高级氧化法处理农村生活污水实例研究与前景分析

高级氧化法处理农村生活污水实例研究与前景分析

摘要农村生活污水的处理已成为近年来年来水处理领域中的与热点，这类废水主要来源是居民日常生活中产生的废水，包括洗浴洗涤污水、厨房清洗污水、冲厕污水等，农村生活污水水质比较简单，具有水量排放不规律、间歇性较强、生化性较好氮和磷含量高等特点，如果不经处理直接排放到环境中，会对环境产生难以恢复的影响。高级氧化技术是处理农村生活污水的有效方法，在农村生活污水处理中得到了较好的应用，具有良好的开发应用前景。本论文结合农村生活污水的特点，重点介绍了处理农村生活污水中常用的几种高级氧化处理技术，并对高级氧化法处理农村生活污水实例进行介绍，同时根据迄今为止的研究进展进行展望。关键词：农村生活污水；高级氧化法；前景分析论文类型：i.其它目录TOC\o"1-3"\h\u绪论 绪论水资源是人们日常生活中必须要的资源之一，起着不可替代的作用，与国外其他国家相比较，中国是人口最多的国家，这样算起来，人均占有的水资源比例更少，是属于贫水的国家之一了，但是由于工业化的发展和经济的进步，用水量也在逐年呈现增加的状态，废水产生量也增加了许多，加上我国的环境保护意识相对来说较晚，因此现状是生活环境和生态环境都被破坏了。因此，研究处置生活污水的处理技术就显得非常有必要[1~3]。1.1研究背景农村生活污水是人们在日常生活中产生，来源较多，成分也相对来说非常复杂；根据农村的生活规律来说，生活污水的排放特征以非连续为主，即间歇排放，时间点在早上、中午和晚上的时候。人们对现在生存环境也越来越不满意，政府也将环境保护及环境治理作为重要的监督和管理手段[[4~6]。水环境污染较严重。随着我国经济的快速发展，新农村的建设也逐渐被重视起来，发展也越来越好，但是在发展的过程中，会存在一些问题，农村的生产、生活污水的排放量也在逐渐增加，根据相关的文献和资料显示，在贰零一零年的时候，中国农村的污水排放量经统计得出的结果显示，大约是九十乘以一百零八吨，去年也就是贰零一七年的时候，竟然比原来的高出很多，数值是一百四十八乘以一百零八吨，农村的污水多数没有经过规范的处理，这些污水不规范排放导致农村地区的河流、地下水的水质发生了变化，甚至发生了快速的恶化作用[7]。农村环境治理仍较落后。农村生产与经营方式多以畜牧业、农业等为主，是属于粗放型经营方式，加上农村人口及面积占较大的比重，因此环保基础设备未能完全覆盖，只有少部分农村环保基础设施投入足够，大部分环保基础设施投入缺乏，有很多的农村尚未建立相应的环境保护基础设施，且处于空白状态[8]。经调研，部分农村建成了污水设施，但是由于农村不集中，配套管网不全，设计不符合要求等问题的大量出现，导致了污水设施不能够正常使用；另外，有些已经建成污水站且投入运行的村庄，由于资金链条的缺乏和没有专业的污水运营管理人员等措施，导致污水设施不能够保证长期和稳定的运营，出水不能满足排放的要求，同时，农村不会重视污水设施的管理和监管，导致污水设施没有切实发挥到最大的作用[9]。1.2研究意义论文的主要研究内容可以从以下几点进行概括：（1）查阅相关文献资料，对农村生活污水处理技术进行调研及勘察，收集相关资料，确定论文的研究对象、研究目的及研究思路。（2）本文分析了我国农村生活污水排放特点、污水处理情况，重点介绍了处理农村生活污水中常用的几种高级氧化处理技术，并对其优缺点进行了对比。（3）对高级氧化法处理农村生活污水实例研究进行研究和分析。（4）展望了今后高级氧化技术在农村生活污水处理中的的研究热点及主要发展方向，为我国农村生活污水的治理提供参考。研究意义：介绍了处理常用的几种高级氧化处理技术，并对高级氧化法处理农村生活污水实例进行介绍，同时根据迄今为止的研究进展进行展望。1.3国内外现状经过阅读大量的文献和调研相关的技术，可以看出，国内外学者对高级氧化法处理废水研究较多，但是高级氧化法处理农村生活废水的研究较少[10~12]。何江[13]分别采用高级氧化法臭氧-过氧化氢及臭氧氧化法对居民产生的生活污水进行了深入的研究，通过大量的研究可以看出：（1）采用臭氧氧化法对该股废水的二级生化废水进行处理时，有机物COD的去除率均大于百分之三十，同时，何江探讨了臭氧氧化过程的影响因素，研究表明臭氧投加量及反应时间对臭氧氧化起到主要的作用，其中，当臭氧投加量为2.7毫克每升的时候，经过15分钟的臭氧氧化后，COD的去除率为30.4%，而臭氧投加量增加到5.2毫克每升的时候，COD的去除率为49.0%，臭氧投加量增加，能够提高生活污水中COD的去除。（2）采用臭氧-过氧化氢联合处理生活废水，当过氧化氢（30%）投加量为50毫克每升的时候，同时臭氧的投加浓度为2毫克每升的时候，经过15分钟的反应，可将生活污水的COD降低一半。通过比较分析得出，臭氧与过氧化氢联用法对生活污水的处理能力较强，运行较为稳定，该技术已经较为成熟，可适用于生活污水的处理。王树涛[14]以生活污水二级出水为研究对象，根据其水质特点及出水标准的要求，采用高级氧化法臭氧预氧化，与生物处理法曝气生物滤池相结合，共同处理生活污水二级出水，通过了大量的试验研究和验证，结论可以看出，臭氧预氧化能够去除二级出水的COD浓度，同时对二级出水BOD得到显著提升，即可生化性得到提高，对生物处理阶段曝气生物滤池中生物膜的形成奠定了非常重要的作用，曝气生物滤池能够有效去除二级出水的COD，氨氮、总磷、总氮等，该组合工艺的使用能够使生活污水达标排放，对高级氧化法处理生活污水具有重要的参考依据。张一刚[15]研究者在综述一文中指出生活污水中的粪便污水具有有机物浓度高，悬浮物高等特征，因此采用高级氧化法处理生活污水中的粪便污水，对高级氧化法在污水处理中的应用进行了深入的研究及总结，高级氧化法处理生活污水中的粪便污水进行了可行性分析。

2高级氧化处理技术2.1高级氧化技术原理及概况近些年，高级氧化技术被广泛应用于印染、医药等废水处理中，该技术能够产生羟基自由基，而羟基自由基具有强氧化能力，对还原性物质具有强氧化能力，在外加条件下如高温、高压、电、催化剂等的作用下，能够使化学成分较复杂、难降解的物质氧化成化学成分简单如二氧化碳或小分子物质等[16]。通过查阅相关的资料，可得出，高级氧化技术具有的优势如下：（1）与其他氧化剂相比较，氧化能力氟排在第一位，羟基自由基排在第二位，废水经过羟基自由基氧化后，不会产生二次污染；（2）羟基自由基可氧化多种物质，如化学成分复杂、有毒有害物质等；（3）羟基自由基反应时的化学反应速率较快，因此使用该工艺时间反应时间较短，节省了电费等；（4）羟基自由基可以单独用于处理废水，同时也可以与生化法联合使用，共同处理废水等，总之，高级氧化技术优势较明显，对废水的治理具有较好的作用[17~20]。2.2高级氧化法分类2.1.1臭氧氧化技术臭氧氧化技术主要是用于深度处理生活污水，用在生活污水处理的后续的工艺中，与芬顿氧化法等其他高级氧化技术相比较，优势显而易见，臭氧氧化技术用到的氧化剂是臭氧，臭氧是由臭氧发生器产生的，臭氧用于氧化生活污水或者工业废水等时，过程中不会产生二次污染，像芬顿氧化法处理后会产生污泥，污泥的处理处置也是一个大问题；臭氧氧化处理技术流程很简单，像芬顿氧化处理技术后面要跟着沉淀池，但是臭氧氧化技术就不需要；臭氧氧化技术中臭氧的氧化能力极强，对生活污水中COD能够高效的去除率，同时对生活污水中的色度也同样能够高效的去除，最重要的是，臭氧能够破坏高分子的有机物质[21]。2.1.2化学氧化技术化学氧化技术主要是用于预处理生活污水，用在生活污水处理的前面的工艺中，与臭氧氧化技术等其他高级氧化技术相比较，优势显而易见，首先，化学氧化法只需要投加试剂就可以达到反应和降解有机物的目的，操作起来较为简单，投加的试剂比如硫酸亚铁、过氧化氢等常用的试剂，这些试剂和生活污水中的有机物质能够充分的反应，从而有效的去除废水中的有机物质，对生活污水进行脱色等；还有提高废水的可生化性的作用[22]。2.1.3电化学氧化技术电化学氧化技术主要是用于处理生活污水，可用在生活污水处理的主体工艺中，与臭氧氧化技术等其他高级氧化技术相比较，优势显而易见，首先，电化学氧化技术在实际运行过程中，应用到的设备仅需电源、电极和电解槽，相对于其他电化学氧化技术来说，设备设施已经简化很多了；其次，电化学氧化技术中起到主要氧化作用的是电极，有阳极和阴极，根据生活污水特性的不同，选择电极的种类也不相同，电极的种类有石墨电极、铁电极等，打开电源，通过电极的氧化还原作用能够将生活污水中有机物浓度得到有效去除[23]。

3高级氧化法处理农村生活污水实例研究3.1电化学氧化法处理农村生活污水刘珊[24]研究者根据生活污水的特征，采用电化学氧化法对生活污水进行处理，处理工艺流程见图3-1，可以看出，生活污水先进入格栅，去除废水中较大的悬浮物，其次，格栅出水进入电化学氧化池，在进行电化学反应时，将反应的温度，电流密度等设置成最佳值，通过电化学的氧化作用将废水中有机物浓度进行大量的去除，电化学出水进入混凝池，经过混凝，去除沉淀物，最后出水，农村生活污水经过处理后达标排放，其中，COD浓度能够从600mg/L去除至80mg/L以下，色度也得到了进一步提升。混凝池沉淀池农村生活污水电化学格栅混凝池沉淀池农村生活污水电化学格栅出水出水污泥外运处置污泥脱水机污泥浓缩池污泥外运处置污泥脱水机污泥浓缩池图3-1电化学氧化法处理农村生活污水工艺流程图杨毅[25]等学者以某地区的生活污水为处理和研究的对象，他们尝试的处理方法是用电絮凝法，为此，他们专门做了一个体积为3L的电絮凝反应器，调节不同的电絮凝反应参数对生活污水进行研究。经过西系列的研究和实验眼睛就结果显示，电絮凝过程中，会产生大量的气泡，经推测，气泡是由于发生氧化还原反应而呈现的现象，同时结果还显示，生活污水的酸碱度为酸性或碱性或中性的时候，在酸碱度为中性的时候，生活污水的去除效果是最好的，在电解反应为三十分钟的时候，采用国家标准检测法对生活污水的一些水质指标进行测定，可以得出，生活污水经处置后，有机物浓度降解率为百分之七十，完全符合相关的出水水质的标准。梅向阳[26]在生活污水的电解处理一文中，以某地区的生活污水为处理和研究的对象，他们尝试的处理方法是用电解法，为此，他们用的是电解反应器，通过调节了不同的电解反应参数来处置生活污水，目的是找到生活污水处置的最适宜的条件，为工程化应用提供依据，研究结果表明，酸碱度呈现酸性的时候，电极铝电极失去了本身具有的絮凝的能力，只有在中性的时候，才是反应最佳的时刻，同时对电流密度进行研究得出来的结果是，电流密度在相对的范围内才能对生活污水的处理效果好，而该文献的得出来的适合处置生活污水的适宜范围为十一至十五安培每平方米，在此种条件下，氨氮的去除率能够高达百分之三十五，而有机物的去除率更高，能够高达百分之七十五。3.2芬顿法预处理农村生活污水苏荣军[27]以某农村生活污水为研究对象，采用芬顿法高级氧化法对农村生活污水进行预处理，目的是减轻后续好氧阶段的反应负荷，芬顿法处理农村生活污水的工艺流程图见图3-2，可以看出，首先，农村生活污水进入格栅，以去除废水中大量的悬浮物质，其次，格栅出水进入调节池，以调节生活污水的水质和水量，再次，调节池出水进入芬顿氧化池，进行氧化处理，以提高生活污水的可生化性，去除部分的有机物浓度，该阶段需要加入适当的硫酸亚铁和过氧化氢，以提升该阶段的处理能力，生活污水经过预处理后，进入后续的好氧阶段，采用生物接触氧化工艺，该工艺能够去除废水中的有机物浓度，氨氮和总磷等，最后出水经二沉池沉淀后，达标排放。硫酸亚铁+过氧化氢硫酸亚铁+过氧化氢沉淀池农村生活污水芬顿法调节池格栅沉淀池农村生活污水芬顿法调节池格栅二沉池生物接触氧化出水二沉池生物接触氧化出水图3-2芬顿法处理农村生活污水工艺流程图陆凯[28]采用芬顿法作为物化阶段的处理工艺对农村生活污水进行预处理，经过一个月的连续运行，结果可以看出，芬顿法在反应时间为四小时时，pH值在偏酸性的条件下，即2~3时，能够将农村生活污水中COD、色度分别由800mg/L降低到550mg/L以下，另外，芬顿法对生活污水的色度也能有效的去除，同时，芬顿法还能够提高废水的可生化性，为后续的好氧处理提供依据，降低后续处理的负荷。张未军[29]采用芬顿+臭氧联合工艺来处理农村生活废水，其中，在生活污水的预处理阶段采用的是芬顿处理，通过一系列的研究和试验研究结果显示，芬顿过程中，当芬顿试剂中过氧化氢和亚铁离子的摩尔比为三笔一的时候，亚铁离子的浓度是零点零一摩尔每升的时候，芬顿对生活污水的去除效果最佳，通过对反应前后的COD浓度进行检测和计算得出，生活污水的COD去除率能够高达百分之三十五，由此可见，芬顿法作为生活污水的预处理工艺是可行的。3.3臭氧深度处理农村生活污水刘军[30]采用臭氧氧化作为深度处理工艺来处理农村生活污水，臭氧处理农村生活污水工艺流程图，臭氧处理农村生活污水工艺流程图如图3-3所示，图中可以看出，农村生活污水首先进入缺氧池，目的是提高农村生活污水的可生化性，同时去除一部分的有机物浓度，缺氧池出水流入好氧池，经过好氧池的作用去除农村生活污水的有机物浓度、氨氮、总氮和总磷等，然后进入蓄水池，蓄水池的出水进入斜板沉淀池，将固体和液体进行沉淀和分离，同时加入聚丙烯酰胺，用于对农村生活污水进行更好的絮凝和沉淀，上清液即为二级生化出水。二级生化出水经泵提升至臭氧反应器中，经高级氧化技术臭氧进行氧化，去除二级生化出水的有机物浓度，臭氧出水经过石英砂过滤，目的是去除废水中的悬浮物浓度，出水达标排放。尾气导入水池中进行吸收。农村生活污水Q=60L/h好氧池好氧池农村生活污水Q=60L/h好氧池好氧池好氧池缺氧池回流120L/h回流120L/h出水臭氧蓄水池斜板沉淀池出水臭氧蓄水池斜板沉淀池聚丙烯酰胺溢流管聚丙烯酰胺溢流管图3-3臭氧处理农村生活污水工艺流程图宋爽[31]针对城市住宅小区生活污水，采用化粪池法+A/O法+臭氧处理工艺进行实验，通过污泥的培养，A/O法前处理后和臭氧深度处理等实验的研究，该研究也讨论了臭氧投加量、臭氧反应时间等因素对生活污水的治理效果，结果可以看出，生活污水在COD处于较高浓度的条件下，在五百左右，能够通过此种方法将COD浓度降低至可排放的标准，由此可以说明，臭氧对生活污水进行深度处理方法可行。张松[32]在生活污水的臭氧深度处理及其急性毒性一文中以生活污水处理厂水为研究对象，采用臭氧氧化作为深度处理工艺来处理农村生活污水，结果表明，在反应时间为15min，臭氧投加速率为2.1mg·(L·min)-1，在进水COD浓度为650mg/L的条件下，经过生化的作用，最后经过臭氧深度氧化的作用，最终经处理后的出水COD仅为38mg/L，符合生活污水排放标准的要求，因此，臭氧深度处理技术方法可行。

4比较与分析4.1相同点通过对高级氧化法处理农村生活污水实例进行对比研究，可以看出：芬顿氧化法、臭氧氧化法及电化学法均能够有效的处理农村生活污水，经处理后，生活污水均能够达标排放，满足要求。4.2不同点通过比较可知，电化学氧化技术主要是用于处理生活污水，可用在生活污水处理的主体工艺中，与臭氧氧化技术等其他高级氧化技术相比较，优势显而易见，首先，电化学氧化技术在实际运行过程中，应用到的设备仅需电源、电极和电解槽，相对于其他电化学氧化技术来说，设备设施已经简化很多了；其次，电化学氧化技术中起到主要氧化作用的是电极，有阳极和阴极，根据生活污水特性的不同，选择电极的种类也不相同，电极的种类有石墨电极、铁电极等，打开电源，通过电极的氧化还原作用能够将生活污水中有机物浓度得到有效去除。通过比较可知，芬顿氧化技术主要是用于预处理生活污水，用在生活污水处理的前面的工艺中，与臭氧氧化技术等其他高级氧化技术相比较，优势显而易见，首先，芬顿氧化法只需要投加试剂就可以达到反应和降解有机物的目的，操作起来较为简单，投加的试剂比如硫酸亚铁、过氧化氢等常用的试剂，这些试剂和生活污水中的有机物质能够充分的反应，从而有效的去除废水中的有机物质，对生活污水进行脱色等；其次，芬顿法由于反应是化学反应，因此会产生较多的污泥，而污泥属于危险固体废弃物，只能通过委托有资质的危废处置单位进行规范化的处置，这样子处置污泥又会话费一笔费用，增加了污水设施的运营成本，同时，芬顿反应后还需要加一个沉淀池，以对污泥和生活污水进行有效的沉淀，上清液进入后续的比如好氧阶段进行进一步处理，底层的污泥进行压滤等作用，最终收集起来，送至有资质的危废处理单位进行规范化的处置。通过比较可知，臭氧氧化技术主要是用于深度处理生活污水，用在生活污水处理的后续的工艺中，与芬顿氧化法等其他高级氧化技术相比较，优势显而易见，首先，臭氧氧化技术用到的氧化剂是臭氧，臭氧是由臭氧发生器产生的，臭氧用于氧化生活污水或者工业废水等时，过程中不会产生二次污染，像芬顿氧化法处理后会产生污泥，污泥的处理处置也是一个大问题；其次，臭氧氧化处理技术流程很简单，像芬顿氧化处理技术后面要跟着沉淀池，但是臭氧氧化技术就不需要；第三，臭氧氧化技术中臭氧的氧化能力极强，对生活污水中COD能够高效的去除率，同时对生活污水中的色度也同样能够高效的去除，最重要的是，臭氧能够破坏高分子的有机物质。

5结语与展望5.1结论臭氧氧化技术能够对生活污水进行有效的深度处理，出水能够达到回用的标准，可用于农田灌溉或直接排到河流中等，芬顿氧化技术对生活污水进行预处理较适用，一方面可以去除COD的同时，另一方面也能够提高生活污水的可生化性；电化学氧化技术是利用电源进行发电，处理生活污水，能够有效的去除污水的COD，三种方法用于处理生活污水都是可行的。高级氧化技术是应用较为广泛的处理废水的技术，该方法可以单独处理生活污水，也可以结合其他工艺联合处理生活污水，还可以作为工艺流程中的预处理阶段、深度氧化处理阶段等。高级氧化技术由于能够产生强氧化性比如羟基自由基等，对大分子的物质、化学成分复杂的物质能够将其分解，被分解后的产物甚至是无污染的物质，比如二氧化碳等，处理效果非常好，不仅有利于生活污水的净化，而且有利于环境和经济的可持续发展。（3）高级氧化技术包含臭氧氧化技术、电化学处理技术等，以及在高级氧化基础上提升改造的技术，在实际使用中，应该根据生活污水或者其他废水的特征，比如COD浓度的高低、氨氮浓度的高低等，以及对处理结果的要求，来选择合适的高级氧化处理技术，只有这样，才能在适当的时候用适当的方法，达到高效的处理效果。5.2展望（1）我国在高级氧化方面研究的技术和国外比较，相对来说比较落后，一些先进的技术还是从国外引进的，建议我国政府应该投资资金，鼓励相关的学者和专家将目光放在污水和废水处理这一块，激励学者和专家加大高级氧化技术的研究，同时，派学者和专家去国外学习先进的高级氧化技术，将先进的技术转化为自身的技术，这样，通过大量的研究和实践，我国能够掌握最核心的高级氧化技术。（2）高级氧化技术可分为臭氧氧化技术、电化学氧化法等多种，综合比较分析出可以知道臭氧氧化技术是具有发展前景的一个高级氧化技术，因为臭氧氧化技术利用的是臭氧对生活污水中的污染物进行氧化，众所周知，臭氧氧化能力很强，且经臭氧氧化后不会产生污染，反应特别快，效果特别好，因此，学者和专家应该将研究的方向重点偏向采用臭氧氧化技术来处理生活污水的方面。（3）通过综合了解，我认为我将来高级氧化法处理生活污水的发展目标可以通过以下几点来实现：首先是高级氧化法对生活污水的处理要彻底。这个目标实现起来比较难，对于小分子的物质或者化学结构简单的物质来说相对简单，但是对于大分子物质或者化学结构较复杂的物质来说很难，但是我觉得让高级氧化法将生活污水中的有机物质降解，最后生成无机物质，比如二氧化碳等，是学者和和研究者需要着重研究的方向和努力的目标；其次是高级氧化法的工艺设备应该尽可能的简单，既要满足一体化的要求，又要满足工艺设备操作起来简单，达到高效的处理效果等各类要求；第三是高级氧化法的时间虽然只有几个小时，但是如果要是工程应用中，还是需要耗用大量的电，因此需要缩短处理的时间，同时在高级氧化处理技术中芬顿氧化处理技术和电化学处理技术会产生大量的污泥，不利于后续处理，缩短处理时间也对芬顿氧化处理技术和电化学处理技术来说是一件好事情。

致谢在本论文的写作过程中，我的指导老师倾注了大量的心血，从最初的选题，到资料收集，到写作、修改，到论文定稿，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心感谢。同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的谢意，并祝所有的老师培养出越来越多的优秀人才，桃李满天下!也祝愿我的同学的在以后的道路上越走越宽，前程似锦!在这里，我也要借这个机会对我的父母说一声："谢谢你们!"正是由于多年来有你们的鼓励和支持，我才能一路坚持下来走到今天这个地方。感激之情无法言语表达，只是想说：如今已长大成人，希望父母能够安享晚年，不再操劳!

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