專業園區工業廢水
萬峰環保臭氧催化高級氧化技術應用案例
——石家莊橋東污水處理廠升級改造工程
項目背景
隨著城市居民生活水平的不斷提高,對環境質量要求也越來越高,城鎮污水處理廠排放標準多數要求執行一級A標準,部分地區要求出水水質全部或部分達到Ⅳ類水標準。有些城市污水廠進水中含有較多的制藥、印染和化工等工業廢水,其中溶解性難降解COD含量較高,通過常規或強化二級處理出水COD、色度等指標很難達到要求,需要通過高級氧化補充處理工藝才能奏效。
石家莊市橋東污水處理廠于2006年建成投產,位于欒城縣樓底村西南,毗鄰體育大街和總退水渠,設計規模為50×104 m3/d,占地面積為35.975 hm2。主要采用A/O(脫氮)工藝處理廢水,廢水主要來自鐵路以東的各企業事業單位及居民生活所排放的污水,包含了60%的工業廢水(以華藥和石藥為主排放的制藥廢水),污水處理廠服務范圍為95.95 km2,原設計出水水質執行《污水綜合排放標準》(GB 8978—1996)的二級標準。
需解決的關鍵問題
2008年橋東污水處理廠實施了第一次升級改造工程,出水BOD5、氨氮、總氮和總磷等都達到了《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)中一級A標準,但COD濃度仍約為60~70 mg/L,色度約為120倍。
2012年,根據省市政府的要求實施了第二次升級改造工程,將工程總規模擴建為60×104 m3/d,出水水質在全面達到一級A標準的基礎上,要求色度<15倍。
該污水廠第一次改造后出水COD濃度較高,但BOD5/COD≤0.1,說明系統生化處理功能已經十分完善,污水中剩余的COD物質主要是溶解性難降解有機物,不可能通過改進生化處理工藝來去除。
解決方案
經現場工藝試驗,確定采用“萬峰環保臭氧催化高級氧化技術”作為本項目的改造工藝。高級氧化法是指利用羥基自由基(·OH)去除污水中高穩定性難降解有機污染物(以及部分無機污染物)的化學氧化技術,與臭氧的直接氧化相比,反應速度更快而且無選擇性。本工程采用的萬峰環保臭氧催化高級氧化技術,是在多相催化臭氧高級氧化技術的基礎上,根據電磁切變原理,在系統中加入了電磁(EM)催化模塊改進優化出來的一種新型高級氧化工藝技術。這種技術通過電磁(EM)切變場的作用,改變污水中水分子、有機污染物分子和離子氛的團簇結構,不僅可提高臭氧在污水中的溶解能力,還可直接在污水中產生部分羥基自由基,使原有固相催化的效率得到進一步提高,不僅具有高效節能、建設費用和成本較低、反應條件溫和、不會產生二次污染的特點,而且能同時去除污水中的COD和色度。
實施過程
電磁(EM)催化臭氧高級氧化工藝處理流程如圖1所示。
圖 1 電磁(EM)催化高級氧化工藝流程
設計參數:設計規模為60×104 m3/d;設計進水COD為70~80 mg/L、色度≤120倍;設計出水COD≤50 mg/L、色度≤15倍。
投加量及投加方式:峰值流量時的臭氧投加量為8~15 mg/L,臭氧濃度為10%,采用水射器投加,接觸池設計流量下停留時間為20 min。
電磁(EM)催化氧化發生器的電耗為1 W/m3,使用壽命為10年。通過電磁(EM)切變場改變了污水中水分子、有機污染物分子、離子氛的團簇結構,改變了被處理污水的物理、化學、分子力學等性能,達到了增加臭氧溶解能力、加快臭氧與有機污染物的反應時間、提高固相催化效率的目的。
結果分析
該工程自2013年5月開始調試運行,進水COD為60~70 mg/L,色度為120倍,經過電磁(EM)催化高級氧化后,最終出水各項指標完全穩定達到一級A排放標準,色度<15倍。臭氧投加量為12~14 mg/L,電耗為0.121 kW·h/m3,電費為0.75元/ m3,液氧價格為720元/t,則噸水新增加運行成本為0.18元。2013年9月電磁(EM)催化高級氧化池出水水質見圖2
圖 2 電磁(EM)催化高級氧化池出水水質
經濟、社會和環境效益
圖 3 臭氧催化高級氧化池出水
萬峰環保臭氧催化高級氧化技術作為各種規模的城市污水和工業廢水處理廠補充處理,對于去除污水中難降解有機物和色度具有明顯的效果,投加12~14 mg/L的臭氧,可去除20 mg/L的COD,同時可將色度由120倍降至15倍。目前采用商品液氧制備臭氧,噸水處理成本為0.18元,若現場制備純氧,噸氧價格約為575元/t含現場制氧機租賃費、電費等,廠家提供),現場使用的液氧費用為720元/t,則運行成本可節省20%左右,實現了可觀的經濟效益。
萬峰環保臭氧催化高級氧化技術為石家莊橋東污水廠工藝最末端,其出水流入洨河前的人工濕地段(距離水廠8公里)。在該技術之前,洨河水質較差(黑臭水體),主要表現為水體混濁,河內無魚;應用該技術之后,洨河水體污染情況得到明顯改善,主要表現為水體變得清澈見底,魚類大量繁殖,吸引了大量釣魚愛好者。經檢測,橋東污水廠出水口處溶解氧18 mg/L,8公里后溶解氧10 mg/L,COD 37 mg/L,氨氮1.01 mg/L,總氮13 mg/L,總磷0.5 mg/L,較高濃度的溶解氧使河底的微生物被激活,增強了水體自凈能力,水質從黑臭水體提升至地表V類水體。在對洨河水體污染零投資的情況下,石家莊橋東污水廠應用萬峰環保臭氧催化高級氧化技術對洨河水體改善起了重要作用,為能源、環境和水資源的可持續發展利用提供了一種新的解決方案,具有良好與深遠的社會效益和環境效益。