芬頓流化床工藝的工程應(yīng)用

葉鼎

（上實環(huán)境控股（武漢）有限公司，湖北 武漢 430074）

浙江省某化學(xué)原料藥產(chǎn)業(yè)園是國家級化學(xué)原料藥基地的核心區(qū)塊，國內(nèi)化學(xué)原料藥和醫(yī)藥中間體產(chǎn)業(yè)的唯一集聚區(qū)，規(guī)劃總面積20多平方公里，園區(qū)企業(yè)主要為醫(yī)藥化工企業(yè)、PU合成革及其周邊產(chǎn)業(yè)。園區(qū)管委會于2007年以BOT的方式建設(shè)了污水處理廠一座，隨著來水量的增加和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，2015年啟動了污水處理廠二期改擴建工程。

1 設(shè)計規(guī)模及出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

本項目一期設(shè)計規(guī)模為12500m3/d，工程排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）中的二級標(biāo)準(zhǔn)。污水處理廠待處理的廢水中，醫(yī)化廢水占了較大部分，污染物成分復(fù)雜，濃度高：（1）工業(yè)廢水比重大；（2）廢水含有大量的醫(yī)藥中間體等難降解物質(zhì)，某些污染物還具有一定的生物抑制作用，可生化性差；（3）水質(zhì)變化范圍大；（4）根據(jù)污水廠日常水質(zhì)監(jiān)測情況顯示，污水中氮、磷含量較高，且有時瞬時值很高。二期改擴建工程實施后，污水廠處理能力達到25000m3/d，出水標(biāo)準(zhǔn)提高，CODcr和氨氮執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級標(biāo)準(zhǔn)，亦即將CODcr排放標(biāo)準(zhǔn)由150mg/L提至100mg/L，氨氮排放標(biāo)準(zhǔn)由25mg/L提至15mg/L，其余出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)保持不變。

2 工藝流程

一期污水處理廠工藝流程為：調(diào)節(jié)池+水解酸化池+初沉池+CASS+終沉池→深海排放。

一期工程投產(chǎn)后實際進水COD濃度在1000～2000mg/L之間，BOD5/COD值＜0.10，可生化性差，COD去除率低。二期改擴建工程擬在強化生物處理的基礎(chǔ)上增加化學(xué)氧化處理工藝以保證處理效果。近年來,高級氧化技術(shù)在處理難降解有機廢水已得了越來越多的應(yīng)用，F(xiàn)enton流化床法與其他化學(xué)氧化法相比，具有對水質(zhì)變異的忍受程度大、處理效果穩(wěn)定、操作維護簡單等優(yōu)點，因此項目建設(shè)單位組織開展了Fenton流化床在難降解醫(yī)化廢水的中試試驗研究。

2.1 Fenton法的應(yīng)用

Fenton試劑是亞鐵鹽和過氧化氫的組合，H2O2在Fe2+的催化作用下生成具有高反應(yīng)活性的羥基自由基(·OH)，其氧化電位達到2.8V，是除氟元素外自然界最強的無機氧化劑，它通過電子轉(zhuǎn)移等途徑將有機物氧化分解成小分子。同時，F(xiàn)e2+被氧化成Fe3+可產(chǎn)生混凝沉淀，因此Fenton試劑在水處理中具有氧化和混凝雙重作用。Fenton法在處理難降解有機廢水時，H2O2投加量大，利用率低，單獨使用往往成本過高，在實際應(yīng)用中通?？膳c其他處理方法聯(lián)合使用,用于廢水的預(yù)處理或深度處理。

2.2 流化床Fenton

如用Fe3+代替Fe2+，由于Fe2+是即時產(chǎn)生的，減少了·OH被Fe2+還原的機會,可提高·OH的利用率。流化床Fenton是傳統(tǒng)Feton法的改良，主要原理是將Fenton氧化法產(chǎn)生的Fe3+在流化床反應(yīng)槽中的單體表面產(chǎn)生FeOOH的結(jié)晶,而FeOOH也是H2O2的一種催化劑，因為FeOOH的存在,可大幅降低Fe2+催化劑的加藥量，進而降低操作成本與污泥產(chǎn)量，是目前針對低濃度生物難降解有機廢水的一種有效的化學(xué)氧化技術(shù)。

2.3 中試試驗

中試試驗的目的是在原生物處理的基礎(chǔ)上，按實際來水和出水標(biāo)準(zhǔn)驗證Fenton流化床能否提高廢水的可生化性，降低有機污染物濃度，以滿足后續(xù)深度處理要求，同時尋求適宜的工藝單元設(shè)計參數(shù)和核算藥劑耗量、測算運營成本。中試系統(tǒng)為1套小型流化床Fenton反應(yīng)器，裝置設(shè)計流量為80L/h，PE材質(zhì)，園柱型布置，內(nèi)填接種流化載體，同時配置進水泵、回流泵、硫酸亞鐵加藥機、雙氧水加藥機等。安裝連接好試驗裝置后，調(diào)適穩(wěn)定后的試驗主要驗證：去除效果、加藥量（雙氧水）的影響、雙氧水與硫酸亞鐵投加量比值的影響、pH值的影響、水力停留時間等。中試裝置進水為生化反應(yīng)CASS池上清液，COD介于130～180mg/L，經(jīng)Fenton處理后，以H2O2加藥量94～213mg/L進行試驗，COD實際去除量為49～82mg/L，處理后COD為68～98mg/L。同時出水BOD5/COD值提高到0.3左右，提高了污水的可生化性。芬頓反應(yīng)的效果受PH值的影響較大，通過試驗對比，傳統(tǒng)Fenton反應(yīng)的最佳pH值為2～4，流化床芬頓最佳PH值為3.2～4.5。

上升流速控制流化床內(nèi)的填料膨脹和藥劑的混合，適宜的流速能有效地降低加藥量和提高處理效率，上升流速不宜低于0.3m/s。試驗反應(yīng)情況表明，當(dāng)亞鐵與雙氧水的比值不小于0.7時，不影響COD的處理效率，建議實際運行時控制亞鐵與雙氧水比值為不小于0.7較佳。

流化床Fenton法與傳統(tǒng)Fenton法相比，由于流化載體的存在，在PH調(diào)節(jié)、鐵鹽投加量、剩余污泥產(chǎn)量等方面明顯優(yōu)化。

2.4 工藝流程

針對廢水特征及出水水質(zhì)要求，改擴建后污水處理廠工藝流程為：園區(qū)廢水自流排入調(diào)節(jié)池，均質(zhì)后經(jīng)泵提升至混凝沉淀池，初步去除污水中部分污染物后進入水解酸化池。水解酸化池出水流入中沉池，再進入MBR處理系統(tǒng)，去除污水中大部分主要污染物。MBR出水經(jīng)泵提升至芬頓流化床，去除MBR出水中難處理污染物，同時提高MBR出水的可生化性，再經(jīng)曝氣生物濾池處理達到排放標(biāo)準(zhǔn)后外排。

3 工程設(shè)計

主要構(gòu)筑物及設(shè)計參數(shù)為：

（1）調(diào)節(jié)池及事故池。本項目設(shè)調(diào)節(jié)池及事故池一座，兼有pH調(diào)節(jié)和水質(zhì)水量調(diào)節(jié)功能，總水力停留時間7.8h。

（2）混凝沉淀池。設(shè)置反應(yīng)沉淀池對廢水進行物化預(yù)處理，反應(yīng)池部分采用機械攪拌混合反應(yīng)，沉淀池采用輻流式反應(yīng)沉淀池。反應(yīng)池尺寸7.4×3.6m，有效水深6.9m，反應(yīng)時間30分鐘；沉淀池平面尺寸為直徑25m，表面負荷1.06m3/m2·h，水力停留時間4.2h。

（3）水解酸化池。二期新建水解酸化池一座，平面尺寸為：78m×20.25m×7.0m，有效容積為10310m3。水力停留時間為16.6h。池內(nèi)安裝8臺低速潛水推流器，池內(nèi)污泥濃度靠中沉池回流污泥維持，回流比75%～150%。

（4）中沉池。中間沉淀池主要用于水解酸化池的泥水分離和污泥回流，輻流式沉淀池，表面負荷1.09m3/m2·h；直徑：27m。

（5）MBR處理系統(tǒng)。整個生化系統(tǒng)的運行方式為：厭氧+缺氧+好氧+后缺氧，之后進入膜池。各段容積分別為1142m3、4650m3、17100m3、3200m3，水力停留時間分別為：1.0h、4.5h、16.4h、3h。

CODcr負荷：0.14kgCODcr/kgMLSS.d；

反硝化速率：0.02kgNO3-N/kgMLSS.d；

硝化速率：0.05kgNH3-N/kgMLSS.d；

膜通量14.5L/h。

（6）芬頓流化床系統(tǒng)。新建Fenton流化床處理單元為成套不銹鋼塔體設(shè)備，Φ3.6×12.9m，3座并聯(lián)運行，以去除生化反應(yīng)后難生物降解的CODcr。

（7）高效沉淀池。新建高效澄清池用于芬頓反應(yīng)后的泥水分離，沉淀池表面負荷：6.5m3/m2·h。

（8）曝氣生物濾池。用于進一步去除污水中剩余的氨氮及可生化的溶解性有機物。曝氣生物濾池濾速1.86m/h，氨氮負荷0.22kg/m3·d，BOD5負荷0.29kg/m3·d；濾料層空床停留時間：1.6h。

4 運行情況

經(jīng)芬頓流化床處理后，系統(tǒng)可生化性及CODcr的去除率可通過加藥量控制，按照經(jīng)濟性與環(huán)保性的要求，將出水CODcr控制在80mg/L左右，系統(tǒng)出水各指標(biāo)穩(wěn)定達標(biāo)情況良好。項目于2016年9月進入調(diào)試運行階段。經(jīng)過5個月左右的調(diào)試，各出水水質(zhì)指標(biāo)穩(wěn)定達標(biāo)，2017年3月10日開始通水運行。經(jīng)測算，實際運行中針對芬頓流化床工藝的直接運營成本(藥耗及電耗，以COD從160mg/l處理到＜80 mg/l為條件)為1.8元/m3，每去除100mg/l的COD的處理單位成本為2.25元。