臭氧氧化处理化工污水厂尾水

刘 琴， 黄春林

（上海洗霸科技股份有限公司，上海 200437）

臭氧氧化处理化工污水厂尾水

刘 琴， 黄春林

（上海洗霸科技股份有限公司，上海 200437）

采用臭氧氧化工艺处理某化工污水厂尾水，考察了臭氧投加量对废水处理效果的影响，并进行了反应动力学研究。实验结果表明，最佳臭氧投加量为67 mg/L，在此条件下，处理后废水的COD去除率为19%，色度去除率为90%，UV254去除率为79%，BOD5/COD为0.11。反应动力学分析结果表明：臭氧氧化去除废水COD的反应适合采用二级反应动力学进行拟合，二级反应动力学方程为y=0.000 1x+0.000 3，相关系数为0.938 5；臭氧氧化去除废水色度的反应更适合采用一级反应动力学进行拟合，一级反应动力学方程为y=0.105 0x-0.018 4，相关系数为0.990 3。

臭氧氧化；污水厂；尾水；COD；色度；BOD5/COD

某化工污水厂主要接收精细化工和石油化工企业的废水，它接收的废水具有色度高、难生物降解等特点。该化工污水厂采用“A/O+混凝—絮凝+气浮”工艺处理废水，出水能满足现行排放标准的要求。但随着国家环境保护力度的加大和社会各界对环境的要求越来越高，该化工污水厂面临着提标改造的问题。另一方面，由于工业区内的化工企业日益增多，污水厂接收的废水成分也越来越复杂，废水中含有大量的有机物，导致污水厂尾水的色度及COD上升，因此需要寻找进一步降低尾水色度和COD的方法。臭氧具有很强的氧化性，它在给水处理、污水深度处理以及作为生化处理的预处理等方面都受到广泛的关注，同时臭氧在色度去除方面也有较好的应用［1-5］。

本工作研究了臭氧氧化对化工污水厂尾水的处理效果及反应动力学，为选择合适的后续处理工艺提供技术参数和理论依据。

1 实验部分

1.1 废水水质

实验废水取自某化工污水厂气浮池出水。COD为 70 mg/L，BOD5为2.13 mg/L，UV254为0.13 cm-1，pH=8.2，色度200度。

1.2 实验方法

以氧气为气源，采用Degrement 公司LAB2B型臭氧发生器，产生的臭氧以一定的投加量加入到反应箱中。待处理废水由原水箱泵入反应箱中，调节废水停留时间与臭氧接触发生反应。反应箱体积约为20 L，分为3格。待处理废水依次流过3个反应格，与臭氧充分接触。反应后的出水进入出水箱。残余尾气由尾气破坏器破坏后排放。实验装置见图1。

图1 实验装置

1.3 分析方法

采用重铬酸钾法测定COD［6］；采用稀释与接种法测定BOD5［7］；采用铂钴标准比色法测定色度［8］；采用紫外分光光度法测定UV254［9］；采用KI吸收法测定臭氧的浓度［10］。

2 结果与讨论

2.1 臭氧投加量对COD去除率的影响

臭氧投加量对COD去除率的影响见图2。

图2 臭氧投加量对COD去除率的影响

由图2可见：当臭氧投加量较小时，随着臭氧投加量的增加COD去除率较快增加；当臭氧投加量为40 mg/L时，COD去除率为17%；再增大臭氧投加量，COD去除率变化不大；当臭氧投加量为67 mg/L时，COD去除率为19%，说明这一阶段投加的臭氧主要被一些大分子、难氧化的物质所消耗，臭氧的氧化作用使得这些物质的结构发生了改变，转变为易氧化的产物；继续增加臭氧投加量，这些易氧化的产物进一步得到降解，COD去除率提高；当臭氧投加量为120 mg/L时，COD去除率为26%。

2.2 臭氧投加量对色度去除率的影响

臭氧投加量对色度去除率的影响见图3。由图3可见：当臭氧投加量较小时，随着臭氧投加量的增加色度去除率不断升高；当臭氧投加量为67 mg/L时，色度去除率为90%；继续增加臭氧投加量，色度去除率不再升高。

图3 臭氧投加量对色度去除率的影响

2.3 臭氧投加量对UV254去除率的影响

臭氧投加量对UV254去除率的影响见图4。

图4 臭氧投加量对UV254去除率的影响

由图4可见：当臭氧投加量较小时，随着臭氧投加量的增加UV254去除率迅速升高；当臭氧投加量为40 mg/L时，UV254去除率达73%。这是因为污水厂尾水中含有较多的木质素、丹宁酸、腐殖质和各种含有芳香烃和双键或羰基的共轭体系有机物，这些有机物在波长254 nm处都有强烈的吸收，在较小的臭氧投加量下，臭氧分子与其分解的羟基自由基可以直接攻击芳环或双键等活性点位，通过开环或断键等将大分子有机物打碎成小分子有机物，使大多数含有C=C、C=O双键结构的有机物活性基团受到破坏，同时臭氧利用其强氧化性破坏废水中有机物的芳香环和双键结构，使有机物对紫外的吸收性减弱，导致UV254去除率升高［11-13］； 进一步增加臭氧投加量到67 mg/L时，UV254去除率缓慢增加至79%；再提高臭氧投加量时，UV254去除率基本不发生变化。

2.4 臭氧投加量对废水BOD5/COD的影响

臭氧投加量对废水BOD5/COD的影响见图5。由图5可见：随着臭氧投加量的增加，废水的BOD5/COD逐渐提高；当臭氧投加量为100 mg/L时，废水的BOD5/COD最高，为0.13；继续增加臭氧投加量，BOD5/COD略有下降。这是因为臭氧能够将废水中的大分子有机物氧化分解为小分子有机物，使部分难降解有机物转化为新的易降解有机物，从而使废水的BOD5/COD发生变化［14-16］。

图5 臭氧投加量对废水BOD5/COD的影响

2.5 最佳臭氧投加量的确定

综合考虑，本实验最佳臭氧投加量为67 mg/L，在此条件下，处理后废水的COD去除率为19%，色度去除率为90%，UV254去除率为79%，BOD5/COD 为0.11。

2.6 反应动力学

在臭氧流量为0.8 L/min、臭氧投加量为50 mg/ L的条件下进行臭氧氧化去除废水COD和色度的反应动力学实验。

臭氧氧化去除废水COD的动力学曲线见图6。由图6可见，臭氧氧化去除废水COD的反应适合采用二级反应动力学进行拟合。二级反应动力学方程为y=0.000 1x+0.000 3，相关系数为0.938 5，反应速率常数（k2）为0.000 1 L/（mol·s）。

臭氧氧化去除废水色度的动力学曲线见图7。动力学拟合结果见表1。由图7和表1可见，臭氧氧化去除色度的反应更适合采用一级反应动力学进行拟合。一级反应动力学方程为y=0.105 0x-0.018 4，相关系数为0.990 3，反应速率常数（k1）为0.105 min-1。

图6 臭氧氧化去除废水COD的动力学曲线

图7 臭氧氧化去除废水色度的动力学曲线

表1 臭氧氧化去除色度的反应动力学拟合结果

3 结论

a）采用臭氧氧化工艺处理化工污水厂尾水，最佳臭氧投加量为67 mg/L，在此条件下，处理后废水的COD去除率为19%，色度去除率为90%，UV254去除率为79%，BOD5/COD为0.11。

b）臭氧氧化去除废水COD的反应适合采用二级反应动力学进行拟合。二级反应动力学方程为y=0.000 1x+0.000 3，相关系数为0.938 5，反应速率常数（k2）为0.000 1 L/（mol·s）。

c）臭氧氧化去除废水色度的反应更适合采用一级反应动力学进行拟合。一级反应动力学方程为y=0.105 0x-0.018 4，相关系数为0.990 3，反应速率常数（k1）为0.105 min-1。

［1］ 张云辉，陆杰，李海宁，等. 臭氧工艺在废水脱色中的应用［J］. 水处理技术，2012，38（11）：120 - 122.

［2］ 李英. 臭氧氧化法去除油墨废水色度的研究［J］. 工业用水与废水，2012，43（6）：43 - 45.

［3］ 赵俊娜，李贵霞，刘曼，等. 臭氧氧化法处理模拟染料废水影响因素及降解动力学研究［J］. 河北科技大学学报，2014，35（3）：296 - 302.

［4］ 龚小芝，邱小云，赵辉，等. 缺氧—好养—催化臭氧氧化工艺处理石化厂含盐废水［J］. 化工环保，2015，35（3）：284 - 287.

［5］ 杨德敏，王益平，阚涛涛，等. 臭氧氧化处理页岩气钻井废水的机理与动力学［J］. 化工环保，2015，35 （4）：464 - 467.

［6］ 北京市化工研究院. GB/T 11914—1989 水质 化学需氧量的测定 重铬酸盐法［S］. 北京：中国标准出版社，1989.

［7］ 沈阳市环境监测中心站. HJ 505—2009 水质 五日生化需氧量（BOD5）的测定 稀释与接种法［S］. 北京：中国标准出版社，2009.

［8］ 中国纺织大学. GB 11903—1989 水质 色度的测定 铂钴标准比色法［S］. 北京：中国标准出版社，1989.

［9］ 蒋绍阶，刘宗源. UV254作为水处理中有机物控制指标的意义［J］. 重庆建筑大学学报，2002，24 （2）：61 - 65.

［10］ 清华大学. CJ/T 3028.2—1994 臭氧发生器臭氧浓度、产量、电耗的测量［S］. 北京：中国标准出版社，1994.

［11］ 高祯，吴昌永，周岳溪，等. 臭氧预氧化对石化污水厂二级出水水质的作用［J］. 化工学报，2013，64 （9）：3390 - 3395.

［12］ 李志琦，李银磊，于静洁，等. 臭氧投加量对臭氧-生物活性炭组合工艺影响的研究［J］. 工业用水与废水，2011，42（1）：8 - 11.

［13］ 崔延瑞，毛雯雯，吴青，等. 臭氧投加量对垃圾渗滤液处理效果的影响［J］. 科学技术与工程，2015，15 （15）：235 - 240.

［14］ 郑晓英，王俭龙，李鑫玮，等. 臭氧氧化深度处理二级处理出水的研究［J］. 中国环境科学， 2014，34 （5）：1159 - 1165.

［15］ 王树涛，张立珠，马军，等. 臭氧预氧化对城市污水二级出水可生化性的影响［J］. 环境科学与技术，2010，33（6）：181 - 184.

［16］ 陈建发，林诚，刘福权，等. 臭氧预处理+絮凝沉淀+BAF组合工艺在二级生化处理出水深度处理的应用［J］. 化工进展，2014，33（6）：1601 - 1606 .

（编辑 祖国红）

Treatment of tail water from chemical wastewater treatment plant by ozone oxidation

Liu Qin，Huang Chunlin
（Shanghai Emperor of Cleaning Hi-Tech Co. Ltd.，Shanghai 200437，China，）

The tail water from a chemical wastewater treatment plant was treated by ozone oxidation process. The effect of ozone dosage on wastewater treatment was studied and the reaction kinetics was investigated. The experimental results show that under the condition of optimum ozone dosage 67mg/L，the removal rates of COD，chroma and UV254are 19%，90%，79% respectively，and the BOD5/COD is 0.11. The reaction kinetics analysis results show that：The ozone oxidation process for COD removal fi ts the second order reaction kinetics，and the kinetic equation is y=0.000 1x+0.000 3 with 0.938 5 of the correlation coeffi cient；The ozone oxidation process for chroma removal fi ts the fi rst order reaction kinetics，and the kinetic equation is y=0.105 0x-0.018 4 with 0.990 3 of the correlation coeffi cient.

ozone oxidation；tail water；wastewater treatment plant；COD；chroma；BOD5/COD

X703

A

1006-1878（2016）05-0543-04

10.3969/j.issn.1006-1878.2016.05.013

2016 - 02 - 01；

2016 - 04 - 27。

刘琴（1981—），女，湖北省荆州市人，硕士，工程师，电话 18917732556，电邮 nuonuo812@126.com。