沈卓賢，胡殿國

(杭州浙大易泰環(huán)境科技有限公司，浙江 杭州 311121)

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工業(yè)園區(qū)集中式污水廠提標(biāo)改造工藝研究

沈卓賢，胡殿國

(杭州浙大易泰環(huán)境科技有限公司，浙江 杭州 311121)

以某化工園區(qū)集中式污水廠一期工程處理廢水為研究對象，研究了Fenton氧化預(yù)處理和臭氧催化氧化深度處理的工藝條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：Fenton氧化能有效地去除廢水中的COD，提高廢水的可生化性，有利于后續(xù)生化處理；臭氧催化氧化能進(jìn)一步降低生化出水COD，起到達(dá)標(biāo)保障作用。在此基礎(chǔ)上，該污水廠擴(kuò)建工程(處理規(guī)模1.5萬m3/d)設(shè)計(jì)采用了“Fenton氧化+初沉池+A2/O+二沉池+臭氧催化氧化+砂濾+紫外消毒”的主體工藝。

工業(yè)園區(qū)；污水廠； Fenton氧化；臭氧催化氧化

1　引言

某工業(yè)集中式污水廠一期工程處理規(guī)模為0.3萬m3/d，原設(shè)計(jì)主要處理對象為工業(yè)區(qū)內(nèi)的綜合污水，其中化工企業(yè)排放的工業(yè)廢水占80%，另包括20%的生活污水。目前實(shí)際進(jìn)水全部為工業(yè)廢水。一期工程污水處理采用“水解調(diào)節(jié)+A/O+BAF+微絮凝過濾”的主體工藝路線。污水廠實(shí)際污水進(jìn)水水量約為2000m3/d。由于工業(yè)區(qū)大量企業(yè)簽約入園，并已陸續(xù)開工建設(shè)，將使工業(yè)區(qū)污水水量迅速增加，需要啟動污水廠擴(kuò)建工程建設(shè)，污水廠擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)規(guī)模為1.5萬m3/d。筆者在分析一期工程運(yùn)行情況基礎(chǔ)上，通過小試工程實(shí)驗(yàn)研究確定了擴(kuò)建工程的工藝流程。

2　擴(kuò)建改造工藝分析

2.1一期工程運(yùn)行分析

一期工程于2009年建成通水，2012年1月通過竣工驗(yàn)收，運(yùn)行基本正常。2013年統(tǒng)計(jì)的平均進(jìn)出水主要水質(zhì)指標(biāo)情況見表1。

表1　2013年污水廠一期運(yùn)行情況表

2.2改造擴(kuò)建工程工藝選擇

污水廠接納的污水主要為有機(jī)硅、香精香料、生物制藥及五金電氣等企業(yè)排放的廢水。根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門要求，納管COD要求為COD≤500 mg/L(B/C≥0.3)或COD≤200 mg/L(B/C<0.3)。

由于該污水廠處于環(huán)境敏感區(qū)域，有必要在生化處理單元后面增設(shè)保障處理單元，在生化處理系統(tǒng)不穩(wěn)定時(shí)，起到達(dá)標(biāo)保障作用。本文主要研究前端Fenton氧化預(yù)處理和后端臭氧催化氧化深度處理的可行性和工藝條件，在實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)上確定了擴(kuò)建工程處理工藝。

3　小試工程實(shí)驗(yàn)

3.1廢水來源與水質(zhì)

取該污水廠2014年4月9日事故池廢水(主要為4月6～8日排入事故池的污水廠進(jìn)水)進(jìn)行Fenton氧化實(shí)驗(yàn)，取2014年4月1日排放口廢水進(jìn)行臭氧催化氧化實(shí)驗(yàn)。

3.2實(shí)驗(yàn)材料和方法

3.2.1試劑

七水合硫酸亞鐵、雙氧水(30%)、濃硫酸(98%)、氫氧化鈉、聚丙烯酰胺(陰離子型)、催化劑A和B(載體為活性炭，負(fù)載過渡族金屬)等。

3.2.2主要實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備

磁力攪拌器、pH計(jì)(SPM-10A數(shù)字酸度計(jì))、氧氣源臭氧發(fā)生器等。

3.2.3實(shí)驗(yàn)方法

(1)Fenton氧化實(shí)驗(yàn)方法,本方案對pH值、H2O2/Fe2+摩爾比、H2O2投加量、反應(yīng)時(shí)間等因子進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)。

①pH值條件實(shí)驗(yàn)：取污水廠廢水200 mL/批次，按200 mg/L的H2O2(30%濃度)用量和4∶1的H2O2/Fe2+摩爾比投加硫酸亞鐵和雙氧水，F(xiàn)enton反應(yīng)pH值分別控制在2.5、3、3.5、4、4.5、5，反應(yīng)時(shí)間2h，F(xiàn)enton氧化反應(yīng)出水用堿調(diào)pH值至8.0，投加PAM，攪拌混凝，靜置沉淀后測定上清液COD。

②H2O2和Fe2+摩爾比實(shí)驗(yàn)：雙氧水濃度200 mg/L，pH值3.5，反應(yīng)時(shí)間2h，按2∶1、3∶1、4∶1、6∶1、8∶1、10∶1的H2O2/Fe2+摩爾比投加硫酸亞鐵，其它同上。

③反應(yīng)時(shí)間實(shí)驗(yàn)：pH值3.5，按3∶1的H2O2/Fe2+摩爾比和100 mg/L的H2O2(30%濃度)用量投加硫酸亞鐵和雙氧水，水樣反應(yīng)時(shí)間分別為0.5 h、1 h、1.5 h、2 h、2.5 h和3 h，其它同上。

(2)臭氧催化氧化實(shí)驗(yàn)方法。在Ф10 cm×80 cm有機(jī)玻璃柱中填充50 cm高度的催化劑，加入廢水至水位高出催化劑頂5 cm，開啟臭氧發(fā)生器，通過催化劑層底部的曝氣頭通入臭氧，反應(yīng)一定時(shí)間后取樣測定廢水的COD。

(4)分析方法。COD測定：采用快速消解分光光度法(HJ/T399-2007)。

3.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.3.1Fenton氧化實(shí)驗(yàn)

通過實(shí)驗(yàn)表明，隨著初始pH值的升高，COD的去除率增大，當(dāng)pH值升至3～3.5時(shí)，COD去除率達(dá)到最大值約50%，之后隨著pH值的繼續(xù)上升，COD去除率開始下降。根據(jù)Fenton反應(yīng)機(jī)理，F(xiàn)enton試劑的強(qiáng)氧化作用是由H2O2被Fe2+催化分解產(chǎn)生羥基自由基(OH·)，從而引發(fā)的一系列鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。

Fe2++H2O2→Fe3++OH-+OH·

(1)

Fe3++H2O2→Fe2++H++HO2·

(2)

Fe2++OH·→Fe3++OH-

(3)

Fe3++HO2·→Fe2++O2+H+

(4)

OH·+H2O2→H2O+HO2·

(5)

(6)

根據(jù)反應(yīng)式(1)，初始pH值的升高會抑制OH·的產(chǎn)生；同時(shí)過多的OH-使溶液中的Fe2+和Fe3+以氫氧化物的形式沉淀而失去催化能力。根據(jù)反應(yīng)式(2)當(dāng)pH值較低時(shí)，溶液中的H+濃度過高，F(xiàn)e3+不能被順利的還原為Fe2+，后面的鏈反應(yīng)不能順利進(jìn)行下去，催化反應(yīng)受阻。

3.3.2Fenton實(shí)驗(yàn)小結(jié)

通過上述實(shí)驗(yàn)可以得出以下結(jié)論。

(1)Fenton氧化對去除污水處理廠廢水中的COD是有效的，最大COD去除率可達(dá)到50%以上。較適合的Fenton氧化反應(yīng)條件為：pH值為3～3.5，雙氧水投加量100 mg/L，H2O2/Fe2+摩爾比3∶1，反應(yīng)時(shí)間1.5～2.0 h。

(2)Fenton氧化可以提高廢水的B/C比，有利于后續(xù)生化處理。這些參數(shù)是在實(shí)驗(yàn)用的廢水水質(zhì)條件下的優(yōu)化結(jié)果，工程實(shí)際運(yùn)行時(shí)可根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)來調(diào)整和優(yōu)化參數(shù)，以達(dá)到效果合適、成本較低的要求。

3.4臭氧催化氧化實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，臭氧催化氧化能夠有效去除難以生化降解的COD，可以作為生化后的深度處理方法，能夠作為污水達(dá)標(biāo)處理的保障技術(shù)之一。

4　工藝流程

目前該工程正在施工中，擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)處理規(guī)模1.5萬m3/d，其中生活污水0.3萬m3/d，工業(yè)廢水1.2萬m3/d，另一期工業(yè)廢水0.3萬m3/d。為調(diào)節(jié)水質(zhì)水量和應(yīng)對事故來水，新增工業(yè)廢水事故/調(diào)節(jié)池。工業(yè)廢水經(jīng)Fenton氧化預(yù)處理提高可生化性后，與生活污水一起進(jìn)入“混合水解池-A/O池-二沉池”，生化去除大部分的COD。生化出水經(jīng)臭氧催化氧化處理進(jìn)一步去除COD，然后經(jīng)砂濾去除SS，最后經(jīng)紫外消毒后達(dá)標(biāo)排放。擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)與原一期工程相比，增加了Fenton氧化預(yù)處理和臭氧催化氧化深度處理單元，能夠保障處理出水達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中的一級A標(biāo)準(zhǔn)。

5　結(jié)論

(1)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，F(xiàn)enton氧化能有效地去除廢水中的COD，提高廢水的可生化性，有利于后續(xù)生化處理。

(2)臭氧催化氧化能進(jìn)一步降低生化出水COD，起到達(dá)標(biāo)保障作用。

(3)在分析一期工程運(yùn)行情況基礎(chǔ)上，通過實(shí)驗(yàn)研究，該污水廠擴(kuò)建工程(處理規(guī)模1.5萬m3/d)設(shè)計(jì)采用了“Fenton氧化+初沉池+A2/O+二沉池+臭氧催化氧化+砂濾+紫外消毒”的主體工藝。

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2016-06-12

沈卓賢(1984—)，男，工程師，碩士，主要從事環(huán)境工程方面的工作。

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1674-9944(2016)14-0082-02