利用臭氧深度处理污水并进行尾气回收利用的技术实例

利用臭氧深度处理污水并进行尾气回收利用的技术实例金　敦（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海　２０００９２） 摘要　臭氧工艺在污水处理行业是一种先进、高效的处理方法，在市政污水处理中，可利用臭氧的强氧化性，脱色、去除ＣＯＤ、消毒等。

受制于处理成本的因素，臭氧工艺在市政污水处理行业使用不多。

如果将臭氧工艺产生的尾气予以回收利用，则可以降低臭氧工艺的处理成本，提升该工艺的竞争力。

通过对即墨市污水处理厂臭氧尾气回收利用设计实例的介绍，分析了臭氧尾气回收利用技术适用情况与应用前景。

关键词　污水处理厂　臭氧　尾气回收利用　收集　增压　输送　控制　０　前言在污水处理行业中，臭氧工艺因其处理成本较高，仅在小规模工业废水处理中有所应用，而市政污水处理应用较少。

随着城市经济发展，进入市政污水处理厂的污水组成也日趋复杂，纯粹以处理生活污水为主的污水处理厂少之又少，大部分污水处理厂还需纳入部分工业废水一并处理，如果纳入的工业废水中含有印染、医药、化工等难降解的废水，采用常规的处理手段难以处理；与此同时，国家对水域生态环境保护也日益重视，各地污水处理厂尾水水质标准日益提高，目前，排入主要流域的尾水水质基本都要求达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（ＧＢ　１８９１８—２００２）中的一级Ａ标准，对尾水ＣＯＤ、色度、粪大肠菌群的达标排放都提出了更高的要求。

在这样的背景下，臭氧工艺在市政污水处理的应用也将逐步增多。

在市政污水处理中，可利用臭氧的强氧化性，在深度处理阶段进行脱色、去除ＣＯＤ（尤其是可溶性不可降解ＣＯＤ，亦称ｎｂｓＣＯＤ）、消毒等。

大多数情况下，臭氧工艺产生的尾气———氧气都白白排出，按臭氧浓度１０ｗｔ％计，用于制备臭氧的９０％氧气最终将浪费。

运行成本是臭氧工艺在污水处理中应用的一个瓶颈，如果能对这部分尾气予以利用，将极大降低臭氧工艺的处理成本，充分发挥臭氧工艺在市政污水处理行业的作用，提升该工艺的竞争力。

本文结合青岛即墨市污水处理厂扩建升级工程的实例，介绍了污水处理厂臭氧尾气回收利用的技术。

在即墨市污水处理厂扩建升级工程中，臭氧氧化后产生的尾气———氧气，予以回收利用，用于生物反应池的供氧，即发挥了臭氧氧化工艺的效用，又降低了臭氧氧化工艺的处理成本，为臭氧尾气回收利用的应用提供了参考和借鉴。

１　工程概况即墨市污水处理厂一、二期工程处理规模为１２万ｍ３／ｄ，采用Ａ２／Ｃ氧化沟工艺，经生物处理、加氯消毒后排放，设计出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（ＧＢ　１８９１８—２００２）中的二级标准。

随着当地污水量的增长及当地环保部门对流域水环境保护的要求，需对污水处理厂实施扩建升级工程。

扩建规模３万ｍ３／ｄ，扩建后污水处理厂处理规模达到１５万ｍ３／ｄ，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（ＧＢ　１８９１８—２００２）中的一级Ａ标准。

即墨市污水处理厂进水成分非常复杂，近５０％的污水为工业废水，且印染废水的比重较大，进水色度较高（达到２００～３００倍），透光率低，即墨市污水处理厂一、二期工程采用二氧化氯的消毒工艺，对脱色效果不明显，感观较差，出水色度指标较高。

为解决脱色问题，污水处理厂也尝试使用了多种脱色剂，但由于污水处理厂进水成分复杂，单一的脱色剂并不能有效的去除各类成分的发色基团，虽然脱色剂投加后对尾水脱色有一定效果，但是效果并不明显。

因此，出水标准提高后，采用常规处理手段，色度很难稳定达标。

除了色度问题以外，大量的工业废水也使进水含有大量ｎｂｓＣＯＤ，ｎｂｓＣＯＤ很难通过生物方法去除，混凝加药等措施对其去除效果也不明显，若不采取相对应的措施，ＣＯＤ也很难稳定达标。

综合以上情况，即墨市污水处理厂扩建升级设计中，在深度处理工序增加了臭氧工艺，通过臭氧的强氧化性，对二级处理后的污水进行脱色、去除ＣＯＤ、消毒。

为了节约臭氧工艺的运行成本，本工程拟将臭氧工艺后的尾气———氧气予以回收利用。

本工程出水水质要求提升后，原有１２万ｍ３／ｄ　Ａ２／Ｃ氧化沟去除污染物的能力，已不能满足出水水质的要求。

因此升级扩建工程拟将原Ａ２／Ｃ氧化沟的规模由１２万ｍ３／ｄ降至１０万ｍ３／ｄ，同时新增５万ｍ３／ｄ的生物处理系统满足达标排放的要求。

考虑到新增生物处理工艺可采用臭氧尾气———氧气作为氧源，因此新增生物处理工艺采用了纯氧曝气工艺。

由于纯氧曝气工艺运行成本较普通空气曝气工艺高，所以在市政污水处理行业使用较少，但如果将臭氧尾气用于纯氧曝气工艺，则运行成本的问题将不复存在，纯氧曝气工艺处理效率高，反应池体积小，占地面积少的优势也得以体现。

２　臭氧尾气回收利用系统的组成本工程中，臭氧尾气回收利用系统工艺组合包含臭氧氧化构建筑物（臭氧发生器间、臭氧接触池）、氧气站（制备臭氧的氧源）、生物反应池。

臭氧发生器产生的臭氧经臭氧接触池接触氧化，尾气通过尾气破坏器排放，排放的尾气经管道收集增压后，由输送系统送至新建的纯氧曝气生物反应池。

臭氧氧化后尾气回收利用系统由收集、增压、输送及控制系统组成。

２．１　收集系统收集系统系由臭氧收集、臭氧尾气破坏、氧气收集３部分组成。

首先，将臭氧接触池接触氧化后未溶解的臭氧气体在每一个臭氧接触室的出口通过臭氧管道收集起来，然后通过尾气破坏器所带的风扇将臭氧尾气从接触池中抽出，通过尾气除湿、预加热等工序后，进入破坏器反应室反应，随后，尾气破坏排出后的气体———氧气再通过管道收集系统收集后输送至增压系统。

２．２　增压系统经尾气破坏器破坏后排出的氧气一般为常压，而生物反应池的增氧设备对进入其设备的氧气有一定的压力要求，因此氧气收集后需设置增压系统以满足生物反应池增氧设备进气压力的要求。

视设备进气要求压力的大小，增压系统可采用引风机、氧压机等多种机械增压的形式，引风机可给尾气提供≤１．５ｍＨ２Ｏ的压力，若需提供更大的压力，可采用氧压机等设备增压。

增压设备数量根据工艺要求配置，按照设计要求，通过多台、大小规格、变频等设备配置，实现供氧量变化的调整。

增压设备后需设置安全阀，用于平衡臭氧接触池的压力、排放多余氧气。

当臭氧尾气回用系统压力大于最大安全设定值时，设置在臭氧尾气破坏单元排放管上的安全阀自动打开，直到臭氧尾气回用系统压力等于安全设定值，安全阀自动关闭；当尾气回用系统压力小于最小安全设定值时，增压设备自动停止工作，直到尾气回用系统压力等于安全设定值，增压设备再自动开始工作。

本工程增压系统配置如下：４台３０ｋｇ／ｈ臭氧发生器（３用１备）配置４台主引风机和２台辅助引风机（可提供约１．５ｍ水柱的压力），其中辅助引风机的风量相当主引风机的１／３左右。

在主／辅引风机配合工作的前提下，可以大致实现７０～８４０ｍ３／ｈ的以７０ｍ３／ｈ为变化量的台阶式的调整方式。

所有引风机并列运转，配置自动切断阀门，配置１台在线流量传感器，受总控ＰＬＣ控制。

总控ＰＬＣ根据系统臭氧的投加量和监测到的引风机的总排气量启动合适的引风机。

如果要求更精细的调节，可以在此基础上给引风机配置变频器，频率的调整范围可以在３０～５０Ｈｚ。

２．３　输送系统尾气输送系统总管及干管管内流速控制在５～１５ｍ／ｓ。

管道制作及安装有如下要求：（１）管道采用ＳＳ３１６Ｌ不锈钢管，壁厚≥３ｍｍ。

（２）管道的连接可采用焊接或法兰连接。

采用焊接，氩弧焊打底；采用法兰连接，则法兰采用凸面带颈平焊法兰，法兰垫片采用聚四氟乙烯垫片，螺栓采用８．８级六脚不锈钢螺栓，外涂环氧树脂，与法兰片无接触。

（３）管道采用丙酮脱脂，脱脂合格后的管道应及时封闭管口并宜充入干燥氮气。

（４）管道严禁采用折皱弯头，弯头的弯曲半径不应小于管外径。

（５）管道应有导出静电的接地装置。

２．４　控制系统鉴于实际运行中可能出现臭氧系统尾气流量与生物反应池的需氧量不相等的情况，对生物反应池采用２路系统供氧，通过控制系统加以控制与调节。

２．４．１　尾气回收供氧系统组成：电控部分，氧气阀架１，增压系统。

原理：根据压力开关或压力变送器的信号，同设定值比较，ＰＬＣ输出一个信号控制增压系统的运行，最终控制氧气注入到污水的量。

２．４．２　液氧供氧系统组成：电控部分，氧气阀架２。

原理：溶氧仪将污水的溶氧信号送到电控箱，ＰＬＣ对输入信号和溶氧设定值进行比较，控制氧气阀门的开关，达到控制氧气注入到污水的量。

２．４．３　供氧系统工作原理如果生物反应池溶氧信号小于溶氧设定值：ＰＬＣ输出的信号不断增大，增压系统运行风量增加，氧气流量增加，一直增加到ＰＬＣ输出的最大值，即增压系统注入氧气的最大值，如果溶氧信号还是小于溶氧设定值，送一个信号到液氧供氧系统，液氧供氧系统开始工作。

如果生物反应池溶氧信号大于溶氧设定值：液氧供氧系统注入的氧气不断减少，直到关闭；如果溶氧信号还是大于溶氧设定值，ＰＬＣ输出的信号不断减小，增压系统运行风量减少，氧气流量减小，一直减小到ＰＬＣ输出的最小值。

即墨市污水处理厂升级扩建整个尾气回收利用系统设计见图１。

３　工程效益本工程以即墨市污水处理厂为例，将臭氧尾气回用于生物处理纯氧曝气生物反应池，效益明显。

污水处理厂设计规模：１５万ｍ３／ｄ；臭氧投加量：１２ｍｇ／Ｌ；臭氧消耗量：１５万ｍ３／ｄ×１２ｍｇ／Ｌ＝图１　臭氧尾气回收利用系统示意１　８００ｋｇ／ｄ；臭氧浓度：１０Ｗｔ／％（一般为８Ｗｔ／％～１３Ｗｔ／％）；需氧量：１　８００ｋｇ／ｄ÷１０Ｗｔ／％＝１８　０００ｋｇ／ｄ；回收系统氧气消耗：１０％；可回收氧气量：１８　０００ｋｇ／ｄ×（１－１０Ｗｔ／％）×（１－１０／％）＝１４　５８０ｋｇ／ｄ＝１４．５８ｔ／ｄ；液氧单价：按８００元／ｔ计；可节省费用：１４．５８ｔ／ｄ×８００元／ｔ＝１１　６６４元／ｄ≈４２５万元／ａ；可节约ｍ３水处理费用：１１　６６４元／ｄ÷１５万ｍ３／ｄ＝０．０７８元／ｍ３；以污水处理厂日常处理费用约１．００元／ｍ３计，可节约运行成本约８％。

４　需注意的问题臭氧尾气经引风机输送至尾气回用源仅能提供≤１．５ｍＨ２Ｏ的风压，因氧气管流速较快，若管路太长，延程损失较大，可能会造成回用源风压不稳定或不够，则此时需另外增加加压装置（如氧压机）。

因此，建议臭氧接触池与尾气回用源紧邻布置。

如若需另外增加加压装置，则可能与介质（氧气）接触的零部件应无油无脂，确保使用的安全。

５　结语臭氧尾气回收利用技术在欧美已有先例，即墨市污水处理厂应用此技术在国内尚属首次，目前，该技术已成功运行了近２年，工程效益显著。

将臭氧尾气回收利用具有以下显著的特点。

（１）臭氧氧化工艺对色度高、ｎｂｓＣＯＤ高的污水处理效果极佳，在污水处理中能发挥巨大作用。

（２）臭氧尾气回收利用，减少了臭氧工艺的运行成本，体现了污水处理中综合利用、节约能源的技术特点。