臭氧氧化結(jié)合生化法深度處理漂染廢水工藝研究

發(fā)布時(shí)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(shè)和諧社會是我國經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的主旋律，其中包含極為重要的環(huán)保課題，“十七大”、“十一·五”經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃就著力解決經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展與資源環(huán)境的矛盾作出了重大戰(zhàn)略決策，積極支持和扶持資源節(jié)約型、資源可循環(huán)利用型、綠色環(huán)保型、可持續(xù)發(fā)展型等類型項(xiàng)目和企業(yè)的發(fā)展。即要加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的和諧社會。所謂環(huán)境友好型和諧社會，就是全社會都采取有利于環(huán)境保護(hù)的生產(chǎn)方式、生活方式和消費(fèi)方式，建立與自然環(huán)境良性互助的關(guān)系。要落實(shí)和實(shí)現(xiàn)建設(shè)環(huán)境友好型社會的目標(biāo)，就必須要以環(huán)境承載力為基礎(chǔ)，以遵循自然規(guī)律為準(zhǔn)則，以綠色科技為動力，倡導(dǎo)環(huán)境文化和生態(tài)文明，構(gòu)建經(jīng)濟(jì)社會環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的社會體系，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
山東某針織制衣有限公司自投產(chǎn)之日始，領(lǐng)導(dǎo)決策層就以保護(hù)生態(tài)環(huán)境、建設(shè)環(huán)境友好型的和諧社會為己任，奉行清潔生產(chǎn)的管理方針，生產(chǎn)中使用的原材料、染化料、輔料等都是綠色環(huán)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(tài)紡織品認(rèn)證證書、Intertek天祥生態(tài)紡織品認(rèn)證證書、荷蘭SKAL綠色生態(tài)有機(jī)棉生產(chǎn)認(rèn)證證書等國際市場上的綠色環(huán)保通行證。對于現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備和工藝技術(shù)也不斷的進(jìn)行更新和技術(shù)改造，以符合建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)保友好型和諧社會的要求，去年實(shí)施的“染整廢水SCT脫硫除塵技術(shù)研究項(xiàng)目”，就是利用染整車間生產(chǎn)后排放的堿性廢水，經(jīng)過SCT脫硫除塵設(shè)備將鍋爐燃煤所產(chǎn)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(huán)利用的前提下，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)環(huán)境的有機(jī)循環(huán)，改善了自然環(huán)境的質(zhì)量和面貌，提供了有益的經(jīng)驗(yàn)，在此技改基礎(chǔ)上，公司領(lǐng)導(dǎo)層作出了“提高漂染污水處理效果、加強(qiáng)節(jié)能減排力度、降低治污成本，給中水回用做好準(zhǔn)備，更好的為環(huán)境保護(hù)作出貢獻(xiàn)”。通過考察和實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)合青島中通臭氧科技有限公司臭氧專家指導(dǎo)，決定采用臭氧氧化技術(shù)結(jié)合生化法深度處理漂染廢水，該工程為綠色環(huán)保節(jié)能型的科學(xué)研究與技術(shù)示范項(xiàng)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(shè)施，凈化公司辦公樓產(chǎn)生的生活污水與漂染車間生產(chǎn)排放的大量坯布前處理及染色廢水。上述技術(shù)路線于2001年國家環(huán)?？偩趾蛧野l(fā)改委聯(lián)合發(fā)布，用以指導(dǎo)我國印染行業(yè)的廢水治理，但污水COD值高、色度大、還有難以降解的有機(jī)物和部分印染染料難以去除的色度，往往不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)COD ≤100mg/L、色度≤ 40（倍）的要求。在科技人員多次研究實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，決定在生化處理前，先進(jìn)行臭氧強(qiáng)氧化新技術(shù)預(yù)處理，再進(jìn)行生化降解和臭氧氧化脫色的深度處理，使剩余有機(jī)物及色度污染物進(jìn)一步去除，舍去了以前價(jià)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(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放和節(jié)能減排的要求。在此基礎(chǔ)上，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為實(shí)現(xiàn)中水循環(huán)回用實(shí)現(xiàn)零排放奠定基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)廢水資源化，創(chuàng)造更大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

臭氧氧化漂染廢水難降解有機(jī)物的分解及脫色機(jī)理：
     臭氧是目前世界公認(rèn)的綠色強(qiáng)氧化劑，具有多種功能，尤其是能提高難降解有機(jī)物的生物降解度。其機(jī)理在于通過臭氧氧化原子能組進(jìn)所處理的物質(zhì)中，改變原有物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)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(jī)物，用臭氧氧化技術(shù)進(jìn)行生物前處理印染高濃度有機(jī)廢水，從理論分析，是完全可行的，諸如其它行業(yè)（如農(nóng)藥廠、化工廠、制藥廠、焦化廠等）也有類似用途，目前的研究應(yīng)用也在進(jìn)行中。染料顯色是由其發(fā)色基團(tuán)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(fā)色基團(tuán)都有不飽和鍵，臭氧能使染料中所含的這些基團(tuán)氧化分解，生成分子量較小的有機(jī)酸和醛類，使其失去發(fā)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(chǎn)生的活潑自由基（·OH）使染料發(fā)色基團(tuán)中的不飽和鍵斷裂，從而改變了原有分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性，達(dá)到了脫色和降解有機(jī)物的目的。臭氧對各種染料的作用結(jié)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(jīng)臭氧技術(shù)預(yù)處理后，提高了難降解有機(jī)物的生物降解度，并去除了絕大部分色度，使后續(xù)的生化處理達(dá)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(wěn)定的情況下，COD與BOD之間存在著一定的比例關(guān)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(gè)重要衡量指標(biāo)，比值越大越容易被生化處理。通常認(rèn)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(biāo)判定方法：若 ≈0，則難以生物處理；若 ≈0.2，則存有生物學(xué)上難分解的有機(jī)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(jīng)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(jìn)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(jīng)過數(shù)十分鐘臭氧氧化，生物降解度得到提高， 變?yōu)?0.55～0.9，成為易降解物（TOC——總有機(jī)碳）。
因此，廢水中的難降解有機(jī)物經(jīng)臭氧氧化后，成為低分子且分子結(jié)構(gòu)發(fā)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(yù)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(shí)間和剩余臭氧等。工程實(shí)踐表明，“臭氧氧化技術(shù)”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(yàn)效果表

      目前國內(nèi)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?yàn)閺U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(shù)”作為一種高級氧化技術(shù)，可以用于去除漂染廢水的色度和難降解有機(jī)物等。工程測試中，將臭氧通入順流式微孔擴(kuò)散反應(yīng)器擴(kuò)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(yīng)的接觸時(shí)間分別取5min、10 min、15 min、20 min、30 min、60 min、試驗(yàn)結(jié)果見表二。
表二 不同接觸時(shí)間下臭氧處理印染廢水的測試數(shù)據(jù)

經(jīng)30min臭氧氧化反應(yīng)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(guān)系如圖一所示。從圖一中臭氧耗量和COD的關(guān)系曲線得到：臭氧耗量在0～1700mg時(shí)，曲線較陡直，氧化效率較高，COD去除率上升很快，此時(shí)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(guān)系如圖二所示。同樣在圖二中，臭氧耗量在0～1700mg區(qū)間時(shí)，曲線較陡直，去除色度較快，脫色率較高。
通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，可以得出如下結(jié)論：“臭氧生物前處理氧化技術(shù)”對于漂染廢水有良好的脫色、降解難以降解的有機(jī)物和提高廢水的可生化性的效果。“臭氧生物前后處理氧化技術(shù)”的資金投入，也有明顯的優(yōu)勢，它比傳統(tǒng)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(shù)”無污泥產(chǎn)生，無二次污染，符合清潔生產(chǎn)的技術(shù)要求。所以采用“臭氧氧化技術(shù)”深度處理漂染廢水的工程研究，技術(shù)上是可行的，工程上也是可靠的，是可持續(xù)發(fā)展的環(huán)保項(xiàng)目。
四、經(jīng)濟(jì)上的可行性
      從國內(nèi)、外的環(huán)境污染治理項(xiàng)目的運(yùn)行來看，投資問題，運(yùn)行成本的高低，是人們關(guān)心的首要問題和制約因素。因此，對采用“臭氧氧化技術(shù)”的技術(shù)效果好壞，以及一次性投資和運(yùn)行費(fèi)用等問題，也是使用臭氧設(shè)備單位反復(fù)研究、探討、斟酌的首要問題。在組織科技人員調(diào)研和測試中始終在考慮：項(xiàng)目的研究必須要符合力所能及和穩(wěn)妥的方針，決不能盲目擴(kuò)大項(xiàng)目和不計(jì)運(yùn)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(jī)物和提高廢水的可生化性，又要低成本運(yùn)行，以便切實(shí)可行的保障污水處理的質(zhì)量。應(yīng)盡可能使用造價(jià)較低、效率較高和節(jié)約能源的設(shè)備，規(guī)劃設(shè)計(jì)一套切實(shí)可行的工藝流程，做到工程建設(shè)多快好省，設(shè)施布局經(jīng)濟(jì)合理。
      經(jīng)測試和論證后認(rèn)為，該研究項(xiàng)目運(yùn)行后，可減少脫色劑、凝聚劑的投入，并削減污泥量的產(chǎn)生和處置。雖然比原來增加了臭氧發(fā)生器系統(tǒng)的用電量，但按該項(xiàng)目的臭氧發(fā)生器每日耗電216KW/H，年運(yùn)行360天計(jì)算，預(yù)計(jì)每年仍可節(jié)省運(yùn)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(jīng)濟(jì)效益

從研究測試結(jié)果來看：“臭氧生物前后處理氧化技術(shù)”深度處理漂染廢水技術(shù)在經(jīng)濟(jì)效益上是可行的。
五、項(xiàng)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(shè)施已運(yùn)行多年，但仍存在某些染料和有機(jī)助劑因有機(jī)結(jié)構(gòu)的不同，導(dǎo)致生化降解困難，脫色劑難以脫色，運(yùn)行成本偏高的問題。現(xiàn)決定采用“臭氧氧化技術(shù)”改進(jìn)現(xiàn)有的污水處理設(shè)施，采用“臭氧氧化技術(shù)與生化法”相結(jié)合深度處理漂染廢水的新技術(shù)和新工藝，先用“臭氧氧化技術(shù)”降解難以生化處理的強(qiáng)有機(jī)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(shù)進(jìn)一步脫色。研究項(xiàng)目在利用原有設(shè)施的基礎(chǔ)上，需增加臭氧發(fā)生器、空氣壓縮與凈化設(shè)備、配套的高壓電器設(shè)施及機(jī)房，改造排污管網(wǎng)的布局，改建污水處理池等。
     “采用‘臭氧氧化技術(shù)與生化法’相結(jié)合深度處理漂染廢水研究項(xiàng)目”經(jīng)測試論證后，認(rèn)為在技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟(jì)上也是可取的。在研究項(xiàng)目建成后的運(yùn)行中，仍需不斷試驗(yàn)、探討和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為下一步節(jié)能減排的改進(jìn)和提高運(yùn)行效率積累經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，也為擴(kuò)大其使用領(lǐng)域做一些有益的探討和試驗(yàn)，使節(jié)能減排在清潔生產(chǎn)、節(jié)約水資源和能源、減污增效、逐步實(shí)現(xiàn)漂染廢水的零排放等方面積累經(jīng)驗(yàn)。
該研究項(xiàng)目投資為81.4萬元。如表四，表五所示。
表四 設(shè)備材料投資一覽表

表五 建筑構(gòu)建物資投資一覽表

結(jié)論：采用“臭氧氧化技術(shù)與生化法” 相結(jié)合深度處理漂染廢水的研究項(xiàng)目，符合我國“十一·五” 經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃的要求，是技術(shù)先進(jìn)、工藝合理、節(jié)約資源、綠色環(huán)保且可持續(xù)發(fā)展后勁強(qiáng)勁的資源節(jié)約型綠色環(huán)保節(jié)能項(xiàng)目，是清潔生產(chǎn)環(huán)節(jié)上的重要一環(huán)。為我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和實(shí)現(xiàn)建設(shè)環(huán)境友好型和諧社會的目標(biāo)作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。