基于臭氧的复合工艺处理医药废水研究进展

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2021-0291

摘要/Abstract

摘要：

医药废水水质变化大，化学需氧量（COD）、总溶解固体（TDS）等水质指标非常高，更含有难降解的有毒物质，难以生物处理。基于臭氧的高级氧化复合工艺对污染物反应迅速、技术成熟、后期易维护，适合旧厂改造和新厂建设，目前在医药废水领域中的研究已经非常广泛。对近年来典型的臭氧高级氧化复合工艺在医药废水处理领域的应用研究进行了总结归纳，简述了多种臭氧高级氧化复合工艺的反应原理、适用水质、研究现状、控制因素、现存问题及其工艺优势。详细介绍了两种以MBR、BAF生物处理技术为基础、臭氧氧化技术为前提的臭氧/生化复合工艺，总结了臭氧/生化复合工艺工程应用和实验研究的最新进展，最后指出了臭氧高级氧化技术研究过程中发现的问题，并对臭氧复合工艺未来的发展方向和应用前景进行了展望。

关键词: 医药废水, 臭氧高级氧化复合工艺, 臭氧/生化复合工艺

Abstract:

The pharmaceutical wastewater has the characteristics of diverse water quality，high chemical oxygen demand（COD），total dissolved solids（TDS） and refractory toxic substances，which are difficult to be biodegraded. The advanced oxidation composite technology based on ozone can react with pollutants quickly. It has been extensively studied because of its easy to be maintained and suitable for old plant renovation and new plant construction. The application research of typical composite technology based on ozone in the field of medical wastewater treatment in recent years were summarized. The process reaction principles，applicable water quality，research status，control factors，the existing problems and process advantages of various advanced ozone oxidation composite processes were discussed. Two ozone/biochemical composite processes based on MBR and BAF biological treatment technology and ozone oxidation technology were introduced in detail. The latest progress in engineering application and experimental research of ozone/biochemical composite process were summarized. Finally，the problems found in the research process of advanced ozone oxidation technology were pointed out，and the future development direction and application prospects of ozone composite technology were prospected.

Key words: pharmaceutical wastewater, ozone advanced oxidation composite technology, ozone/biochemical composite technology

中图分类号:

X703

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https://www.iwt.cn/CN/Y2022/V42/I5/41

图/表 2

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废水类型	水质参数	范围	平均值
发酵类废水	COD	180~12 380	4 670
	BOD₅	25~6 000	2 150
	BOD₅/COD	0.2~0.6	0.4
	TKN	190~760	440
	NH₃-N	65.5~190	128
	TDS	1 300~28 000	12 950
	SS	57~7 130	1 200
	pH	3.3~11	—
化学合成类废水	COD	375~32 500	8 854
	BOD₅	200~6 000	2 344
	BOD₅/COD	0.1~0.6	0.32
	TKN	165~770	383
	NH₃-N	148~363	244
	TDS	675~9 320	—
	TOC	860~4 940	2 467
	pH	3.9~9.2	—

废水类型	水质参数	范围	平均值
发酵类废水	COD	180~12 380	4 670
	BOD₅	25~6 000	2 150
	BOD₅/COD	0.2~0.6	0.4
	TKN	190~760	440
	NH₃-N	65.5~190	128
	TDS	1 300~28 000	12 950
	SS	57~7 130	1 200
	pH	3.3~11	—
化学合成类废水	COD	375~32 500	8 854
	BOD₅	200~6 000	2 344
	BOD₅/COD	0.1~0.6	0.32
	TKN	165~770	383
	NH₃-N	148~363	244
	TDS	675~9 320	—
	TOC	860~4 940	2 467
	pH	3.9~9.2	—

复合工艺类型	适用水质	工艺优势	存在的问题	研究现状	未来研究方向	主要控制参数
臭氧/过硫酸盐	复杂、水质波动大的废水	过硫酸盐价格便宜，易储存运输；产生的SO₄ ^·-受水体中天然有机物等竞争组分的影响较小，抗干扰性更强，氧化还原电位高于·OH，适应pH范围更广，选择性更高，存在时间更长。	处理后残留的SO₄ ^·-和H⁺可能对水环境造成一些不利影响	目前研究仍限于模拟废水的研究，实际废水研究较少	研究臭氧/过硫酸盐工艺与紫外光、铁基催化剂、电化学结合	过硫酸盐种类、投加量
臭氧/紫外光催化	色度、SS不高的小规模废水	绿色无害，反应条件温和、速度快，易于控制，氧化选择性可调控，一定程度抑制溴酸盐、三卤甲烷的产生	光催化剂光能利用率低、难以回收利用，操作复杂，日常维护困难	已经开始研究实际医药废水，但少有工程应用	研究高效、廉价的光催化剂，并提高太阳光利用效率	紫外光灯辐照强度、波长、辐照时间、光催化剂种类和投加量
臭氧/过氧化氢	中性或碱性废水	无二次污染，不需外来能量输入，一定程度上能减少三卤甲烷和溴酸盐的产生	H₂O₂难以长时间存放且利用率低	多用模拟废水研究，实际医药废水研究很少	研究与紫外光结合	H₂O₂投加量
臭氧/Fenton	含有色度的酸性废水	单独臭氧氧化工艺与Fenton氧化工艺已基本成熟，均有工业化应用基础，Fe²⁺同时催化H₂O₂和O₃，不需要输入外部能源	产生大量铁泥，造成二次污染，需要投加大量酸碱调节pH，操作复杂	多用模拟废水研究，且研究较少	利用铁基催化剂代替亚铁盐，引入电化学手段（臭氧/电Fenton）	H₂O₂和铁盐投加比
臭氧/超声	有色度和成分复杂的废水	只需输入电能就能持续运行，不易产生二次污染，超声促进臭氧的溶解和分解及利用率，减少臭氧投加量	超声利用率低、耗能大、后期难维护	处于实验室的分析研究阶段	研究与紫外光结合	超声波的频率、功率、声强，超声时间
臭氧/电化学	含有浊度、色度、重金属的高电解质浓度废水	正常温度和压力下就可进行，易于控制，无二次污染，产生污泥少，采用铁铝质电极还兼有絮凝作用	能耗大、电极易腐蚀，需要与除盐工艺联用	已在实际废水中研究，但少有工程应用	引入高效电极（如三维电极）进行研究	电流和电压、电极材料、电解质种类和浓度、电解时间
臭氧/羟胺	中性和碱性的废水	pH适用范围广，酸性条件下仍能有效产生·OH；羟胺能提高臭氧利用率和自由基产率	酸性条件下易产生溴酸盐，盐酸羟胺有毒性	医药废水中的研究未见报道	进行医药废水研究	臭氧与羟胺投加比
臭氧/高铁酸盐	含有色度、SS、重金属的废水	pH适用范围广，环境友好，降低了溴酸盐的产生，将高铁酸盐的絮凝和吸附作用与臭氧的助凝作用相结合	高铁酸钾不易储存和运输，且价格较高	医药废水中的研究未见报道	进行医药废水研究	高铁酸盐投加量

复合工艺类型	适用水质	工艺优势	存在的问题	研究现状	未来研究方向	主要控制参数
臭氧/过硫酸盐	复杂、水质波动大的废水	过硫酸盐价格便宜，易储存运输；产生的SO₄ ^·-受水体中天然有机物等竞争组分的影响较小，抗干扰性更强，氧化还原电位高于·OH，适应pH范围更广，选择性更高，存在时间更长。	处理后残留的SO₄ ^·-和H⁺可能对水环境造成一些不利影响	目前研究仍限于模拟废水的研究，实际废水研究较少	研究臭氧/过硫酸盐工艺与紫外光、铁基催化剂、电化学结合	过硫酸盐种类、投加量
臭氧/紫外光催化	色度、SS不高的小规模废水	绿色无害，反应条件温和、速度快，易于控制，氧化选择性可调控，一定程度抑制溴酸盐、三卤甲烷的产生	光催化剂光能利用率低、难以回收利用，操作复杂，日常维护困难	已经开始研究实际医药废水，但少有工程应用	研究高效、廉价的光催化剂，并提高太阳光利用效率	紫外光灯辐照强度、波长、辐照时间、光催化剂种类和投加量
臭氧/过氧化氢	中性或碱性废水	无二次污染，不需外来能量输入，一定程度上能减少三卤甲烷和溴酸盐的产生	H₂O₂难以长时间存放且利用率低	多用模拟废水研究，实际医药废水研究很少	研究与紫外光结合	H₂O₂投加量
臭氧/Fenton	含有色度的酸性废水	单独臭氧氧化工艺与Fenton氧化工艺已基本成熟，均有工业化应用基础，Fe²⁺同时催化H₂O₂和O₃，不需要输入外部能源	产生大量铁泥，造成二次污染，需要投加大量酸碱调节pH，操作复杂	多用模拟废水研究，且研究较少	利用铁基催化剂代替亚铁盐，引入电化学手段（臭氧/电Fenton）	H₂O₂和铁盐投加比
臭氧/超声	有色度和成分复杂的废水	只需输入电能就能持续运行，不易产生二次污染，超声促进臭氧的溶解和分解及利用率，减少臭氧投加量	超声利用率低、耗能大、后期难维护	处于实验室的分析研究阶段	研究与紫外光结合	超声波的频率、功率、声强，超声时间
臭氧/电化学	含有浊度、色度、重金属的高电解质浓度废水	正常温度和压力下就可进行，易于控制，无二次污染，产生污泥少，采用铁铝质电极还兼有絮凝作用	能耗大、电极易腐蚀，需要与除盐工艺联用	已在实际废水中研究，但少有工程应用	引入高效电极（如三维电极）进行研究	电流和电压、电极材料、电解质种类和浓度、电解时间
臭氧/羟胺	中性和碱性的废水	pH适用范围广，酸性条件下仍能有效产生·OH；羟胺能提高臭氧利用率和自由基产率	酸性条件下易产生溴酸盐，盐酸羟胺有毒性	医药废水中的研究未见报道	进行医药废水研究	臭氧与羟胺投加比
臭氧/高铁酸盐	含有色度、SS、重金属的废水	pH适用范围广，环境友好，降低了溴酸盐的产生，将高铁酸盐的絮凝和吸附作用与臭氧的助凝作用相结合	高铁酸钾不易储存和运输，且价格较高	医药废水中的研究未见报道	进行医药废水研究	高铁酸盐投加量

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