Fenton-雙膜工藝在造紙廢水資源化處理中的應用研究

趙歡　劉良軍

（浙江海元環境科技有限公司浙江杭州310051）

Fenton-雙膜工藝在造紙廢水資源化處理中的應用研究

趙歡劉良軍

（浙江海元環境科技有限公司浙江杭州310051）

采用Fenton-雙膜工藝深度處理造紙廢水，探索了耦合工藝在該類廢水回用處理中的技術可行性。對Fenton氧化處理液的全鹽量、電導率、SO42-和總硬度進行測定，結果表明Fenton反應出水離子特性基本滿足雙膜工藝進水要求。對Fenton-雙膜工藝處理造紙廢水的中試研究表明，系統出水穩定達到工藝與產品用水水質標準，膜法處理段運行穩定；耦合工藝具有明顯的技術推廣價值。

Fenton；雙膜法；造紙廢水；深度處理

造紙廢水作為我國工業廢水的重要組成部分，其環境破壞性與資源再生價值共存[1]。為降低造紙廢水中有機污染物排放濃度，實現該類廢水的資源化利用，高級氧化技術與膜法水處理技術已成為造紙行業廢水處理工作者的研究熱點，相關研究也取得明顯進展[2～3]。吳迪等人[3]采用O3/UV組合高級氧化技術深度處理造紙廢水，最終出水COD＜50mg/L，去除率達79.1%，達到城市污水再生利用工業用水水質標準。膜法水處理以其技術優勢，在造紙廢水的資源化利用中占有十分重要的地位；其中尤以雙膜工藝的應用最為普遍。葉豐等人[4]采用微濾（CMF）和反滲透（RO）工藝深度處理生化出水，結果表明RO產水COD平均濃度3.2mg/L，濁度0.07NTU，脫鹽率高達99%，滿足了造紙工藝回用水的要求。

同時，應用經驗也表明高級氧化技術存在運行條件嚴苛，出水不穩定問題；而雙膜工藝則易受到有機物污染，反沖洗頻繁問題[5～6]。本應用研究正是基于上述技術難題而展開，通過將Fenton氧化技術與膜分離技術耦合，探究了Fenton氧化出水水質情況及其對雙膜工藝運行穩定性的影響；研究結果也對該耦合工藝在造紙廢水資源化利用的技術可行性進行了中試應用驗證。

1實驗部分

1.1實驗材料

1.1.1實驗藥劑

FeSO4·7H2O（分析純），雙氧水（27.5%），其他試驗與分析藥劑均達分析純級。

實驗廢水取自某造紙企業污水站二沉出水。

1.1.2實驗裝置

將自制Fenton氧化裝置與浸沒式PVDF膜、海德能RO膜等搭建而成。

1.2實驗過程

在二沉出水中投加1:1硫酸調節pH；投加一定量硫酸亞鐵，攪拌停留5min；按比例投加27.5%雙氧水，進行反應約60min；反應出水調節pH至6.5～7.0；投加1‰的陰離子PAM約5mg/L。對上述懸濁液沉淀分離，上清液經砂濾后作為超濾（UF）-反滲透（RO）進水。采用浸沒式超濾膜對來水進行處理，處理液泵入RO系統，實現雙膜深度處理。

2結果與討論

2.1 Fenton處理效果分析

參考實際運行經驗，對Fenton深度處理造紙廢水的降解效果進行優化，結果如圖1。曲線記錄了不同氧化程度下出水鹽類與COD變化情況。依圖可知，在較低H2O2濃度下出水COD降解程度隨氧化劑增加迅速提高；H2O2濃度為40mg/L時處理液COD為101.4mg/L（Fenton原水COD為113.5mg/L），濃度提高為50、60、70、80mg/L時處理出水COD分別降低為70.8 mg/L、58.4 mg/L、50.8mg/L、45.1mg/L。分析其原因，一方面氧化劑的增加使得反應底物濃度提高，增加了自由基與有機污染物的碰撞幾率；另一方面亞鐵鹽類的增加有利于Fenton反應所需酸性環境。出水硬度測試表明，Fenton反應對出水硬度影響較小，不同氧化程度下出水總硬度均在450mg/L左右。出水硫酸根離子濃度變化曲線表明在Fenton反應與混凝沉淀過程中SO42-受化學反應與物化吸附的影響較小。全鹽量濃度曲線表明，在Fenton反應過程中所投加鹽類隨氧化度增強而明顯增加，實驗中全鹽量在1200 mg/L～3500mg/L。上述結果表明，Fenton出水基本滿足UF-RO工藝進水要求；高鹽量將對RO脫鹽造成一定影響。

圖1不同氧化程度下Fenton處理液水質情況

2.2 Fenton-雙膜處理效果分析

對膜段處理效果進行測試分析，如圖2所示。結果表明UF和RO均對Fenton出水COD有較明顯的去除效果；UF出水COD在25mg/L～45mg/L；RO出水COD在3mg/L～7mg/L，去除率在80%～90%。從雙膜出水穩定性看，UF出水有機污染物濃度波動相對較大，而RO出水則較為穩定。

圖2 UF-RO深度處理造紙廢水COD降解運行效果

圖3記錄了膜段出水的濁度和電導率。依圖可知，UF能明顯降低水質濁度，其出水濁度在0.6～1.0NTU，達到RO進水運行要求（≤1NTU）。經RO處理，出水濁度進一步降低至0.04～0.1NTU。而脫鹽結果表明，盡管UF進水電導率較高，但RO表現出良好的脫鹽效果；膜處理系統進水電導率為3500μs/cm左右，RO出水電導率在20μs/cm左右，平均脫鹽率達99.42%。上述結果表明通過Fenton-雙膜工藝處理，出水水質完全達到造紙工藝用水水質要求。

圖3 UF-RO深度處理造紙廢水濁度與電導率運行效果

圖4 UF-RO深度處理造紙廢水運行穩定性分析

對雙膜段運行壓力與膜通量進行測試，結果如圖4。UF跨膜壓差變化表明，浸沒式超濾處理運行壓力在15kPa～25kPa，其受進水水質影響較為明顯，波動相對較大；但整體而言，其壓差較抽吸最大壓力-80 kPa仍較為理想。UF運行通量基本維持在39.95LMH，其波動較小，穩定性較好。RO段運行監測記錄表明，運行壓力在1125kPa～1356 kPa變化，其膜通量維持在37.46LMH左右，且波動較小。對UF-RO運行結果分析表明，在較好清洗制度下，Fenton出水在預處理過濾后雙膜處理，膜法處理段運行穩定，適合用于造紙廢水的深度處理。

3結語

采用Fenton-雙膜工藝對造紙廢水生化出水進行深度處理，在優化條件下運行，UF-RO出水電導率≤30μs/cm、濁度≤0.1NTU、COD≤10mg/L，耦合工藝處理液水質指標均已達到《工業用水水質標準》中工藝與產品用水水質標準。對Fenton-雙膜工藝穩定性進行分析，表明UF和RO運行穩定；耦合工藝為造紙廢水的深度處理與資源化利用提出了新的解決途徑。

[1]時孝磊，李鋒民，胡洪營.水解酸化—好氧—Fenton氧化工藝處理制漿造紙廢水工實例[J].給水排水,2012,38(7)：47-51.

[2]孫麗娜,閻玉榮,陳錫劍,等.廢紙造紙廢水處理“零排放”工程實例[J].中國給水排水,2009,25(10)：56-58.

[3]吳迪,張璇,孫星凡,等.O3/UV+BAC深度處理廢紙制漿造紙廢水[J].工業水處理,2009,29(1)：39-42.

[4]葉豐,戴晶,馬春明,等.連續微濾和反滲透集成工藝深度處理造紙廢水[J].天津工業大學學報，2008，27(2)：45-47.

[5]李花,沈耀良.廢水高級氧化技術現狀與研究進展[J].水處理技術,2011,37(6)：6-9.

[6]李花,沈耀良.廢水高級氧化技術現狀與研究進展[J].水處理技術,2011,37(6)：6-9.

趙歡（1981—），碩士研究生，畢業于東南大學，注冊環保工程師，主要從事高濃有機廢水高級氧化與厭氧生化處理技術應用研究。