城市污水處理廠高COD廢水深度處理技術(shù)研究*

于鵬飛，李團(tuán)結(jié)，李寶豐，趙宗祺，王超，汪劍

(1. 青島市政務(wù)服務(wù)和公共資源交易中心，山東青島 266032；2. 青島市團(tuán)島污水處理廠，山東青島 266000；3. 青島潤(rùn)水市政工程設(shè)計(jì)有限公司，山東青島 266000；4. 青島市海泊河污水處理廠，山東青島 266000；5. 青島市排水運(yùn)營(yíng)服務(wù)中心，山東青島 266000)

我國(guó)水資源相對(duì)匱乏，人均水資源僅為世界平均水平的1/4，是全球人均水資源最貧乏的國(guó)家之一。我國(guó) 660多座城市中，有400多座常年供水不足，其中 110個(gè)城市嚴(yán)重缺水，水資源短缺已成為制約我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。而將城市污水處理回用、實(shí)現(xiàn)污水資源化是解決水資源短缺經(jīng)濟(jì)且有效的途徑之一。目前，我國(guó)城市污水處理面臨著水污染較為嚴(yán)重、污水處理技術(shù)研究起步較晚以及處理設(shè)施基礎(chǔ)較差等問(wèn)題[1-4]。近年來(lái)，我國(guó)城市污水處理技術(shù)得到了快速發(fā)展，并且隨著《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》以及《“十三五”生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》等規(guī)章制度的制定和頒布實(shí)施，針對(duì)城市污水處理廠的升級(jí)改造措施也在逐漸開(kāi)展。隨著對(duì)水質(zhì)要求的逐漸提高，城市污水處理廠對(duì)污水的排放標(biāo)準(zhǔn)也更為嚴(yán)格，因此，需要在升級(jí)改造污水處理設(shè)備的同時(shí)，還要有針對(duì)性地開(kāi)展城市生活污水深度處理技術(shù)研究[5-8]。

我國(guó)東部某城市污水處理廠經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的污水COD值超標(biāo)較為嚴(yán)重，而現(xiàn)階段該污水處理廠的二級(jí)、三級(jí)處理措施又無(wú)法將污水中的COD值降低至符合GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)(50 mg/L)的要求，需要進(jìn)一步處理。目前，針對(duì)城市生活污水深度處理的工藝技術(shù)主要包括絮凝沉淀、過(guò)濾、電化學(xué)、活性炭吸附以及氧化處理法等[9-12]。因此，在調(diào)研分析了目標(biāo)城市污水處理廠水樣中COD值變化的基礎(chǔ)上，針對(duì)該污水處理廠的高COD廢水開(kāi)展了絮凝-臭氧氧化深度處理技術(shù)研究，優(yōu)選出了合適的絮凝劑和臭氧投加量，為該城市污水處理廠高效合理運(yùn)轉(zhuǎn)提供一定的技術(shù)支持。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料及儀器

聚丙烯酰胺(分子量1 200萬(wàn))，山東辰達(dá)化工有限公司；聚合氯化鋁，河南愛(ài)爾福克化學(xué)股份有限公司；S102混凝劑、S103混凝劑，實(shí)驗(yàn)室自制；重鉻酸鉀，分析純，茂名市雄大化工有限公司；硫酸亞鐵，分析純，南京化學(xué)試劑股份有限公司；亞鐵靈指示劑，阿拉丁試劑(上海)有限公司；試驗(yàn)用廢水(經(jīng)過(guò)預(yù)處理措施后)取自某城市污水處理廠，水樣的COD值變化見(jiàn)表1。

由表1可見(jiàn)：所取水樣COD值差異不大，因此選擇2021年6月15日所取水樣進(jìn)行試驗(yàn)。

表1 試驗(yàn)用廢水COD值檢測(cè)結(jié)果

1.2 試驗(yàn)儀器

JJ-4B型六聯(lián)異步電動(dòng)攪拌器，常州隆和儀器制造有限公司；HH-80型數(shù)顯恒溫水浴鍋，LD-3型電動(dòng)離心機(jī)，常州市億能試驗(yàn)儀器廠；EXA型精密電子分析天平，南京湯姆斯衡器有限公司；臭氧氧化處理試驗(yàn)裝置(主要包括臭氧發(fā)生器、臭氧柱、進(jìn)水箱、蠕動(dòng)泵、流量計(jì)以及尾氣收集裝置等)，實(shí)驗(yàn)室自制。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 深度處理絮凝試驗(yàn)

量取1 000 mL的試驗(yàn)用廢水置于燒杯中，首先使用HCl或NaOH溶液調(diào)節(jié)水樣的pH值，然后加入不同類型的絮凝劑，在電動(dòng)攪拌器上進(jìn)行均勻攪拌1 h，然后再放置1 h，取上層水樣測(cè)定水樣COD值，并與初始水樣COD值進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算COD去除率。COD值測(cè)定方法參照國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)HJ 828—2017《水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測(cè)定 重鉻酸鉀法》。

1.3.2 臭氧氧化深度處理試驗(yàn)

采用連續(xù)進(jìn)水的方式開(kāi)展了臭氧氧化處理試驗(yàn)，試驗(yàn)用水選擇為1.3.1中絮凝試驗(yàn)處理后的水樣，臭氧投加方式為定量投加。同樣采用重鉻酸鉀氧化法測(cè)定了臭氧氧化處理后水樣COD值，并計(jì)算COD去除率。

2 結(jié)果與討論

2.1 絮凝試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 不同絮凝劑處理試驗(yàn)結(jié)果

按照1.3.1中的試驗(yàn)方法，評(píng)價(jià)了不同類型絮凝劑對(duì)廢水COD的去除效果，試驗(yàn)用廢水均選擇2021年6月15日的1號(hào)水樣(下同)，初始COD值為151 mg/L。絮凝劑加量(w，下同)均為0.1%，試驗(yàn)溫度均為20 ℃，試驗(yàn)用水pH值均為7.0。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 不同絮凝劑對(duì)廢水COD去除效果的影響

由圖1可見(jiàn)：經(jīng)過(guò)不同類型的絮凝劑處理后，試驗(yàn)用廢水中的COD值均出現(xiàn)不同程度的降低，其中聚丙烯酰胺的COD去除率在20%以下，聚合氯化鋁的COD去除率在25%以下，而S102混凝劑和S103混凝劑的COD去除率均可達(dá)到30%左右。因此，選擇S102混凝劑和S103混凝劑進(jìn)行絮凝-臭氧氧化深度處理技術(shù)試驗(yàn)。

2.1.2 絮凝劑加量對(duì)COD去除效果的影響

按照1.3.1中的試驗(yàn)方法，評(píng)價(jià)了絮凝劑加量對(duì)廢水中COD去除效果的影響，試驗(yàn)用絮凝劑為S102混凝劑和S103混凝劑，試驗(yàn)溫度均為20 ℃，試驗(yàn)用水pH值均為7.0。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 絮凝劑加量對(duì)廢水COD去除效果的影響

由圖2可見(jiàn)：隨著S102混凝劑和S103混凝劑加量的不斷增大，試驗(yàn)用廢水中COD的去除率逐漸升高。S103混凝劑的COD去除效果相對(duì)更好，當(dāng)其加量為0.2%時(shí)，對(duì)COD的去除率可以達(dá)到45%以上；再繼續(xù)增大絮凝劑的加量，COD去除率的提升幅度不大。因此，選擇絮凝劑的最佳加量為0.2%。

2.1.3 溫度對(duì)COD去除效果的影響

按照1.3.1中的試驗(yàn)方法，評(píng)價(jià)了試驗(yàn)溫度對(duì)廢水中COD去除效果的影響，試驗(yàn)用絮凝劑為S102混凝劑和S103混凝劑，絮凝劑加量均為0.2%，試驗(yàn)用水pH值均為7.0。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 溫度對(duì)廢水COD去除效果的影響

由圖3可見(jiàn)：隨著試驗(yàn)溫度的不斷升高，S102混凝劑和S103混凝劑對(duì)試驗(yàn)廢水的COD去除率均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。當(dāng)溫度為30 ℃時(shí)，COD去除率可以達(dá)到最大，其中S102混凝劑和S103混凝劑的COD去除率分別可以達(dá)到43.5%和48.4%。因此，推薦絮凝試驗(yàn)的最佳溫度為30 ℃。

2.1.4 pH值對(duì)COD去除效果的影響

按照1.3.1中的試驗(yàn)方法，評(píng)價(jià)了試驗(yàn)水樣pH值對(duì)廢水中COD去除效果的影響，試驗(yàn)用絮凝劑為S102混凝劑和S103混凝劑，絮凝劑加量均為0.2%，試驗(yàn)溫度均為30 ℃。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 pH值對(duì)廢水COD去除效果的影響

由圖4可見(jiàn)：隨著試驗(yàn)用水pH值的不斷升高，S102混凝劑和S103混凝劑的COD去除率均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。當(dāng)pH值為7.5時(shí)，COD去除率可達(dá)到最大，其中S102混凝劑和S103混凝劑的COD去除率分別可以達(dá)到45.2%和49.6%。因此，推薦絮凝試驗(yàn)用水的最佳pH值為7.5。

按照上述試驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果，推薦絮凝處理試驗(yàn)的最佳工藝條件為：絮凝劑選擇為S103混凝劑，絮凝劑加量為0.2%，試驗(yàn)溫度為30 ℃，試驗(yàn)用水pH=7.5。在此最佳工藝條件下，試驗(yàn)用水經(jīng)過(guò)絮凝處理后COD去除率可達(dá)到49.6%，經(jīng)過(guò)處理后廢水COD值降低至76.1 mg/L。

2.2 臭氧氧化處理試驗(yàn)結(jié)果

按照1.3.2中的試驗(yàn)方法，使用上述絮凝試驗(yàn)處理后的水樣開(kāi)展了臭氧氧化處理試驗(yàn)，臭氧投加量分別為10，20，30，40 mg/L，試驗(yàn)溫度為室溫，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 臭氧氧化處理試驗(yàn)結(jié)果

由圖5可見(jiàn)：隨著臭氧投加量的不斷增大，經(jīng)過(guò)臭氧氧化處理后的水樣COD值逐漸降低，COD去除率逐漸升高。當(dāng)臭氧投加量達(dá)到30 mg/L時(shí)，經(jīng)過(guò)絮凝試驗(yàn)處理后的水樣COD去除率可以達(dá)到48.5%。此時(shí)水樣中的COD濃度值可以降低至40 mg/L以下，能夠滿足GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)排放要求。

3 結(jié)論

1)針對(duì)某城市污水處理廠的高含COD廢水開(kāi)展了絮凝-臭氧氧化深度處理技術(shù)研究，絮凝試驗(yàn)結(jié)果表明：S103混凝劑作為絮凝劑，當(dāng)其加量(w)為0.2%，試驗(yàn)溫度為30 ℃，試驗(yàn)用水pH=7.5時(shí)，絮凝處理效果最佳，此時(shí)COD去除率可達(dá)到49.6%，經(jīng)過(guò)處理后COD值降低至76.1 mg/L。

2)經(jīng)過(guò)絮凝處理后的試驗(yàn)廢水繼續(xù)采用臭氧氧化處理后能夠進(jìn)一步的降低COD值，當(dāng)臭氧投加量為30 mg/L時(shí)，COD去除率可達(dá)到48.5%，此時(shí)水樣中的COD值降低至40 mg/L以下，能夠滿足GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)排放要求，達(dá)到了良好的處理效果。