敖 雪,單明軍,2,王艷秋,高 珊
(1. 遼寧科技大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院,遼寧 鞍山 114051;2. 北京萬邦達(dá)環(huán)保技術(shù)股份有限公司,北京 100875)
A/O—Fenton氧化—混凝組合工藝處理丁苯橡膠生產(chǎn)廢水
敖 雪1,單明軍1,2,王艷秋1,高 珊1
(1. 遼寧科技大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院,遼寧 鞍山 114051;2. 北京萬邦達(dá)環(huán)保技術(shù)股份有限公司,北京 100875)
采用A/O—Fenton氧化—混凝組合工藝處理丁苯橡膠生產(chǎn)廢水。試驗結(jié)果表明:A/O工段中,在兼氧池HRT 8 h、好氧池HRT 16 h、好氧池MLSS 2 500~3 500 mg/L的優(yōu)化參數(shù)下,平均COD,NH3-N,TP去除率分別為72.9%,96.2%,51.3%;Fenton氧化工段中,在30%(w)H2O2溶液加入量0.2%(φ)、n(H2O2)∶n(FeSO4)= 2∶1、Fenton氧化反應(yīng)時間70 min、Fenton氧化進(jìn)水pH 5.0的優(yōu)化條件下,COD和TP的去除率分別為56.0%和57.0%;A/O—Fenton氧化—混凝組合工藝對COD、NH3-N、TP、濁度的總?cè)コ史謩e為94.8%,96.2%,100%,94.0%,處理后出水滿足GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級標(biāo)準(zhǔn)。
丁苯橡膠廢水;厭氧/好氧工藝;芬頓氧化工藝
丁苯橡膠生產(chǎn)廢水pH波動范圍較大,電導(dǎo)率較高。廢水中含有大量環(huán)狀有機(jī)物和低聚物,COD高,生物可降解性差[1],是當(dāng)前石化行業(yè)難處理的生產(chǎn)廢水之一[2]。某石化公司乙烯聯(lián)合生產(chǎn)區(qū)內(nèi),由于丁苯橡膠實際生產(chǎn)過程中主要有機(jī)污染物濃度過高,造成該單元處理后的污水水質(zhì)無法達(dá)到設(shè)計指標(biāo)。
Fenton氧化法主要用于處理難降解廢水,具有操作簡單、相對投資小、氧化能力強(qiáng)、反應(yīng)時間短等優(yōu)點[3-7]。該方法對生化處理難以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的有機(jī)含磷廢水具有很好的處理效果。氧化后將溶液pH調(diào)至中性,利用Fe(OH)3的混凝作用降低出水濁度,解決Fe3+帶來的色度問題,同時又能提高COD和TP的去除率。
本工作根據(jù)現(xiàn)階段污水處理場實際運(yùn)行的需求,通過現(xiàn)場搭建中試裝置及后續(xù)的燒杯實驗,對原工藝進(jìn)行了參數(shù)調(diào)整,并增加了Fenton氧化和混凝工段,提高了COD,NH3-N,TP的去除效率,使出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
1.1 試劑、材料和儀器
FeSO4·7H2O、H2O2溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%)、H2SO4、NaOH:分析純。
廢水:取自某石化公司乙烯聯(lián)合生產(chǎn)區(qū)的調(diào)節(jié)池,主要為丁苯橡膠生產(chǎn)廢水(占總水量的70%以上),其他包括乙烯裝置排污水、電廠排污水等。廢水水質(zhì)見表1。
SP-756PC型紫外-可見分光光度計:上海光譜儀器有限公司;PHS-25型便攜式pH計:上海雷磁儀器廠;DDS-307A型電導(dǎo)率儀:上海雷磁儀器廠;SAH-200D型便攜式濁度計:江蘇盛奧華環(huán)保科技有限公司;JPBJ-608型便攜式DO儀:上海雷磁儀器廠;BTCJ-MLSS型MLSS計:北京中慧天誠科技有限公司。
表1 廢水水質(zhì)
1.2 工藝流程
A/O—Fenton氧化—混凝組合工藝流程見圖1。廢水從調(diào)節(jié)池經(jīng)蠕動泵進(jìn)入兼氧池,提高可生化性后,出水經(jīng)蠕動泵進(jìn)入好氧池,利用微生物的降解作用去除廢水中的污染物質(zhì);好氧池出水在二沉池完成泥水分離后,一部分作為硝化液回流到兼氧池前端,在補(bǔ)充兼氧池堿度的同時,進(jìn)一步減輕好氧池的有機(jī)負(fù)荷,污泥回流至好氧池;另一部分出水進(jìn)入Fenton氧化工段,經(jīng)Fenton氧化及混凝處理后排放。
圖1 A/O—Fenton氧化—混凝組合工藝流程
污泥回流至好氧池;另一部分出水進(jìn)入Fenton氧化工段,經(jīng)Fenton氧化及混凝處理后排放。
1.3 A/O工段試驗
A/O工段試驗在中試裝置上進(jìn)行。運(yùn)行參數(shù)為:兼氧池HRT 8 h,pH控制在6.5~8.0,溫度保持在30~40 ℃;好氧池HRT 16 h,pH控制在7.5~8.5,溫度保持在20~35 ℃,DO控制在2~4 mg/L,MLSS控制在2 500~3 500 mg/L;上清液回流比2∶1,污泥100%回流好氧池。
A/O工藝在污泥沉降性和磷的去除等方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的活性污泥法。參考某污水處理站實例并結(jié)合現(xiàn)場的大量試驗,好氧池DO范圍設(shè)定為2~4 mg/L,這既保證了出水水質(zhì)的穩(wěn)定,又避免了污泥上浮。污泥100%回流,以維持好氧池污泥濃度,使脫氮效果達(dá)到最佳水平。本工作主要討論HRT和MLSS兩個主要影響因素。
HRT是A/O工段設(shè)計中的重要參數(shù)之一。HRT過長會使活性污泥的處理能力過剩,運(yùn)行成本提高;HRT過短則不能保證足夠的生物量。根據(jù)文獻(xiàn)[8]并結(jié)合現(xiàn)場調(diào)試發(fā)現(xiàn),兼氧池與好氧池的HRT之比在(1∶2)~(1∶2.5)范圍較適宜。在總HRT一定的前提下,適當(dāng)延長兼氧池HRT有利于好氧池對磷的吸收;考慮到有機(jī)物的降解和去除,適當(dāng)延長好氧池HRT有利于保證出水水質(zhì)。綜合考慮,在調(diào)試過程中選擇兼氧池與好氧池的HRT比例為1∶2。保持其他參數(shù)不變,改變HRT,研究HRT對A/O工段處理效果的影響。受現(xiàn)場水量和水質(zhì)的影響,試驗選擇兼氧池與好氧池的總HRT分別為18,24,36 h,運(yùn)行穩(wěn)定后取樣檢測,每個工況下檢測15 d。
保持其他參數(shù)不變,從裝置的啟動階段開始,通過投加污泥和補(bǔ)充碳源,研究MLSS對A/O工段處理效果的影響。取樣檢測20 d。
1.4 Fenton氧化及混凝工段實驗
Fenton氧化及混凝工段實驗在燒杯中進(jìn)行。取二沉池出水200 mL于燒杯中,用H2SO4調(diào)節(jié)pH后依次加入FeSO4·7H2O和H2O2溶液,在攪拌條件下充分反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后,加入NaOH調(diào)節(jié)pH到7.0,靜置5 min待沉降完全,上清液即為處理后出水。
1.5 分析方法
采用重鉻酸鉀法[9]211-213測定COD;采用滴定法[9]282-283測定ρ(NH3-N);水樣經(jīng)硝酸-硫酸消解法[9]245預(yù)處理后,采用鉬銻抗分光光度法[9]246-248測定TP;pH、電導(dǎo)率、濁度、DO、MLSS均采用儀器直接測定。
2.1 A/O工段
2.1.1 HRT對A/O工段處理效果的影響
2.1.1.1 總HRT對A/O出水COD的影響
總HRT對A/O出水COD的影響見圖2。由圖2可見:當(dāng)總HRT由18 h延長至24 h時,平均A/O出水COD由278 mg/L降至157 mg/L,平均去除率由52.2%提高到72.9%;當(dāng)總HRT延長至36 h時,平均A/O出水COD降至153 mg/L,平均去除率提高到73.7%,與24 h時相差不大。實驗結(jié)果表明:總HRT的延長有利于A/O出水COD的下降;總HRT為18 h時,由于有機(jī)物與微生物接觸的時間過短,得不到充分降解,導(dǎo)致出水COD較高;適宜于COD去除效果的總HRT為24 h。
圖2 總HRT對A/O出水COD的影響
2.1.1.2 總HRT對A/O出水ρ(NH3-N)的影響
總HRT對A/O出水ρ(NH3-N)的影響見圖3。由圖3可見:隨總HRT的延長,A/O出水ρ(NH3-N)逐漸降低,NH3-N去除率提高;當(dāng)總HRT由18 h延長至24 h時,平均A/O出水ρ(NH3-N)由5.87 mg/L降至1.14 mg/L,平均去除率由80.7%提高到96.2%;當(dāng)總HRT延長至36 h時,平均A/O出水ρ(NH3-N)降至1.05 mg/L,平均去除率提高到96.5%,與24 h時相差不大。實驗結(jié)果表明:延長HRT有利于生化系統(tǒng)降解NH3-N,使硝化和反硝化作用進(jìn)行的更加徹底;適宜于NH3-N去除效果的總HRT為24 h。
圖3 總HRT對A/O出水ρ(NH3-N)的影響
2.1.1.3 總HRT對A/O出水TP的影響
總HRT對A/O出水TP的影響見圖4。由圖4可見:隨總HRT的延長,A/O出水TP逐漸降低;當(dāng)總HRT由18 h延長至24 h時,平均A/O出水TP由49.7 mg/L降至34.3 mg/L,平均去除率由29.3%提高到51.3%;當(dāng)總HRT延長至36 h時,平均A/O出水TP降至33.3 mg/L,平均去除率提高到52.4%,與24 h時相差不大。實驗結(jié)果表明:HRT的延長有利于TP的下降;適宜于TP去除效果的總HRT為24 h。
圖4 總HRT對A/O出水TP的影響
綜上所述,選擇總HRT為24 h較適宜。
2.1.2 好氧池MLSS對A/O工段處理效果的影響
2.1.2.1 好氧池MLSS對A/O出水COD的影響
好氧池MLSS對A/O出水COD的影響見圖5。由圖5可見:在運(yùn)行初期,MLSS較低,處理效果較差;在運(yùn)行的第6天時,MLSS為2 688 mg/L,A/O出水COD降至217 mg/L,COD去除率達(dá)到63.2%;隨MLSS的增加,出水COD下降,在第10天MLSS為 3 324 mg/L,A/O出水COD降至175 mg/ L,A/O工段COD去除率達(dá)到71.3%,并趨于穩(wěn)定;第14天后,隨MLSS的增加A/O出水COD明顯升高,這是由于進(jìn)水的營養(yǎng)物質(zhì)相對不足,難以滿足微生物的生長需要,造成微生物部分死亡,導(dǎo)致A/ O出水COD升高。通過鏡檢發(fā)現(xiàn),此時的污泥有輪蟲出現(xiàn),說明污泥發(fā)生老化。
圖5 好氧池MLSS對A/O出水COD的影響
2.1.2.2 好氧池MLSS對A/O出水ρ(NH3-N)的影響
好氧池MLSS對A/O出水COD的影響見圖6。由圖6可見:在運(yùn)行初期,MLSS較低,污泥中的硝化菌和亞硝化菌數(shù)量較少,故NH3-N的降解效果較差;隨MLSS的增加,硝化菌和亞硝化菌的數(shù)量增加,A/O出水ρ(NH3-N)降低;第9天MLSS為3 187 mg/L,A/O出水ρ(NH3-N)趨于穩(wěn)定,在1.30 mg/L左右,去除率約為95.0%;隨MLSS的增加,在運(yùn)行進(jìn)行到第14天后,A/O出水ρ(NH3-N)逐漸升高,這是由于產(chǎn)生了抑制微生物活性的物質(zhì),導(dǎo)致硝化菌和亞硝化菌的活性降低。
圖6 好氧池MLSS對A/O出水ρ(NH3-N)的影響
綜上所述,控制MLSS為2 500~3 500 mg/L(COD污泥負(fù)荷在0.15 kg/(kg·d)左右),A/O出水的COD和ρ(NH3-N)可穩(wěn)定在較低水平。
2.1.3 小結(jié)
A/O工段中,在兼氧池HRT 8 h、好氧池HRT 16 h、好氧池MLSS 2 500~3 500 mg/L的優(yōu)化參數(shù)下:平均A/O出水COD,ρ(NH3-N),TP分別為157,1.14,34.3 mg/L;平均A/O工段COD,ρ(NH3-N),TP去除率分別為72.9%,96.2%,51.3%。其中,出水ρ(NH3-N)已達(dá)到處理要求,下階段不再考慮。在生化處理過程中,濁度的變化不大。
2.2 Fenton氧化及混凝工段
2.2.1 正交實驗
Fenton氧化工段處理效果的影響因素主要有4個:Fenton氧化進(jìn)水pH、H2O2溶液加入量、n(H2O2)∶n(FeSO4)和反應(yīng)時間。采用正交實驗法,選用L9(34)正交設(shè)計表,以Fenton氧化工段COD去除率為主要考察指標(biāo),對Fenton氧化工段條件進(jìn)行優(yōu)化。正交實驗因素水平見表2,正交實驗結(jié)果見表3。
表2 正交實驗因素水平
表3 正交實驗結(jié)果
由表2和表3可見,在選定的參數(shù)范圍內(nèi),最優(yōu)方案為A1C2D3B3,即4個因素對COD去除率影響大小的順序為:H2O2溶液加入量>n(H2O2)∶n(FeSO4)>Fenton氧化反應(yīng)時間>Fenton氧化進(jìn)水pH,最優(yōu)條件為:H2O2溶液加入量0.2%(φ)、n(H2O2)∶n(FeSO4)=2∶1、Fenton氧化反應(yīng)時間70 min、Fenton氧化進(jìn)水pH 5.0。
2.2.2 處理效果
在上述最優(yōu)條件下,A/O出水經(jīng)Fenton氧化反應(yīng)后,F(xiàn)enton氧化工段COD和TP的去除率分別為56.0%和57.0%。出水加入NaOH調(diào)節(jié)pH至7.0并絮凝后,COD進(jìn)一步降至30 mg/L,TP降至檢出限以下,濁度降至3.05 NTU。處理后出水達(dá)到GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》[10]中的一級標(biāo)準(zhǔn)。A/O—Fenton氧化組合工藝對該廢水COD、NH3-N、TP、濁度的總?cè)コ史謩e為94.8%,96.2%,100%,94.0%。
2.3 經(jīng)濟(jì)分析
以噸水處理為核算單元,F(xiàn)enton氧化工段所需的藥劑成本包括H2SO40.4元/t、H2O21.0元/t、FeSO40.4元/t、NaOH 0.7元/t,合計2.5元/t,A/O—Fenton氧化組合工藝所需的運(yùn)行成本約為4.0元/t。與其他丁苯橡膠廠家采用的生化處理—活性炭吸附工藝相比,本方法的處理成本較低,具有較好的應(yīng)用前景。
a)A/O工段中,在兼氧池HRT 8 h、好氧池HRT 16 h、好氧池MLSS 2 500~3500 mg/L的優(yōu)化參數(shù)下:平均A/O出水COD,ρ(NH3-N),TP分別為157,1.14,34.3 mg/L;平均A/O工段COD,NH3-N,TP去除率分別為72.9%,96.2%,51.3%。
b)Fenton氧化工段的優(yōu)化條件為H2O2溶液加入量0.2%(φ)、n(H2O2)∶n(FeSO4)=2∶1、Fenton氧化反應(yīng)時間70 min、Fenton氧化進(jìn)水pH 5.0,反應(yīng)結(jié)束后調(diào)節(jié)pH至7.0。Fenton氧化工段COD和TP的去除率分別為56.0%和57.0%。
c)采用A/O—Fenton氧化—混凝組合工藝處理丁苯橡膠生產(chǎn)廢水的方案是可行的。該組合工藝對COD、NH3-N、TP、濁度的總?cè)コ史謩e為94.8%,96.2%,100%,94.0%,處理后出水滿足GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級標(biāo)準(zhǔn),且處理成本較低,具有較好的應(yīng)用前景。
[1] 郭青,趙旭濤. O3/H2O2組合工藝處理丁苯橡膠生產(chǎn)廢水的研究[J]. 工業(yè)水處理,2007,27(3):55 - 58.
[2] 劉紹根,黃顯懷. 物化-生化法處理汽車生產(chǎn)廢水[J].給水排水,2001,27(12):53 - 56.
[3] Kang Shyh-Fang,Chang Huey-Min. Coagulation of Textile Secondary Eff uents with Fenton’s Reagent[J]. Water Sci Technol,1997,36(12):215 - 222.
[4] Kim Tak-Hyun,Park Chulhwan,Yang Jeongmok, et al. Comparison of Disperse and Reactive Dye Removals by Chemical Coagulation and Fenton Oxidation[J]. J Hazard Mater,2004,112(1/2):95 - 103.
[5] Aplin R,Waite T D. Comparison of Three Advanced Oxidation Processes for Degradation of Textile Dyes[J]. Water Sci Technol,2000,42(5/6):345 - 354.
[6] Kavitha V,Palanivelu K. Destruction of Cresols by Fenton Oxidation Process[J]. Water Res,2005,39(13):3062 - 3072.
[7] 王娟,楊再福. Fenton氧化在廢水處理中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2011,34(11):104 - 108.
[8] 叢廣治. A/O法除磷工藝中污水HRT的控制[J]. 中國給水排水,1999,15(12):45 - 46.
[9] 原國家環(huán)境保護(hù)總局《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會. 水和廢水監(jiān)測分析方法[M]. 4版. 北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2002.
[10] 原國家環(huán)境保護(hù)局. GB 8978—1996 污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,1997.
(編輯 魏京華)
具有光催化及重金屬吸附功能可循環(huán)使用的廢水處理材料及其制備方法
該專利涉及一種具有光催化及重金屬吸附功能可循環(huán)使用的廢水處理材料及其制備方法。傳統(tǒng)廢水處理材料難以回收利用,且功能單一。該專利將模板劑加入六水合硝酸鋅和六次甲基四胺的水溶液中,攪拌得到前驅(qū)體溶液;將陶瓷網(wǎng)基底浸漬在前驅(qū)體溶液中熱處理,水浴冷凝回流;將pH調(diào)至堿性繼續(xù)反應(yīng)后烘干,即得到具有光催化及重金屬吸附功能可循環(huán)使用的廢水處理材料。該專利具有原料易得、操作簡單等優(yōu)點,所得材料既可有效地降解廢水中的有機(jī)污染物,同時對廢水中的重金屬離子具有良好的吸附作用,且產(chǎn)品可循環(huán)使用,有效地克服了單獨(dú)使用無機(jī)粉體處理劑所引起的二次污染問題。/CN 104128159 A,2014-11-05
一種煉油廠含油污泥的處理方法
該專利涉及一種煉油廠含油污泥的處理方法。先利用低頻超聲技術(shù)輔助生物破乳劑處理含油污泥,沉淀后去除上層浮油;通過水分分離裝置有效回收污泥中的原油,原油回收率達(dá)86%~95%,分離出的固相焚燒后用作調(diào)理劑的組分。向剩余的污泥中加入調(diào)理劑,攪拌同時輔以超聲波調(diào)理,再泵入板框壓濾機(jī)脫水,最大限度地去除污泥中的水分,經(jīng)調(diào)理后的污泥含水量從80%~90%降至60%左右,泥餅風(fēng)干至10%時可做成輔助燃料。該處理方法用時短,油渣和壓濾液都可循環(huán)使用,不造成二次污染,是一種快速、環(huán)保的含油污泥處理方法。/CN 104140184 A,2014-12-12
一種馬來酰亞胺生產(chǎn)過程中產(chǎn)出的精餾廢液的處理方法
該專利涉及一種馬來酰亞胺生產(chǎn)過程中產(chǎn)出的精餾廢液的處理方法。包括以下步驟:1)將待處理的精餾廢液在80~140 ℃條件下進(jìn)行蒸餾,收集140 ℃以下的餾出液;2)在餾出液中加入堿性溶液進(jìn)行中和,得到pH為6~11的混合液;3)將混合液在110 ℃以下進(jìn)行蒸餾,將蒸餾殘余液冷卻析出白色沉淀物,沉降后抽濾,得到白色晶體乙酸鹽。該專利方法將精餾廢液轉(zhuǎn)化為可以出售的產(chǎn)品,實現(xiàn)了資源的回收利用,工藝簡單,操作方便,降低了廢液的處理成本,適于工業(yè)應(yīng)用;同時減少了廢液排放量,避免了對環(huán)境的污染,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。/CN 104140176 A,2014-12-12
一種利用嵌入型氧化鑭復(fù)合樹脂的制備方法及用其深度除磷的方法
該專利涉及一種嵌入型氧化鑭復(fù)合樹脂的制備方法及用其深度除磷的方法。復(fù)合樹脂的制備方法如下:向硝酸鑭溶液中加入強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂,充分?jǐn)嚢璺磻?yīng),過濾并將樹脂置于氫氧化鈉溶液中恒溫反應(yīng)后過濾,洗至中性,經(jīng)熱處理后得到嵌入型氧化鑭復(fù)合樹脂。使用該嵌入型氧化鑭復(fù)合樹脂除磷方法如下:將復(fù)合樹脂置于玻璃吸附柱中,將含磷酸鹽廢水的溫度控制在10~50 ℃,廢水pH為2~10,以順流通過裝填有吸附材料的固定床柱吸附裝置;當(dāng)出水磷酸鹽質(zhì)量濃度高于0.5 mg/ L時,采用NaOH與NaCl混合溶液脫附,脫附后的吸附材料可循環(huán)使用。/CN 104138750 A,2014-12-12
Treatment of Styrene-Butadiene Rubber Production Wastewater by A/O - Fenton Oxidation - Coagulation Process
Ao Xue1,Shan Mingjun1,2,Wang Yanqiu1,Gao Shan1
(1. School of Chemical Engineering,University of Science and Technology Liaoning,Anshan Liaoning 114051,China;2. Beijing Water Business Doctor Co. Ltd.,Beijing 100875,China)
The A/O - Fenton oxidation - coagulation process is adopted for treatment of styrene-butadiene rubber production wastewater. The test results show that:In the A/O section,under the optimum conditions of facultative tank HRT 8 h,aerobic tank HRT 16 h,aerobic tank MLSS 2 500-3 500 mg/L,the average removal rates of COD,NH3-N,and TP are 72.9%,96.2%,and 51.3% respectively;In the Fenton oxidation section,under the optimum conditions of 30%(w)H2O2solution dosage 0.2%(φ),n(H2O2)∶n(FeSO4) = 2∶1,F(xiàn)enton oxidation reaction time 70 min and Fenton oxidation inf uent pH 5.0,the removal rates of COD and TP are 56.0% and 57.0% respectively; The total removal rates of COD,NH3-N,TP and turbidity are 94.8%,96.2%,100% and 94.0% respectively, and the eff uent quality can meet the requirement of the f rst grade discharge standard of GB 8978-1996.
styrene-butadiene rubber wastewater;A/O process;Fenton reagent oxidization process
X703.1
A
1006 - 1878(2015)01 - 0049 - 06
2014 - 06 - 24;
2014 - 10 - 15。
敖雪(1989—),女,遼寧省丹東市人,碩士,助理工程師,電話 15124101210,電郵 756061830@qq.com。聯(lián)系人:王艷秋,電話 18741295792,電郵 644629371@qq.com。