深度剖析 | 臭氧+BAF和芬頓+沉淀在深度處理上的不同
目前，國內大、中型工業廢水處理項目主要采用臭氧氧化+曝氣生物濾池(BAF)和Fenton氧化+沉淀過濾這2種深度處理技術。前者適用于廢水污染物的臭氧氧化效果好、廢水有回用需求的情況，在石油化工、煤化工行業廢水處理中，已基本成為了一種標配工藝，后者則適用于廢水無回用需求、污泥處置費用低的項目，主要應用于化纖、印染和造紙等行業的廢水處理。
01 臭氧氧化+BAF工藝
1.1 工藝介紹
臭氧氧化法作為一種高級氧化工藝，在與BAF結合的組合工藝中，主要起到對低濃度、難降解有機污染物的開環斷鏈以降低廢水毒性、提高廢水可生化性的作用。臭氧氧化與BAF是相互依存的統一體，不同的臭氧投加量和氧化反應時間，會得到不同的氧化產物，馴養出不同的BAF生物菌群，從而影響出水水質，因此設計時二者應統一考慮。
工程上常見的臭氧氧化工藝分為臭氧接觸氧化工藝和臭氧催化氧化工藝2種型式，臭氧接觸氧化池、臭氧催化氧化池結構見圖1。
臭氧接觸氧化池、臭氧催化氧化池的區別主要在于院后者在臭氧氧化池中加入了附著于活性氧化鋁等載體上的過渡金屬催化劑，能有效降低20%~30%的臭氧投加量，縮短50%左右的反應時間。由于催化劑填料床的存在，SS過多易造成填料床堵塞，因此臭氧催化氧化池需要設置反洗設施，定期反洗。
BAF集生物氧化和截留懸浮物固體于一體，利用微生物的吸附、截留及降解功能去除廢水中的有機污染物。BAF具有多種型式，本次研究的類型主要有普通陶粒濾料BAF、輕質濾料BAF和內循環BAF，其結構見圖2。
輕質濾料BAF的濾料密度小于水，采用親水性高分子材料加工而成，空間結構呈網狀，比表面積大于1×105m2/m3，孔隙率大于85%，因此生物膜更易附著在濾料上、掛膜快、流失少，相比陶粒濾料，單位體積生物量更大、處理效果更好。內循環BAF采用多孔生物濾料，相比普通陶粒濾料，空隙率提高了15%，密度下降了20%，同時其獨有的隔離式曝氣技術，給反應器充氧的同時，將污水沿曝氣器管道提升，再經過反應器生物床，在填料區形成循環水流。該生物反應器實現了曝氣與生化的分離，其生物膜邊界層厚度僅為普通陶粒濾料BAF的1/5，大幅度提高了生物膜相與水相間的傳質速度，同時減少了曝氣對生物膜的沖刷和氣水短路溝流的產生。
1.2 工程實例
臭氧氧化+BAF的部分工程應用實例見表1。
由表1可知，上述工程實例發現BAF的掛膜情況普遍不太理想，一般只能去除20mg/L左右的COD，因此若有更高的COD去除要求時，需要加大臭氧用量去直接降解COD，運行費用會有所增加。
02 Fenton氧化+沉淀過濾工藝
2.1 工藝介紹
Fenton試劑在水處理中主要起氧化和混凝2種作用，Fenton反應產生的窯OH氧化能力強，且無選擇性，能將廢水中部分有機物直接氧化成CO2和H2O，再經混凝沉淀、過濾降低懸浮物SS后，可實現直接排放。
常規Fenton氧化存在對有機物礦化度不完全、處理效率低、成本較高的不足，而Fenton聯合法，例如超聲波Fenton、電Fenton、光Fenton、微波Fenton等，雖然處理效率有較大提升，但是大部分仍處于試驗研究階段，尚不能大規模應用于實際工程。在工程中，載體流化床形式的非均相Fenton氧化塔應用較多，載體可以是石英砂、磁石、活性炭或者塑料，材質不同其流化速度不同，塔體的空塔流速相應也不同，非均相Fenton氧化塔構造見圖3。
該技術融合了流化床技術、二元催化氧化技術和載體覆膜技術，在反應器內普通的均相Fenton氧化正常進行，產生的Fe(Ⅲ)以結晶或沉淀的形式覆膜到載體表面，并將載體截留在反應器內，從而形成了鐵的氧化物/H2O2的環境，這樣就會發生非均相Fenton氧化反應。COD同時由均相Fenton氧化反應和非均相Fenton氧化反應2種方式降解，因此投加的藥劑和產生的污泥比均相Fenton氧化反應要少，而又無需專門補充非均相Fenton載體。
2.2 工程實例
Fenton氧化+沉淀過濾技術的部分工程應用實例見表2。
03 工藝對比
通過上述工業廢水深度處理的工程實例可以看出，2種深度處理技術在大、中型項目中都有應用，能夠滿足穩定達標排放的技術要求，并適用于已有廢水站的提標改造。
臭氧氧化+BAF技術運行費用低、一次性投資高，產生少量生化污泥，不引入無機鹽，適用于廢水回用的場合，必須考慮臭氧尾氣的收集和處理，Fenton氧化+沉淀過濾技術投資費用較低、運行費用較高，會產生大量化學污泥，對總磷有一定的去除能力，投加的酸堿、催化劑等化學藥劑會引入大量無機鹽，在廢水需要回用時不太適用，產生的酸堿廢氣按需進行收集和處理，2種廢水深度處理技術的比較見表3。
結 語
工程應用證明，臭氧氧化+BAF和Fenton氧化+沉淀過濾技術，都能應用于大、中型工業廢水深度處理項目，并適用于已有廢水站的提標改造。選擇何種深度處理技術，除了考慮該技術能否滿足水質處理的要求，還要從是否回用、投資費用、運行費用、污泥處置等方面進行綜合對比。
隨著環保要求對廢水處理站產生的廢氣處理、污泥處置的逐漸嚴格，廢水回用的需求逐年增大，可以預見臭氧氧化+BAF技術在滿足水質處理要求的前提下，相對于Fenton氧化+沉淀過濾技術的綜合優勢將愈加明顯。
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