某污水处理项目臭氧反应处理中试研究

常建闯 郭自军 刘元慧

(1.赤峰市经济和信息化发展研究中心，内蒙古 赤峰 024000；2.中煤第五建设有限公司第三十一工程处，河北 邯郸 056038； 3.河北工程大学能源与环境工程学院，河北 邯郸 056038)

某污水处理项目臭氧反应处理中试研究

常建闯1郭自军2刘元慧3*

(1.赤峰市经济和信息化发展研究中心，内蒙古 赤峰 024000；2.中煤第五建设有限公司第三十一工程处，河北 邯郸 056038； 3.河北工程大学能源与环境工程学院，河北 邯郸 056038)

以北方某制药有限责任公司布洛芬(OTC)生产的污水处理工程为例，通过中试试验，分析了臭氧加铁屑氧化技术对好氧池出水的处理效果，并采集了中试试验过程中的各种参数，为污水处理厂后期改造和调试设计提供了依据。

制药废水，铁碳微电解，臭氧催化氧化，中试试验

1 概述

制药过程相对于其他行业产生的废水水量大、有机污染物浓度高、组成复杂，其中含有大量难生化降解的物质，对环境影响恶劣，应采用行之有效的方法加以处理排放[1]。铁碳微电解技术因其工艺简单，操作方便而被应用于制药、电镀、石油化工等行业的废水处理中[2,3]。

本文中试采用臭氧+铁刨花反应，整个反应系统可被认为是铁碳微电解+臭氧催化氧化，铁刨花的主要成分是铁和碳，当将其浸入电解质溶液中时,由于Fe和C之间存在1.2 V的电极电位差,因而会形成无数的微电池系统，在酸性充氧条件下发生电化学反应，其反应过程如下：

阳极(Fe):Fe-2e-→Fe2+

阴极(C):2H++2e-→ 2[H]

若有曝气，还会发生下面的反应：

O2+ 4H++4e-→2H2O

O2+ 2H2O+ 4e-→4OH-

2Fe2++O2+4H+→2H2O+ Fe3+

阳极反应生成大量的Fe2+进入废水,进而氧化成Fe3+,形成具有较高吸附絮凝活性的絮凝剂[4]。阴极反应产生大量新生态的[H]和[O],在偏酸性的条件下,这些活性成分均能与废水中的许多组分发生氧化还原反应,使有机大分子发生断链降解,提高了废水的可生化度[5],且阴极反应消耗了大量的H+生成了大量的OH-,这使得废水的pH值也有所提高。

同时在臭氧环境下，阳极反应生成的Fe2+可作为后续臭氧催化氧化处理的催化剂，催化促进O3分解，在分解同时，产生羟基，与水中的有机物反应，使水体的有机污染物氧化降解成小分子物质，同时催化剂又与有机物反应生成中间产物，最后发生氧化反应。

2 中试概况

2.1 工艺流程图及中试设备

中试工艺流程见图1。

中试设备由反应器和臭氧机组成见图2。

臭氧反应器尺寸：φ×H=350 mm×6 000 mm，有效体积530 L，后期填充比50%(铁刨花)，停留时间5 h。

臭氧机产气量4.5 g/h，臭氧投加量42 mg/L，臭氧利用回流泵(2 m3/h)射流进入反应器底部，臭氧与废水充分接触。

2.2 中试进度安排

中试试验过程分为设备安装、臭氧阶段、臭氧铁刨花阶段，具体安排如表1所示。

表1 中试进度安排表

3 中试数据分析

3.1 设备安装

设备安装主要是臭氧机、水泵、射流器的安装，进、出水管道的连接。

联动试车保证全流程管路通畅。

3.2 臭氧反应阶段

表2 实验数据

臭氧反应阶段自2014年9月15日开始，至2014年9月22日结束。由于主要依靠臭氧对好氧池2出水进行处理，进水COD

平均浓度在1 629 mg/L，出水COD平均浓度在1 325 mg/L，平均去除率18%，处理效果一般，且波动性较大，可以看出单纯依靠臭氧处理稳定性不强，运行几天后基本无处理效果。

3.3 臭氧铁刨花阶段

此阶段自2014年9月23日开始，至2014年9月25日结束。在反应器中填充了50%左右的酸洗过的铁刨花，依靠臭氧和铁刨花联合作用对好氧池2出水进行处理，实验中由于臭氧机故障中止，10月13日实验恢复后反应器内铁锈较多，影响了出水效果，应将数据剔除，经过换水清理后恢复正常，进水COD平均浓度在2 359 mg/L，出水COD平均浓度在1 738 mg/L，平均去除率26%，且出水效果稳定。

表2是整个实验过程的具体数据。

4 结语

1)臭氧反应阶段在水力停留时间5 h，单纯依靠臭氧氧化对COD的去除率在-28%～60%波动，平均去除率为18%，存在不稳定性，阶段后期基本无处理效果，与工程调试实际情况类似。

2)臭氧铁刨花阶段在水力停留时间相同，铁刨花填充率50%左右，对COD的去除率在20%～50%，平均去除率为26%，且去除效果稳定，铁刨花起到了催化稳定臭氧反应的效果，同时自身存在微电解处理效果。

3)臭氧反应在投加铁刨花后虽然有一定处理效果，但是去除率还不能满足实际工程要求，同时出水不清澈，呈现铁红色，还存在一定的絮状沉淀物，所以在臭氧铁刨花氧化分解有机物提高可生化性的同时，后端增加生化反应是很有必要的。

4)中试过程中使用射流器混合气水进入反应器底部，使臭氧能高效地和污水混合，提高了臭氧的利用率，可以考虑到实际工程应用。

[1] 宋 鑫,任立人,吴 丹,等.制药废水深度处理技术的研究现状及进展[J].广州化工,2012(12)：29-31.

[2] Bunce Nigel J., Chartrand Michelle, Keech Peter. Electrochemical Treatment of Acidic Aqueous Ferrous Sulfate and Copper Sulfate as Models for Acid Mine Drainage[J]. Water Research,2001，35(18):4410-4416.

[3] Shibin X, Shuichun X, Changqing Z. Removal of organic pollutants from 2,2′,5,5′-tetrachlorobenzidine(TCB) industrial wastewater by micro-electrochemical oxidation and air-stripping[J].Journal of Hazardous Materials,2007,144(1):159-163.

[4] 张树艳,程丽华,曹为祥.铁炭微电解处理农药废水的研究[J].化学工程师,2004(9):35-37.

[5] 王晓阳,费学宁,周立峰.铁碳微电解降解高浓度制药废水[J].环境科学与管理,2011(5):100-105.

Pilot study on ozone treatment of a sewage treatment project

Chang Jianchuang1Guo Zijun2Liu Yuanhui3*

(1.ChifengEconomyandInformationTechnologyDevelopmentResearchCentre,Chifeng024000,China;2.ChinaCoalNo.5ConstructionCoalConstructionCompanyThirty-oneWorksAgency,Handan056038,China;3.CollegeofEnergyandEnvironmentalEngineering,HebeiUniversityofEngineering,Handan056038,China)

Taking the wastewater treatment engineering of ibuprofen (OTC) production of north a pharmaceutical limited liability company as an example, through the pilot scale test, this paper analyzed the treatment effect of ozone with iron oxidation technology to aerobic tank effluent, and collected various parameters during the pilot scale test, provided basis for late transformation and debugging design of sewage treatment plant.

pharmaceutical wastewater, iron carbon micro electrolysis, ozone catalytic oxidation, pilot scale test

1009-6825(2017)05-0160-02

2016-12-04

常建闯(1982- )，男，工程师； 郭自军(1980- )，男，工程师

刘元慧(1983- )，女，在读硕士

X703

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