鐵碳耦合Fenton試劑氧化處理軸承廠污水工程

張盼盼，鄭榮躍，王金輝，鄭琦宏，徐繼榮

（寧波大學(xué)建筑工程與環(huán)境學(xué)院，浙江寧波315211）

鐵碳耦合Fenton試劑氧化處理軸承廠污水工程

張盼盼，鄭榮躍，王金輝，鄭琦宏，徐繼榮

（寧波大學(xué)建筑工程與環(huán)境學(xué)院，浙江寧波315211）

介紹了某軸承廠以鐵碳耦合Fenton試劑高級氧化為主體工藝的軸承生產(chǎn)污水處理工程。采用隔油調(diào)節(jié)、溶氣氣浮、水解酸化、鐵碳耦合Fenton試劑氧化、絮凝沉淀、活性炭罐吸附等工藝，處理后COD、SS、石油類、TP、陰離子表面活性劑、總鉻、總鎳去除率分別為95.7%、98.6%、95.8%、97.2%、90.3%、92.7%、93.3%，達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）一級排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。該工程具有投資省、占地面積少、運(yùn)行穩(wěn)定、抗沖擊負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn)。

軸承污水；高級氧化；溶氣氣浮；污水處理

我國軸承企業(yè)總數(shù)居世界第一位，但多數(shù)為中、小規(guī)模企業(yè)，生產(chǎn)集中度較低，導(dǎo)致產(chǎn)生的廢水難以集中處理〔1〕。中、小規(guī)模軸承廠產(chǎn)生的廢水大致包括2部分：（1）高濃度工藝廢水，主要來自除油、磷化、清洗工序；（2）低濃度廢水，主要來自車間沖洗水和洗滌水。其生產(chǎn)工藝廢水中通常含有胺類、醇類、陰離子表面活性劑、活化油及芳香族化合物，組成較為復(fù)雜，水質(zhì)波動大，可生化降解性能差，采用常規(guī)的物化、生化等工藝處理難以達(dá)到排放水質(zhì)要求。因此，開發(fā)高效、經(jīng)濟(jì)的軸承生產(chǎn)廢水處理技術(shù)，對軸承行業(yè)的健康發(fā)展具有積極意義。

鐵碳耦合Fenton試劑氧化是指鐵碳微電解和Fenton法協(xié)同氧化。鐵碳微電解的作用機(jī)理是低電位的鐵和高電位的碳在廢水中產(chǎn)生電位差，具有一定導(dǎo)電性的廢水充當(dāng)電解質(zhì)，形成無數(shù)原電池并由此引發(fā)絮凝、吸附、卷掃、共沉、電沉積、電化學(xué)還原等多種綜合作用，改變廢水中污染物的性質(zhì)，從而達(dá)到處理廢水的目的〔2-3〕。Fenton法采用Fe2+和H2O2混合氧化有機(jī)物。在鐵碳微電解法中，鐵作為陽極被腐蝕掉，使溶液中含有一定濃度的Fe2+，將鐵碳微電解與Fenton法耦合，即利用微電解析出的Fe2+直接加入H2O2，便可形成良好的Fenton氧化條件。這樣不僅省去了FeSO4〔4〕，發(fā)揮鐵碳微電解與Fenton氧化法的雙重優(yōu)勢，同時還可利用產(chǎn)生的大量Fe3+在堿性條件下生成絮狀沉淀，進(jìn)一步提高廢水的處理效果〔5-6〕。

筆者介紹了某軸承廠以鐵碳耦合Fenton試劑氧化為主體工藝的生產(chǎn)廢水處理工程。1年多的生產(chǎn)運(yùn)行證明，采用溶氣氣浮+鐵碳耦合Fenton試劑氧化工藝處理軸承廠廢水有較好的處理效果，具有投資省、占地面積少、運(yùn)行穩(wěn)定、抗沖擊負(fù)荷特點(diǎn)，對規(guī)模較小且場地緊缺的軸承生產(chǎn)企業(yè)工藝廢水處理有一定的應(yīng)用與參考價值。

1　廢水水質(zhì)水量

浙江某軸承公司年產(chǎn)軸承10萬套，各工段污水混合產(chǎn)生的工藝廢水量為20 m3/d，處理工程要求出水達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）Ⅰ級排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。廢水所含污染物和排放標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1　進(jìn)水水質(zhì)和排放標(biāo)準(zhǔn)

從表1可以看出，該軸承廠廢水pH較高、水質(zhì)波動較大，且水量較小僅為20 m3/d，其中COD、SS、石油類、TP較高，同時鉻、鎳重金屬超標(biāo)。

2　廢水處理工藝

2.1工藝流程的確定

軸承廠產(chǎn)生的廢水pH較高、可生化性差、水量較少，故主體工藝考慮采用物化和高級氧化法；軸承生產(chǎn)過程中由于需要間斷、集中洗滌及沖洗、磷化等工藝，廢水水質(zhì)、水量波動變化較大，因此要求工藝具備較強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷能力。為降低高級氧化工藝的處理負(fù)荷及提高處理效果，考慮采用隔油、溶氣氣浮、水解酸化等過程作為預(yù)處理。因此確定工藝流程如圖1所示。

圖1　軸承廠廢水處理工藝流程

廢水經(jīng)格柵攔截較大漂浮物后進(jìn)入隔油調(diào)節(jié)池，均質(zhì)除油后泵入溶氣氣浮池，去除水中大部分石油類、SS和COD，其出水進(jìn)入水解酸化池。水解酸化過程可將大分子難降解物質(zhì)分解為小分子易降解物質(zhì)，并降低廢水pH，利于后續(xù)氧化反應(yīng)的進(jìn)行，同時可減少試劑用量，節(jié)省處理成本。經(jīng)水解酸化池水解后的廢水進(jìn)入鐵碳耦合Fenton試劑氧化池中氧化，其出水用Ca（OH）2溶液調(diào)節(jié)pH并添加聚丙烯酰胺進(jìn)行絮凝沉淀，沉淀后的污泥經(jīng)板框壓濾機(jī)壓濾后外運(yùn)，濾出液泵回隔油調(diào)節(jié)池。由于出水直排天然水體，因此在絮凝沉淀工序后添加活性炭罐，以保障出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

2.2主要構(gòu)筑物及參數(shù)

（1）格柵。1套，尺寸為0.3 m×0.3 m×0.5 m，地下鋼混結(jié)構(gòu)。采用細(xì)格柵，設(shè)在處理構(gòu)筑物之前，柵隙為4 mm，主要攔截污水中的較大漂浮物，保證后續(xù)處理設(shè)施的正常運(yùn)行。

（2）隔油調(diào)節(jié)池。1座，地下鋼混結(jié)構(gòu)，尺寸為2.0 m×1.2 m×1.5 m，水力停留時間6 h。設(shè)污水泵和污泥泵各2臺，1用1備。軸承車間水質(zhì)、水量波動較大，含油量較高，設(shè)置隔油調(diào)節(jié)池可以均勻水質(zhì)、調(diào)節(jié)水量并去除浮油。

（3）溶氣氣浮機(jī)。采用平流式溶氣氣浮機(jī)，1座，鋼制結(jié)構(gòu)，有效水深1.8 m，有效容積2 m3。氣浮池的表面負(fù)荷為2.0 m3/（m2·h），有效水力停留時間為30 min。采用先進(jìn)的多相溶氣氣浮泵（功率為0.5 kW），同時向氣浮池內(nèi)投加PAM。

（4）水解酸化池。1座，地下鋼混結(jié)構(gòu)，有效容積為20 m3，平面尺寸為2.0 m×2.5 m，平均水力停留時間為24 h，COD容積負(fù)荷為1.36 kg/（m3·d），COD污泥負(fù)荷為0.6 kg/（kg·d）。對水解酸化池內(nèi)的pH和溫度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控。

（5）鐵碳耦合Fenton試劑氧化反應(yīng)池。設(shè)2座（桶Ⅰ和桶Ⅱ），地上圓柱形聚乙烯桶，兩桶上部串聯(lián)，桶高2 m，有效容積3 m3，平均水力停留時間45 min；桶底均勻布置10個微孔曝氣器，羅茨風(fēng)機(jī)風(fēng)量0.35 m3/min，風(fēng)壓為45 kPa，配套電機(jī)為1.0 kW，1用1備；曝氣器上布置20 cm厚鵝卵石，鵝卵石上部放置2 t鐵碳〔山東某環(huán)保公司提供，采用多元金屬合金融合催化劑并用高溫微孔活化技術(shù)生產(chǎn)而成，m（Fe）∶m（C）為1∶1，物理強(qiáng)度1 000 kg/cm2〕。桶頂上部外接體積分?jǐn)?shù)為10%過氧化氫溶液、5%硫酸溶液，用電磁計量泵使藥劑溶液與廢水同步泵入反應(yīng)桶Ⅰ。保持桶Ⅰ內(nèi)廢水pH為3，過氧化氫溶液質(zhì)量濃度為200 mg/L，桶Ⅱ出水pH為6左右。

（6）絮凝沉淀池。1座，地上聚乙烯桶，桶高2 m，有效容積3 m3。桶頂上部外接計量泵，泵入適當(dāng)濃度的氫氧化鈣溶液、PAM溶液，絮凝溶液pH調(diào)至8。

（7）活性炭罐。1座，地上不銹鋼容器，高4 m，有效容積2 m3。

（8）脫水機(jī)房。設(shè)置BAMY8/450-30U型板框壓濾機(jī)1臺，壓濾面積為8 m2。

3　工程運(yùn)行效果

工程完工后經(jīng)過3個月的調(diào)試運(yùn)行，監(jiān)測出水各項(xiàng)指標(biāo)平均值：pH為8.00、COD 68.0 mg/L、SS 5.0 mg/L、石油類4.9 mg/L、TP 0.34 mg/L、陰離子表面活性劑3.8 mg/L、總鉻0.8 mg/L、總鎳0.6 mg/L，各項(xiàng)污染物指標(biāo)均達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，其監(jiān)測結(jié)果見表2。

表2　出水水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果

該工程總投資10.8萬元，其中土建構(gòu)筑物3.8萬元，設(shè)備及材料費(fèi)4.7萬元，其他費(fèi)用共計2.3萬元，折合單位廢水投資為5 400元/m3。總裝機(jī)容量為2.5 kW，折合單位廢水運(yùn)行費(fèi)用為7.9元/m3。

4　結(jié)論

（1）采用隔油+溶氣氣浮+水解酸化+鐵碳耦合氧化+活性炭吸附工藝處理高濃度軸承廠工藝廢水，其對COD、SS、石油類、TP、陰離子表面活性劑、總鉻、總鎳的去除率分別為95.7%、98.6%、95.8%、97.2%、90.3%、92.7%、93.3%，達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）的一級排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）采用該工藝處理軸承廠污水具有投資省、水質(zhì)水量適應(yīng)范圍廣、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)，在沒有集中納管處理的中小軸承生產(chǎn)企業(yè)及其他相關(guān)制造企業(yè)中具有較好的推廣價值。

［1］袁藝.中國軸承工業(yè)的發(fā)展與對外貿(mào)易研究［D］.鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.

［2］Kallel M，Belaid C，Boussahel R，et al.Olive mill wastewater degradation by fenton oxidation with zero-valent iron and hydrogen peroxide［J］.Journal of Hazardous Materials，2009，163（2/3）：550-554.

［3］楊鑫，楊世迎，邵雪停，等.利用活性炭催化過氧化物高級氧化技術(shù)降解水中有機(jī)污染物［J］.化學(xué)進(jìn)展，2010，22（10）：2071-2078.

［4］魯風(fēng)芹，李忠杰，王娟，等.用Fenton試劑處理丙烯腈廢水的動力學(xué)研究［J］.青島科技大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2007，28（3）：216-218.

［5］Módenes A N，Espinoza-Quinones F R，Manenti D R，et al.Performance evaluation of a photo-Fenton process applied to pollutant removal from textile effluents in a batch system［J］.Journal of Environmental Management，2012，104：1-8.

［6］張石磊，江旭佳，洪國良，等．電絮凝技術(shù)在水處理中的應(yīng)用［J］．工業(yè)水處理，2013，33（1）：10-14．

Project on the treatment of wastewater from a bearing factory by iron-carbon coupling Fenton oxidation

Zhang Panpan，Zheng Rongyue，Wang Jinhui，Zheng Qihong，Xu Jirong
（Faculty of Architectural Engineering and Environment，Ningbo University，Ningbo 315211，China）

The project on the treatment of wastewater from bearing production is introduced.Its principal technologies are iron-carbon coupling Fenton advanced oxidation.Technologies，such as the regulation of oil removal，dissolved air floatation，hydrolytic acidification，iron carbon coupling Fenton reagent oxidation，flocculation and precipitation，charcoal canister adsorption.etc.have been used.After the treatment，the removing rates of COD，SS，petroleum substances，TP，anionic surfactants，total chromium，and total nickel of the effluent are 95.7%，98.6%，95.8%，97.2%，90.3%，92.7%and，93.3%，respectively，meeting the requirements for the first level discharge standard，specified in the Integrated Wastewater Discharge Standard（GB 8978—1996）.The project has advantages as follows：less investment，small coverage of area，stable operation，strong anti-shock loading capacity，etc.

bearing wastewater；advanced oxidation；dissolved air flotation；wastewater treatment

X703

B

1005-829X（2016）08-0106-03

國家科技支撐計劃項(xiàng)目（2013BAJ10B06）

張盼盼（1988—），碩士，E-mail：978196578@qq.com。通訊作者：徐繼榮，研究員，E-mail：xujirong@nbu.edu.cn。

2016-07-08（修改稿）