭水对填料漫流浸泡，有助于填料适应新环境，同时为生物膜的形成奠定基础。采用间歇1Fig.1Processflowchartofthetestdevice
 !－鲁秀国，黄林长，张耀，过依婷（华东交通大学土木建筑学院，江西南昌330013）-。、pHCODpHCODNH3-N。90～150mg/LpH7～8-COD42.8mg/L3.9mg/LGB8978－1996。X703.1A1000-3770(2018)04-0089-003收稿日期：2017-07-04基金项目：国家自然科学基金项目（51168013）；国家科技支撑计划项目（2014BAC04B03）；国家自然科学基金资助（51768018）作者简介：鲁秀国（1964－），男，博士后，教授，研究方向为水污染控制；电子邮件：[e-mail]第44卷第4期2018年4月Vol.44No.4Apr.,2018DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2018.04.01889，，12h，停止曝气12h。该过程连续培养20～30d，可明显看到填料上有一层黄褐色的生物膜。在此基础上，对池子表面的悬浮液进行水质分析，其COD的去除率保持稳定在50%左右，即挂膜成功。挂膜成功后，考察在臭氧氧化单元中臭氧投加量、黑臭水pH对COD的去除效果；在生物接触氧化单元，黑臭水pH对COD、NH3-N的去除效果，在最佳工艺条件下对黑臭水处理效果。1.4COD的测定重铬酸钾法测定，NH3-N采用纳式试剂光度法测定，pH采用JPHS-3E型pH计测定。2结果与讨论2.1COD考察臭氧投加量对黑臭水COD的去除效果，测定不同投加量下进出水COD，设法找到臭氧氧化阶段臭氧的最佳投加量，实验结果如图2所示。由图2可知，黑臭水进水的COD基本稳定在140～145mg/L，当臭氧投加量逐渐增加时，出水的COD逐渐减小，在臭氧投加量为90～150mg/L时，出水的COD含量降低到82～86mg/L，去除率为39%～43%；在臭氧投加量低于90mg/L或者高于150mg/L时，COD的去除效果不佳。结果表明，出水的COD去除率达到40%左右时，臭氧的投加量为90～150mg/L最为合适，即最佳投加量为90～150mg/L。2.2pHCOD考察不同pH下臭氧氧化对COD的去除效果，固定臭氧投加量为100mg/L，分别对黑臭水的pH调至5、6、7、8、9、10、11，通过测定黑臭水前后的COD含量，实验结果如图3所示。随着pH的升高，COD的去除率表现出先升高后基本保持不变，其中pH在7～10时，COD的去除率达到了44%左右，当pH升高到11，去除率达到45.4%，变化不大。原因在于：随着pH的升高，水中的氢氧根离子越多，可以促进臭氧分解长生羟基自由基[7]，进而促进有机物的分解。因此臭氧氧化阶段的最佳pH为7～10最为合适。2.3pHCODNH3-N将黑臭水的pH分别调至5～6、6～7、7～8、8～9、9～10，每个区间的pH各取5个点，连续监测25d，测定反应前后COD和NH3-N的去除率，实验结果如图4所示。由图4可知，pH在5～10波动，COD的去除率基本在30%～70%，COD的去除率随着pH的升高而逐渐升高，当pH在5～7时，COD的去除率低于50%，当pH在7～8时，COD的去除效果达到了50%～60%，而pH在8～10时，COD去除率在60%以上，最大去除率达到了66.5%。因此，pH在8～10时，COD的去除效果最好。从图4中还可以看出，在pH低于7时，NH3-N的去除率为55%～65%；pH在7～8时，NH3-N的去除率为74%～78%。原因在于：在生物脱氮的过程中，主要有氨化反应、硝化反应、反硝化反应，其中在硝化反应阶段，硝化菌对pH比较敏感，在pH为8.0～8.4时，硝化菌的最大比增值速度可接近最大值[8]；同时pH对反硝化阶段的反硝化菌影响也比较大，反硝化菌最适宜的pH6～8时，反硝化速度最高，否则速度会大大的降低[9]。因此，生物接触氧化阶段的最适pH为7～8。2CODFig.2EffectofozonedosingonCODremovalefficiency040801201602008090100110120130140150160
/(mgL)COD/(mgL)0102030405060 /%3pHCODFig.3EffectofpHonCODremovalefficiency456789101112708090100110120130140150160pHCOD/(mg
L)0102030405060/%4pHCODFig.4EffectofpHononremovalofCODandammoniaefficiency05101520252030405060708090100
/d012345678910/%pH第44卷第4期902.4CODNH3-N依据黑臭水的进水的COD含量，控制臭氧的投加量为90～150mg/L，pH调至7～8，稳定运行25d，在整个工艺一体化流程下，进出水COD及氨氮的变化，COD实验结果如图5所示。进水COD为140～160mg/L，经过臭氧氧化-生物接触氧化一体化工艺后，出水的COD平均为42.8mg/L，平均去除率达到了72%，达到了污水排放一级A标准。氨氮的实验结果如图6所示。进水氨氮的质量浓度为15～18mg/L，平均质量浓度为16.4mg/L，经过处理后出水NH3-N的质量浓度为2～5mg/L，平均质量浓度为3.9mg/L，平均去除率为76%，达到了污水排放一级A标准。3结论1）臭氧氧化单元，臭氧投加量为90～150mg/L，pH为7～10，臭氧对COD的去除效果最好，去除率达到了40%左右。2）生物接触氧化单元最适宜的pH为8～10时，对COD的去除率达到了60%以上，pH在6～8时，对NH3-N的去除率达到了74%～78%，因此最佳pH为7～83）采用臭氧氧化-生物接触氧化一体化工艺处理黑臭水，在臭氧投加量为90～150mg/L，pH为7～8，黑臭水出水的平均COD为42.8mg/L，NH3-N质量浓度平均为3.9mg/L，两者都达到了一级A的排放标准。：[1]陈国光,朱慧峰,钱静汝.不同藻类产生致臭物质处理技术的研究[J].给水排水,2013,39(11):39-41.[2]胡洪营,孙艳,席劲瑛,等.城市黑臭水体治理与水质长效改善保持技术分析[J].环境保护,2015,43(13):24-26.[3]高静思,张锡辉,宋乾武.黑臭水体臭氧化纯氧曝气处理[J].建设科技,2008(21):38-39.[4]陈双福,康得军.臭氧-气浮分离在水处理中应用研究进展[J].AdvancesinEnvironmentalProtection,2013,27(1):18-24.[5]张雅,谢宝元,张志强,等.生物接触氧化技术处理河道污水的可行性研究[J].水处理技术,2012,38(5):51-54.[6]操家顺,姜磊娜,蔡健明,等.采用臭氧-粉末活性炭-曝气生物滤池组合工艺深度处理印染废水[J].水资源保护,2012,28(6):75-80.[7]王宇航,刘雪梅,陈嘉玮,等.臭氧催化氧化-曝气生物滤池深度处理炼油废水的实验研究[J].现代化工,2017(4):152-155.[8]董亚梅,张振家,李军,等.低温下聚氨酯水凝胶包埋硝化菌去除氨氮[J].环境工程学报,2015,9(8):3721-3727.[9]张彦浩,谢康,钟佛华,等.pH对氢自养型反硝化菌反硝化性能的影响[J].环境污染与防治,2010,32(4):40-43.0510152025020406080100120140160180
/dCOD/(mgL)6065707580 /%5CODFig.5ChangeofCODininfluentandeffluentunderoptimumprocessconditions0510152025024681012141618
/d
()/(mgL)020406080100 /%6Fig.6ChangeofammoniaininfluentandeffluentunderoptimumprocessconditionsExperimentalstudyonBlackandOdorousWaterTreatmentbyOzonationandBiologicalContactOxidationLUXiuguo,HUANGLinzhang,ZHANGYao,GUOYiting（SchoolofCivilEngineeringandArchitecture,EastChinaJiaoTongUniversity,Nanchang330013,China）Abstract:Ozonationandbiologicalcontactoxidationprocesswasusedtotreatblackandodorouswater.TheeffectsofozonedosageandpHinozonationstageonCODremovalandtheeffectofpHinbiologicalcontactoxidationstageonCODandammonianitrogen(NH3-N)removalefficiencywereinvestigated.Theoptimumreactionconditionsofeachunitwereobtained.Whentheozonedosagewas90~150mg/L,blackodorouswaterpHwas7~8,theaveragemassconc