氧气在污水处理中的应用

2002年第 12期 ·试验(Technology＆Test Eng／ 氧气在污水处理中的应用 李兰励 (四川 天一科技股份有限公 司，四川 成都 610225) 摘要 对 比分析 了氧气在污水处理 中的性能 特点 ，介 绍 了几种新 型 的污水处 理 工艺 ．并就 国 内外 的环保现 状 做 了进 一 步的阐述。 关键词 氧气 污水处理 应用 好氧生物处理法处理 污水是采用曝气的方式将 空气中的氧(或纯氧、富氧 )鼓入污水 中，提供微生物 呼吸生存所必需 的氧气 ，微生物将耗掉污水中的污染 物 ，从而达到净化污水的 目的。常见 的好氧生物处理 法有活性污泥法 、生物膜法等 。 传统的活性污泥法处理污水通过空气供氧，向盛 有活性污泥的曝气池中连续鼓入空气，以满足好氧微 生物的生存 、繁殖需要 ，从而改善活性 污泥 的性质，提 高处理效果。但随着世界经济的迅速发展 ，污染负荷 目益加重 ，排放 目趋严格 ，并 且企业和城市建筑 用地越来越 紧张 ，传统活性污泥法存在曝气 的能力有 限 ，处理设备庞大等缺陷。 、 、 0 ， 、 。 、 、 、 、 、 ) 、 、 ， 、— 0 、 、 ， ， 0 、 、 、 、 — ，p 、— 、— —p 、 ． 、 0≯ 0p lg c／(mol／L) — -_ l：l — l：2 —+-．2：l 图 7 OP与 LAS与 IAS复配体系的面张力 但 OP分散性不如 IAs，价格比 IAs高，所以，选 取 IAs与 OP的复配体系作为甘蓝叶子的润湿剂更 为实用。多数农药使用时都要稀释 500倍以上，而农 药 中表面活性剂 的含量 一般不超过 10％，所 以要想 获得对甘蓝叶这样难以润湿表面的良好润湿性，在使 用时加入表面活性剂是必要的。 参考文献 ： [1] 孙叔宝．中国化工信息，1999(27)：3 [2] T G Fanklin，S Gipson．Surface Technolo~．1982 (15)：345 [3] 赵国玺 ．表面活性剂物理化学 ．第二版 ，北京 ：北 京大学出版社 ，1991．345 (收稿 日期：2002—10—18) W et Ability of Surfactant Solutions to the Cabbage Leaves Xing Fenglan Guo Xiangfeng Liu Juan (Department of Chemical Engneering，Qiqihaer Universit)r，Heilongjiang，Qiqihaer 161006) Abstract The wet ability and surface tension of sodium dodecvl sulfate，alkyl benzene sulphonate，OP，JFC，eetvl trimethyl ammonium bromide and alkyl benzene sulphonate—OP of the different molar ratio mixed system on the surface of cabbage leaves were studied．The results showed that the wet ability of OP O11 the surface of cabbage leave was the best in the determined surfacetants．and that of LAS—OP mi xed system in which the molar ratio of LAS：OP was 1：1 or 1：2 Was almost the same as that of OP． Key words surfactant wetness contact angle cabbage - - - — — 54 ·-—— 维普资讯 http://www.cqvip.com 工艺·试验(Technology&Testing~ 2002年第 12期 纯氧活性污泥法 1934年，美国联合碳化物公司提出了纯氧活性污 泥法的设想 ，即以纯氧或富氧空气 (氧纯度为 90％ ～ 99％)代替空气进行曝气的活性污泥法，通过提高供 氧能力，增加混合液污泥的溶解氧浓度，加强代谢过 程，从而改善活性污泥的性质 ，提高污水处理的效能 。 此设想 由于当时的制氧成本高 ，该工艺只停在试验阶 段 。直到上世 纪 60年代末 ，变 压吸 附分离 法 (简 称 PSA)生产廉价的低纯度氧的工艺 出现带来 了转机，据 报道 ，世界上 出现第一套变压吸附制氧设备就是用于 废水处理工艺。联合碳化物公司林德分公司于 1966 年底发明了 UNOX系统 ，即纯氧在废水二级处理 中的 应用。以下为纯 氧曝气 与空气曝气 的各项参数 比较 表 (表 1)： 表 1 纯 氧曝气 与空气 曝气 的各项参数 比较 参 数 纯氧 曝气 常规 空气曝气 曝气池 内溶解 氧浓度／(mg／L) 6一lO 曝气时 间／h 1～2 MLSS浓度／(mg／L) 6 000～10 000 MLVSS浓 度／(mg／L) 3 900～6 500 BOD容积负荷／(kgBOD／m ·d) 2．4～3．2 BOD污泥负荷 (kgBOD／kgMLVSS·d) 回流污泥浓 度(mg／L) 2O 000～40 000 回流污 泥率／(％) 2O～4o 污泥 指数／(SV1) 30～50 剩余 污泥生成量 ／(TSS／kg去除 BOD) 动力消耗／(kW·h)溶解，混合 空 气分离 l～2 3～6 l 5oo～4 Ooo 90o一2 600 O．5一 1．O O．3～O．6 5 Ooo— l5 Ooo 30～ loo loo一 150 O．5一O．75 O．17～O．52 1．15～ 1．70 0．46～0．56 从表 1中可看出，①通过纯氧曝气，使曝气池内 溶解氧浓度显著提高，在这种高浓度溶解氧状态下， 污泥凝聚性能增强 ，能产生较高浓度 、密实易沉 的活 性回流污泥，从而降低了回流比；②纯氧曝气法可缩 短曝气时间 ，一般仅 为空气 曝气时 间的 1／3～1／4；③ 纯氧曝气法大大提高了曝气池的容积负荷 ，从 而大大 缩小曝气池 的体积 ，占地面积节省 50％以上 ，基建投 资节省约30％；④由于纯氧在水中的转移速率要比空 气大 4倍左右，因此纯氧曝气所耗的能量低于将空气 中的氧鼓入水 中的能量 ，比空气曝气一般可节约能耗 30％ 40％；⑤一般 的空气曝气法氧利用率仅 有 l0％ 左右，而纯氧曝气法氧利用率可达 90％以上，所以该 法对于高浓度污水处理有很大的优越性 ；⑥纯氧曝气 法处理过程中所产生的废气量很小 ，仅为传统空气法 l％～2％，防臭 脱臭 容易 ；⑦此 外 ，纯 氧曝 气运 行稳 定，去除率高，对水质变化适应强，耐冲击负荷，不易 产生污泥澎胀，污泥生成率低，从而降低用于处理剩 余污泥的费用。 目前有上千套纯氧活性 污泥法污水处理装置在 运行 ，其中 UNOX系统 占主导地位 ，该 系统 采用密闭 式曝气 池 ，氧气在 池 中能得 到充 分 的利用。美 国约 300多套 ，日本 100多套，我国于20世纪 80年代引进 了 6套 UNOX系统 ，均用于石油化工废水 的处理。其 它的纯氧曝气 系统 如英国 BOC公 司的 VITOX系统 ， 该系统为 20世纪 80年代开发的一种开放型纯氧曝 气污水处理系统 ，在 已有曝气池需要增大处理能力或 规模 较 小 的工 厂企 业 中应 用较 为 适 用。它能 克 服 UNOX系统的某些缺点，如①可利用现有的曝气 池② 没有密闭的富氧危险空间③不需 自控监测仪表，降低 投资费用④混合液中的 c02挥发到空气中，pH值降 低 ，有利于下一步的反硝化反应 。该系统已广泛用于 生化、制药、造纸、炼焦废水等领域；此外，还有 Messer 公司开发的 BIOX系统(即微气泡纯氧曝气工艺)以及 空气产品和化学品公司开发的 Oxy--Dep系统等。 日 塞氢 堡 随着工业技术的发展 ，利用臭氧进行排水处理及 自来水净化处理引人注 目。臭氧是一种强氧化剂，能 将污水中微量臭味物质定量氧化 而脱臭。同时臭 氧 也是一种广谱高效杀菌剂，其杀菌能力是氯气的600 ～ 3 000倍，与氯相比，注入少量臭氧即可达到与氯同 等的灭菌效果。用氯灭菌一般需 15 min以上的接触 时间，而用臭氧只要几分钟 ，从而缩短污水处理时间。 再者 ，臭氧具有脱色作用。污水中常含有各种有色物 质 ，用标准活性 污泥法是难 于除去 ，对这 些溶解物质 的脱色要用物理吸附与凝聚沉淀等物理化学方法才 能除去 ，而臭氧能破坏带不饱 和键发色基 团，脱色容 易。 从 l9世纪末到 20世纪中Ⅱ十，臭氧主要用于水的 消毒和除嗅除味。到20世纪 60年代开始．一些发达 国家如美国和加拿 大 ，欧洲 的德 国 、法 国、英国 、意 大 利 、瑞士 以及亚洲 的 日本重视环境 保护和生态平衡 ， 一 55 — 维普资讯 http://www.cqvip.com 2002年第 12期 工艺·试验(Technology&Testing~ 提高了工业废水和生活污水 的排放标准 ，促进臭氧在 许多新应用领域得到发展：城市废水排出物的臭氧深 度处理，以降低或消除表面活性剂，工业废水处理中 用于破坏氧化物，并与其它方法(生物处理方法、物理 法和化学法)的有机结合 ，如臭 氧气浮法 、曝 气生物滤 液一臭氧深度氧化法，取得了良好 的效果。臭氧通常 是以空气为原料 制取，一般臭 氧浓 度为 40～120 mg／L。PSA技术现已被广泛用于制 取低成本 的臭 氧， 能耗降低。若气源为高纯度的氧气，臭氧的浓度会更 高 ，达到 1 000 g／L以上。 囵 氢 氢 斯密特(1864年)发现过氧化氢(H202)具有杀菌 的功能。但由于工业上制取困难 ，使得它在水处理方 面的实际应用受到了限制。现在可 利用氨厂 的弛放 气，经变压吸附等方法制得氢气后，再用蒽醌法制成 H202，成本较过去的电解法低，使 H202替换氯作为水 处理消毒杀菌剂成为可能。 根据 国内外研 究成果认 为 ，H 0 是 一种 全面有 效的杀菌剂，杀菌速度快。通过对人体传染的肠病原 体和对工业循环冷却水中8大类菌(表 2)所做的杀菌 试验表明，H20 对 8大类菌都具有较强的杀灭作用， 故 H 0 可用作医院污水消毒和工业循环冷却水的杀 菌灭藻剂。 同时，H202在有毒废水处理中，能处理多种无机 和有机的有毒物质，其中处理最多和最有效的是硫化 物、氰化物和酚类化合物。此外，H202还能脱除废水 的气味和颜色，提高生化法处理废水的能力，并防止 污泥膨胀。当处理废水所用的活性炭失效后，可用 H202使其再生。 表 2 H202对循环冷却水 中典型菌类 的杀菌能力 注 ：试验 性细菌的原始 浓度 lo5个／L 几种新型污水处理工艺 4．1 膜纯氧曝气工艺 美国某公司于 1990年开发出一种采用 聚丙烯膜 作材料的曝气器，用于城市污水的纯氧曝气。膜材料 一 端为密封的 中空纤维束 ，在压力的作用下 ，氧气透 过多孔的纤维壁管直接溶人周围的水 中，水在外部流 动时被曝气但无气泡产生(氧可 100％地溶入水 中，即 使在浅型曝气池 中)，由于密封纤维束另一端不 固定 ， 可随着水流摆动 ，所 以通过曝气器的水流可使纤维在 整个容器内均匀分布。具有容积负荷高、生物降解速 度快、占地面积小、基建投资和运行费用低等优点。 4．2 超临界水氧化法处理有机污染物 随着化学工业的发展 ，生产过程中排放的各类化 工废水 、污泥 、废渣(含有机物)日益增多 ，尤其是高浓 度生物降解难的有毒有机废水。对于高浓度的有机 废水 ，通常采用 焚烧法 ，但燃料油所产 生的尾气大 多 含 NOx、SOx等污染物 ，将造成 2次污染 。 随着国内外 日益迫切需求“废物最小化”、“清洁 生产”等目标，新近开发的超临界水氧化法(scwO— Supercritical Water Oxidation)显示出的优点。它是利用 超临界水(温度 >374℃ ，压力 >22．1MPa)的特性 ，将 有机物与空气、氧气等氧化剂在超临界水中发生均相 氧化反应 ，从 而除去有机物 ，去除率达 99％以上。尾 气无毒，操作灵活方便。 日 我国的环保现状 我国现有工业废水处理装置 5 500多套 ，废水处 理率仅为 20％ ～30％，而达标率为 38％。大部分废 水未经任何处理就直接排人各类水体 ，致使全国82％ 的江河湖泊和 45％的城市地下水受到不同程度的污 染 ，每年造成的经济损失约 400亿元。现今 国家加 大 了在环保领域的投资，但在废水处理率、污水治理普 及程度 以及环保立法 、环保执法等方 面，与发达 国家 相 比，差距甚远。根据 国家环保总局 的规划 ，我 国到 2010年的城市污水处 理率要求为 40％，这还 是根据 国家(包括地方)财力在各方面作出努力后争取达到 的 目标 。 根据国家环保总局《全国主要污染物排放总量控 制》及《跨世纪绿色工程规划》，城市污水处理成 套设备重点发展 是 ：可靠性 和 自动化 程度高 的、处理 维普资讯 http://www.cqvip.com 工艺·试验{Technology＆Testing)) 2002年第 12期 能力 l0万 t以下的小城 市污水处 理成套设备；1 万 t／d以下生活小区污水净化 成套设备 、1 000 t／d以 下的污水 回用成套设备 ；同时开发 10 t以上 的大 中型 城市污水处理成套设备。随着 2008年北京 申奥的成 功，国家将重点治理京津地区及华北平原的大气污染 和河流污染 ，大力 改扩建各地的污水 处理厂 ，提高其 污水治理容量与处理工艺水平。 城市污水处 理的主导方 向为向其 2级生物处理 发展，并兼顾除磷脱氮的任务。当前的任务主要是普 及。我国普遍采用普通活性污泥法、氧化沟法、SBR 法、AB法、A／O法等。 纯氧曝气技术在国内推广，最有可能突破的是在 大中型石油、化工、造纸、炼焦等企业。在水产养殖业 中，因环境污染事故造成水中的溶解氧急剧下降而需 快速充氧，利用 VITOX系统的原理将 3—8 Nm3／h的 PSA制氧机与文丘里管结合起来其充氧效果远远好 于目前普遍使用的渔业用表曝机。 国内臭氧技术及应用发展较国外至少落后 15— 20 a，随着政府的政策支持力度的加强，臭氧应用范围 和产量将会大量增加。 开封 中环环保工程有限公司承担 的国家“工业废 水和城市污水富氧曝气成套设备国产化”环保装备专 项，总投资4 000万元，正加快实施，已引进美国克鲁 格公司污水处理富氧曝气(OASES)技术，此关键技术 处于国际领先水平。 日 垦 星 查 普莱克斯在 世界上 已安装 了 100多台现场充氧 废水处理装置，采用氧气取代空气的生物处理槽内进 行气曝，使用氧来保持代谢活力，这样就可将人类产 生的废物以及工业废物转化成无危害性的二氧化碳 和水。这样可减少 向空气中散发和降低能耗 ，可增加 废水处理量 ，减少气曝费用达 35％以上 。，保持同样水 平的溶解氧，包括制氧机运行所需的总能量要大大低 于以空气曝气的废水处理装置。 根据最新一项 10 a期，BOC气体公司将向沙 特肖顿造纸公司提供一套 30 t／d的充氧设备，用来处 理肖顿造纸公司产生的污水。该设备由一台24 t／d 的 PSA装置(也称 Novox)和一台新充氧和混合设备组 成。肖顿造纸厂每年生产新闻用纸 46万 t，每 t纸用 水 14 t，在生产过程 中水循 环量达 70 t。大部分用氧 量由 PSA制氧装置提供，其它由液氧储罐供给。 参考文献 [1] 顾荣而．气体分离动态，2002．5 [2] 汪祥庆．气体分离动态，2002．2 [3] 张 莉等．化工环保，2002．02 [4] 王 敏．甘肃化工，2002．02 [5] 孙晓轩．纯氧活性污泥法技术现状，2000．11 [6] 何卫中等 ．化工环保，1999．05 [7] 化工百科大全，第六卷 (收稿 日期 2002—10—14) Applieation of Oxygen in Treating W astewater Li Lanli (Sichuan Tianyi Science and Technology Co．Ltd．，Chengdu，610225) Abstract Performance characters of oxygen in treating wastewater were contrastive analyzed．And several new technology of treating wastewater were introduced and environment protecting status ovevseas and domestic was presented． Key words oxygen wastewater treatment application 维普资讯 http://www.cqvip.com