芬頓氧化+生化工藝處理精細(xì)化工廢水工程實例

劉華鋒 魏利軍 劉金剛 劉銀亞

摘要：河南省新鄉(xiāng)市某精細(xì)化工企業(yè)生產(chǎn)廢水COD為3090mg/L、BOD5為731 mg/L，BOD/COD=0.24<0.3，可生化性差。采用芬頓氧化處理廢水的生化性提高，后續(xù)采用生化工藝處理。生化處理采用厭氧生物濾池、生物接觸氧化和生物活性炭濾池聯(lián)合處理，該組合工藝的顯著特點污泥濃度高、污泥齡長、污泥停留時間與水力停留時間相互獨立，對有毒、難降解污染具有較強的適應(yīng)性和降解能力。調(diào)試完成后，出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)，運行穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：精細(xì)化工廢水;芬頓氧化;厭氧生物濾池;接觸氧化;生物活性炭濾池

中圖分類號：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）12-00-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.12.030

Fenton oxidation + biochemical process for the treatment of fine chemical wastewater engineering example

Liu Huafeng1，Wei Lijun2，Liu Jingang1，Liu Yinya1

（1.Zhengzhou Zhengrong Environmental Protection Technology Co.，Ltd.，Zhengzhou Henan 450015，China;

2.Shaanxi Light Industry Research and Design Institute，Xian Shaanxi 710054，China）

Abstract：The production wastewater COD of a fine chemical enterprise in Xinxiang City， Henan Province is 3090 mg/L， BOD5 is 731 mg/L，BOD/COD=0.24<0.3，and the biodegradability is poor. Fenton oxidation is used to improve the biochemical properties of wastewater，and biological treatment of biochemical wastewater. Biological treatment adopts the combined treatment of anaerobic biological filter， biological contact oxidation and biological activated carbon filter.The salient features of this combined process are high sludge concentration， long sludge age， sludge residence time and hydraulic residence time are independent of each other.The refractory pollution has strong adaptability and degradability. After the commissioning is completed， the effluent quality meets the Grade A standard of “Emission Standard of Pollutants for Urban Sewage Treatment Plants” （GB 18918-2002）， and the operation is stable.

Key words：Fine chemical wastewater; Fenton oxidation;Anaerobic biological filter;Contact oxidation;Biological activated carbon filter

1 工程概況

河南省新鄉(xiāng)市某精細(xì)化工企業(yè)主要從事苯乙酸生產(chǎn)，其廢水主要來源為生產(chǎn)車間的工藝生產(chǎn)排水、沖洗水等。該企業(yè)在其產(chǎn)品生產(chǎn)過程中副產(chǎn)物和部分原料隨廢水直接排出，造成生產(chǎn)廢水中的污染物含量高且組分復(fù)雜，廢水水質(zhì)特點為高COD、高NH3-N、可生化性低，且有一定的毒性，對生物處理具有抑制作用，不能直接采用生物處理。

2 設(shè)計規(guī)模及水質(zhì)

該企業(yè)生產(chǎn)廢水量約為40m3/d，廢水中的污染物以苯酚、有機胺和少量的氰，根據(jù)該企業(yè)提供水樣，經(jīng)檢測，其水質(zhì)主要指標(biāo)如表1所示。

根據(jù)環(huán)保部門對企業(yè)的要求，處理后出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)。

3 廢水處理工藝

3.1 廢水處理工藝選擇

該企業(yè)廢水CODCr約為3 090mg/L，BOD為731mg/L，BOD5/CODCr為0.24，不宜直接采用生物處理，且廢水中苯酚、有機胺和少量的氰等污染物對微生物有毒或抑制的有機物。處理含有有毒、難降解有機物的精細(xì)化工廢水，采用有效的有毒污染物脫毒或毒性削減預(yù)處理措施是實現(xiàn)其達(dá)標(biāo)排放的關(guān)鍵 [1]。

芬頓氧化通過二價鐵離子（Fe2+）和雙氧水之間的鏈反應(yīng)催化生成羥基自由基，具有較強的氧化能力，特別適用于有毒、難降解的有機廢水的氧化處理。芬頓氧化使廢水中的有毒、難降解有機物發(fā)生氧化分解轉(zhuǎn)化，提高其可生化性、降低廢水的毒性，作為難降解廢水生物處理的預(yù)處理，為后續(xù)生物處理奠定有利條件。

具體處理工藝流程如圖1所示。

主要處理構(gòu)筑物作用及處理機理如下：

3.1.1 芬頓氧化塔

芬頓氧化是降低廢水毒性、提高可生化性的有效處理措施。芬頓氧化法具有很強氧化能力，其產(chǎn)生的·OH具有極強的氧化能力，能把有機氮及氨氮氧化轉(zhuǎn)化為氮氣、亞硝氮及硝氮，具有一定的脫氮能力;對廢水中的苯系物去除效率很高，能把廢水中的有毒有害難降解有機污染物分解轉(zhuǎn)化為無毒且易生化處理的小分子有機物，處理后廢水的BOD/COD能提高至0.5以上，從而提高廢水的可生化性[2]。

經(jīng)過芬頓氧化處理，廢水的可生化性提高、毒性降低，使廢水水質(zhì)適宜于采用生化工藝處理。在處理難降解有機廢水的工藝中，生物處理法因其處理成本低，不產(chǎn)生二次污染，適應(yīng)大水量的處理等優(yōu)點，仍然是各種難降解有機廢水的主體工藝。對于高濃度廢水，通常采用厭氧生物處理+好氧生物處理+深度處理的組合工藝，才能到達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.1.2 厭氧生物濾池

厭氧生物濾池內(nèi)填料是固定的，微生物通過在填料表面形成的生物膜和填料內(nèi)形成微生物聚集體的方式保留下來，與水力停留時間相分離，能夠維持濾池內(nèi)厭氧污泥的濃度，延長污泥的停留時間。同時，微生物種群隨水流方向呈現(xiàn)規(guī)律性分布：污泥濃度由高逐漸變低，細(xì)菌由以發(fā)酵菌和產(chǎn)酸菌為主到產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷菌逐漸增多并占主導(dǎo)地位。厭氧污泥在濾層內(nèi)的有規(guī)律的分布還使得反應(yīng)器對有毒物質(zhì)的適應(yīng)能力較強，可生物降解的毒性物質(zhì)在反應(yīng)器內(nèi)的濃度也呈現(xiàn)出規(guī)律性的變化，加之厭氧生物膜形成多種菌群的良好共生體，因此，在濾層內(nèi)易于培養(yǎng)出適應(yīng)有毒物質(zhì)的厭氧污泥，對有毒物質(zhì)的去除效率和允許的污染物濃度較高;同時也具有較強的抗沖擊負(fù)荷能力。特別是對于苯類等特征污染物，由于其不活潑的C-H、C-C鍵與苯環(huán)之間的共振能量具有很強的穩(wěn)定性，不容易獲得電子，因而需要較長停留時間的完全厭氧條件才能使其轉(zhuǎn)化降解。厭氧生物濾池較長的污泥停留時間和對有毒物質(zhì)具有良好的去除和轉(zhuǎn)化能力，非常適合用于低生化性廢水的處理。[3]

3.1.3 生物接觸氧化

生物接觸氧化作為一種好氧生物處理工藝，接觸氧化池內(nèi)置有柔性填料，經(jīng)充氧的污水將填料浸沒，并以一定的速度流經(jīng)填料，生物膜布滿填料，通過與污水的接觸，由微生物代謝將污染物降解或去除。附著填料表面的生物膜中同時存在好氧菌、厭氧菌和兼性菌，細(xì)菌種群豐富、生物鏈長，對污染物降解較為徹底;污泥濃度高、耐沖擊負(fù)荷能力強;對難降解有機物分解能力較強，特別是絲狀微生物能夠有效地分解水中芳香類化合物的苯環(huán)結(jié)構(gòu)[4];污泥齡長、污泥產(chǎn)量少;氧利用率高，曝氣動力消耗低;運行費用低，設(shè)備易操作、易維修。基于以上特點，接觸氧化法被廣泛用于生活污水及工業(yè)廢水處理[5]。

3.1.4 生物活性炭濾池

生物活性炭濾池適用于低濃度有機物的深度處理。低濃度污染物微生物降級反應(yīng)速率很低，由于生物活性炭濾池對水中有機污染物有較好的吸附性能，炭表面對有機物的富集，提高了微生物的降解速率。同時，利用微生物降解吸附到活性炭上的有機污染物，使活性炭對污染物具有持續(xù)的吸附能力。生物活性炭運行穩(wěn)定，去除率高，可去除活性炭和微生物單獨處理作用時不能去除的污染物。由于活性炭對溶解氧和污染物的吸附，為其反應(yīng)提供了有利條件，促進了有機物生物的降解。活性炭對水中有毒物質(zhì)的吸附，提高了處理工藝的耐沖擊負(fù)荷能力。生物活性炭濾池可用于污水處理的末端，使出水達(dá)到較優(yōu)質(zhì)的水質(zhì)指標(biāo)，以滿足日益嚴(yán)格的達(dá)標(biāo)排放要求。[6]

3.2 主要構(gòu)筑物及設(shè)計參數(shù)

（1）調(diào)節(jié)池：有效容積20m3，水力停留時間12h，尺寸為4.2×2.4×2.5m，超高0.5m，鋼砼防腐。

（2）鐵炭微電解池：有效池容16m3，水力停留時間4h，尺寸為Φ1.8×3.0m，超高0.5m，采用成品玻璃鋼罐，設(shè)有硫酸亞鐵和雙氧水投加口和pH監(jiān)測點。

（3）pH調(diào)節(jié)池：有效容積1.0m3，水力停留時間0.6h，尺寸為Φ1.08×1.7m，采用成品PE罐，帶防腐攪拌，投機石灰溶液，調(diào)pH值至8～9，設(shè)有pH監(jiān)測點。

（4）一沉池：有效容積1.67m3，水力停留時間1.0h，尺寸為Φ1.2×2.3m，底部錐高0.5m，上部超0.3m。

（5）中間水罐：有效容積1.0m3，水力停留時間0.6h，尺寸為Φ1.08×1.7m，采用成品PE罐。

（6）厭氧生物濾池：有效容積10m3，水力停留時間6h，尺寸為2.4×2.4×3.0m，超高0.5m，底部布水層高度0.5m，鋼砼防腐。

（7）接觸氧化池：有效容積10m3，水力停留時間6h，尺寸為2.4×2.4×3.0m，超高0.5m，底部布水層高度0.5m，鋼砼防腐。

（8）二沉池：效容積2.5m3，水力停留時間1.0h，尺寸為Φ1.2×3.05m，底部綴高0.5m，上部超0.3m，采用整體玻璃鋼材質(zhì)。

（9）生物炭：有效容積2.5m3，水力停留時間1.5h，尺寸為1.6×1.6×2.0m，超高0.5m，底部布水層高度0.5m，采用整體玻璃鋼材質(zhì)。

4 運行處理效果

本工程經(jīng)過近6個月的運行調(diào)試，由于產(chǎn)能負(fù)荷變化等原因?qū)е滤俊⑺|(zhì)波動，對廢水處理生化系統(tǒng)造成一定的沖擊。廢水處理系統(tǒng)對沖擊的適應(yīng)性能良好，目前出水各項指標(biāo)均滿足GB 18918-2002的一級A標(biāo)準(zhǔn)，具體出水水質(zhì)指標(biāo)如表2所示。

5 處理成本分析

該廢水處理運行成本約5.36元/t，廢水處理成本包括藥劑費、水電費、人工費、污泥處置費等，不包括設(shè)備折舊費、維修費等。

6 結(jié)語

（1）采用芬頓氧化+生物處理工藝處理低生化性化工廢水，其出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)。該工藝操作靈活、運行穩(wěn)定，具有較強的抗沖擊負(fù)荷能力，運行成本及動力消耗相對較低。

（2）對于可生化性較差的化工工業(yè)廢水，采用芬頓氧化作為其生物處理段的預(yù)處理工藝，能較好地改善廢水的可生化性、降低和去除廢水毒性，為后續(xù)生化處理創(chuàng)造有利條件。

（3）在處理難降解有機廢水的工藝中，生物處理法因其處理成本低、出水水質(zhì)好、不產(chǎn)生二次污染、適用范圍廣等優(yōu)點，仍然是各種難降解工業(yè)有機廢水的主體工藝。

參考文獻(xiàn)

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[6]潘濤，李安峰，杜兵，等.廢水污染控制技術(shù)手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012，845-853.

收稿日期：2020-10-03

作者簡介：劉華鋒（1985-），男，本科，注冊環(huán)保工程師，研究方向為污水處理、工業(yè)廢水等污染治理。