专业园区工业废水
万峰环保臭氧催化高级氧化技术应用案例
——石家庄桥东污水处理厂升级改造工程
项目背景
随着城市居民生活水平的不断提高，对环境质量要求也越来越高，城镇污水处理厂排放标准多数要求执行一级A标准，部分地区要求出水水质全部或部分达到Ⅳ类水标准。有些城市污水厂进水中含有较多的制药、印染和化工等工业废水，其中溶解性难降解COD含量较高，通过常规或强化二级处理出水COD、色度等指标很难达到要求，需要通过高级氧化补充处理工艺才能奏效。
石家庄市桥东污水处理厂于2006年建成投产，位于栾城县楼底村西南，毗邻体育大街和总退水渠，设计规模为50×104 m3/d，占地面积为35.975 hm2。主要采用A/O（脱氮）工艺处理废水，废水主要来自铁路以东的各企业事业单位及居民生活所排放的污水，包含了60%的工业废水（以华药和石药为主排放的制药废水），污水处理厂服务范围为95.95 km2，原设计出水水质执行《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)的二级标准。
需解决的关键问题
2008年桥东污水处理厂实施了第一次升级改造工程，出水BOD5、氨氮、总氮和总磷等都达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)中一级A标准，但COD浓度仍约为60~70 mg/L，色度约为120倍。
2012年，根据省市政府的要求实施了第二次升级改造工程，将工程总规模扩建为60×104 m3/d，出水水质在全面达到一级A标准的基础上，要求色度＜15倍。
该污水厂第一次改造后出水COD浓度较高，但BOD5/COD≤0.1，说明系统生化处理功能已经十分完善，污水中剩余的COD物质主要是溶解性难降解有机物，不可能通过改进生化处理工艺来去除。
解决方案
经现场工艺试验，确定采用“万峰环保臭氧催化高级氧化技术”作为本项目的改造工艺。高级氧化法是指利用羟基自由基(·OH)去除污水中高稳定性难降解有机污染物(以及部分无机污染物)的化学氧化技术，与臭氧的直接氧化相比，反应速度更快而且无选择性。本工程采用的万峰环保臭氧催化高级氧化技术，是在多相催化臭氧高级氧化技术的基础上，根据电磁切变原理，在系统中加入了电磁（EM）催化模块改进优化出来的一种新型高级氧化工艺技术。这种技术通过电磁（EM）切变场的作用，改变污水中水分子、有机污染物分子和离子氛的团簇结构，不仅可提高臭氧在污水中的溶解能力，还可直接在污水中产生部分羟基自由基，使原有固相催化的效率得到进一步提高，不仅具有高效节能、建设费用和成本较低、反应条件温和、不会产生二次污染的特点，而且能同时去除污水中的COD和色度。
实施过程
电磁（EM）催化臭氧高级氧化工艺处理流程如图1所示。
图 1 电磁（EM）催化高级氧化工艺流程
设计参数:设计规模为60×104 m3/d;设计进水COD为70～80 mg/L、色度≤120倍;设计出水COD≤50 mg/L、色度≤15倍。
投加量及投加方式:峰值流量时的臭氧投加量为8～15 mg/L，臭氧浓度为10%，采用水射器投加，接触池设计流量下停留时间为20 min。
电磁（EM）催化氧化发生器的电耗为1 W/m3，使用寿命为10年。通过电磁（EM）切变场改变了污水中水分子、有机污染物分子、离子氛的团簇结构，改变了被处理污水的物理、化学、分子力学等性能，达到了增加臭氧溶解能力、加快臭氧与有机污染物的反应时间、提高固相催化效率的目的。
结果分析
该工程自2013年5月开始调试运行，进水COD为60～70 mg/L，色度为120倍，经过电磁（EM）催化高级氧化后，最终出水各项指标完全稳定达到一级A排放标准，色度＜15倍。臭氧投加量为12～14 mg/L，电耗为0.121 kW·h/m3，电费为0.75元/ m3，液氧价格为720元/t，则吨水新增加运行成本为0.18元。2013年9月电磁（EM）催化高级氧化池出水水质见图2
图 2 电磁（EM）催化高级氧化池出水水质
经济、社会和环境效益
图 3 臭氧催化高级氧化池出水
万峰环保臭氧催化高级氧化技术作为各种规模的城市污水和工业废水处理厂补充处理，对于去除污水中难降解有机物和色度具有明显的效果，投加12～14 mg/L的臭氧，可去除20 mg/L的COD，同时可将色度由120倍降至15倍。目前采用商品液氧制备臭氧，吨水处理成本为0.18元，若现场制备纯氧，吨氧价格约为575元/t含现场制氧机租赁费、电费等，厂家提供)，现场使用的液氧费用为720元/t，则运行成本可节省20%左右，实现了可观的经济效益。
万峰环保臭氧催化高级氧化技术为石家庄桥东污水厂工艺最末端，其出水流入洨河前的人工湿地段（距离水厂8公里）。在该技术之前，洨河水质较差（黑臭水体），主要表现为水体混浊，河内无鱼；应用该技术之后，洨河水体污染情况得到明显改善，主要表现为水体变得清澈见底，鱼类大量繁殖，吸引了大量钓鱼爱好者。经检测，桥东污水厂出水口处溶解氧18 mg/L，8公里后溶解氧10 mg/L，COD 37 mg/L,氨氮1.01 mg/L，总氮13 mg/L，总磷0.5 mg/L，较高浓度的溶解氧使河底的微生物被激活，增强了水体自净能力，水质从黑臭水体提升至地表V类水体。在对洨河水体污染零投资的情况下，石家庄桥东污水厂应用万峰环保臭氧催化高级氧化技术对洨河水体改善起了重要作用，为能源、环境和水资源的可持续发展利用提供了一种新的解决方案，具有良好与深远的社会效益和环境效益。
