張 健，王永廣，季俊杰，虞林堂，葛麗英
（揚州大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院環(huán)境工程系，江蘇 揚州 225009）

　　摘要：2－羥基－3－萘甲酸生產(chǎn)廢水，在pH值為1.8、CODcr值為1710mg/L時，采用低劑量Fenton試劑－混凝－過濾－穩(wěn)定塘處理工藝，當(dāng)每噸廢水投加H₂O₂、2L、FeSO₄·7H₂O100g時，可使處理后排水的CODcr＜100mg/L。該處理工藝適合中、小型2－羥基－3－萘甲酸生產(chǎn)廠的綜合廢水處理。
　　關(guān)鍵詞：Fenton試劑；廢水處理；2－羥基－3－萘甲酸生產(chǎn)廢水
　　中圖分類號：X783
　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B
　　文章編號：1009-2455(2001)04-0037-03

1 引言

　　Fenton試劑，即過氧化氫與亞鐵離子的復(fù)合，是一種氧化性很強的氧化劑。其在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用研究越來越受到重視^[1，2]。但由于Fenton試劑的徹底氧化法（exhaustive oxidation）處理成本高，很難大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)廢水處理中。近年來，有人對改良的Fenton試劑法作了許多研究，如劉勇弟等人對Fenton試劑、臭氧誘導(dǎo)氧化偶合（聚合）——混凝法去除水中有機污染物進(jìn)行了試驗研究，取得了良好的效果^[3]。基于這些研究成果，結(jié)合實驗室小試結(jié)果，采用低劑量Fenton試劑——混凝法為主的工藝處理2－羥基－3－萘甲酸（以下簡稱2、3酸）生產(chǎn)廢水，能使處理后排水達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)（綜合一級）。

2 工程簡介與水質(zhì)情況

2.1 工程簡介
　　揚州市某染料化工廠采用傳統(tǒng)的固相法，以2－萘酚和CO₂為原料，年生產(chǎn)2、3酸成品1000t。全廠每天產(chǎn)生綜合廢水約400m³。此種廢水有機物含量高、酸度大，直接排放會嚴(yán)重污染環(huán)境。

2.2 污水來源及水質(zhì)
　　2、3酸是染料、有機顏料及醫(yī)藥生產(chǎn)的重要中間體。
　　廢水主要來源于按基化階段生產(chǎn)污水、中和階段的壓濾水和酸化階段的漂洗水以及地面沖洗水。其生產(chǎn)工藝見圖1。

　　根據(jù)物料平衡分析，2、3酸生產(chǎn)廢水中的主要污染物為萘酚、2、3酸及其不同取代位置的衍生物等物質(zhì)^[4]。該廠由于生產(chǎn)規(guī)模較小、管理水平不高，其生產(chǎn)廢水的水量和水質(zhì)變化較大。混合后廢水的主要水質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1 　2、3酸生產(chǎn)廢水主要水質(zhì)指標(biāo) 項目 CODcr/(mg·L^-1) BOD₅/(mg·L^-1) SS/(mg·L^-1) pH 范圍 1520～2050 200～260 200～250 1.3～2.6 平均值 1710 240 220 1.86 注：水樣均取自廢水調(diào)節(jié)池

3 處理工藝

3.1 工藝流程
　　處理工藝流程如圖2所示。來自各生產(chǎn)車間的生產(chǎn)廢水進(jìn)入廢水調(diào)節(jié)池，均勻水質(zhì)后，由泵提升至氧化反應(yīng)器，加入適量的硫酸亞鐵、過氧化氫進(jìn)行氧化反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后，污水自流進(jìn)入絮凝反應(yīng)器，同時加入一定量的氫氧化鈉調(diào)整廢水的pH值，再加入適量的絮凝劑聚合氯化鋁和助凝劑聚丙烯酸胺進(jìn)行絮凝反應(yīng)后，進(jìn)入斜管沉淀池，進(jìn)行固液分離，上清液經(jīng)過濾器過濾后排入生物穩(wěn)定塘。污水在穩(wěn)定塘內(nèi)停留時間為25d。經(jīng)上述工藝處理后，廢水達(dá)標(biāo)排放。沉淀污泥經(jīng)污泥干化場脫水后用作制磚。

3.2 處理機理
　　傳統(tǒng)的Fenton試劑作用機理認(rèn)為：在污水中加入Fe²⁺、H₂O₂，在酸性條件下，二價鐵離子（Fe²⁺）和過氧化氫（H₂O₂）之間的鏈反應(yīng)催化生產(chǎn)[OH]自由基，[OH]自由基具有極強的氧化能力，能氧化各種復(fù)雜的簡單的有機化合物^[3]。近期，實驗室的小試研究表明：低劑量的Fenton試劑，配合混凝沉淀，可以有效地去除2、3酸生產(chǎn)廢水中的有機化合物，其作用機理可認(rèn)為基于如下2點：①廢水中的奈酚、2、3酸及其不同取代位置的衍生物等有機物經(jīng)氧化后，通過C－C或C－O鍵偶合，有機物分子量增大，有利于混凝劑的網(wǎng)捕；②廢水中的酚類有機物經(jīng)氧化偶合后，生成幾種可能的二聚物產(chǎn)物，與廢水中的水溶性有機物形成膠體或懸浮物，即有機產(chǎn)物的溶解度降低，也有利于利用混凝沉淀去除以。

4 工程試運行及處理效果

4.1 主要設(shè)備及構(gòu)筑物
　　主要的設(shè)備及構(gòu)筑物設(shè)計參數(shù)如下：
　　①調(diào)節(jié)池：防腐處理，地下敞口式，周邊進(jìn)水，HRT=24h，進(jìn)出水平均溫差20℃。由于流速的減慢和溫度的降低，漏入廢水中的2－奈酚及2、3酸顆粒在調(diào)節(jié)池中產(chǎn)生的淺黃色結(jié)晶沉淀可使廢水的CODcr降低40％～50％。
　　②氧化反應(yīng)器：防腐處理，推流式機械攪拌反應(yīng)，HRT=45min，尺寸1500mm×1500mm×3000mm。
　　設(shè)計H₂O₂投加量為2L/廢水FeSO₄·7H₂O投加量為100g/t廢水。
　　③絮凝反應(yīng)器：防腐處理，機械攪拌反應(yīng)；HRT=15min，尺寸800mm×800mm×2200mm。
　　④斜管沉淀器：防腐處理，設(shè)計表面負(fù)荷1.5m³/(m²·h)，HRT=1.5h。
　　⑤過濾器：石英砂填料，設(shè)計濾速10m/h。
　　⑥穩(wěn)定塘：利用廠區(qū)內(nèi)廢棄水塘改造，HRT=25d，平均水深2.5m。
4.2 工程試運行
4.2.1 氧化反應(yīng)器的運行
　　根據(jù)實驗室小試確定的硫酸亞鐵投加量及過氧化氫投加量進(jìn)行了生產(chǎn)運行，氧化反應(yīng)進(jìn)水pH值為1.8（未作調(diào)節(jié)），處理效果達(dá)到設(shè)計要求。運行中也發(fā)現(xiàn)，在保持硫酸亞鐵的投加量不變，適當(dāng)增加過氧化氫的投加量，COD去除率在5％～10％范圍內(nèi)波動。最后確定以設(shè)計運行參數(shù)（如4.1所示）進(jìn)行生產(chǎn)運行。
　　原設(shè)計采用重力投加藥劑，轉(zhuǎn)子流量計計量。在運行時發(fā)現(xiàn)，藥劑的投加量隨投藥箱內(nèi)液面升降有所波動。造成出水水質(zhì)不穩(wěn)，后增加恒位藥箱，上述問題得以解決。
4.2.2 混凝沉淀器試運行
　　采用實驗室小試確定的絮凝劑聚合氯化鋁進(jìn)行混合反應(yīng)，在設(shè)計的反應(yīng)、沉淀時間內(nèi)，沉淀器及過濾器出水仍呈淺黑色。取樣觀察，發(fā)現(xiàn)水中仍殘留許多細(xì)小黑色顆粒。檢查沉淀器設(shè)計及設(shè)備運行情況，未發(fā)現(xiàn)異常。分析黑色顆粒，為酚類及其衍生物在氧化偶合后的共聚物。一部分被絮體吸附共沉，其余仍懸浮于水體中。后改混凝劑為自制的拌混有粘土的聚合氯化鋁混合物，出水中幾乎未發(fā)現(xiàn)上述細(xì)小顆粒。
4.2.3 氧化塘調(diào)試
　　在氧化塘中先注入一定量的生活污水，并放養(yǎng)一批鳳眼蓮，當(dāng)鳳眼蓮存活后，逐步投加經(jīng)上述氧化、混凝沉淀、過濾后的上清液。初期投加量為5m³/d，持續(xù)一周后，觀察鳳眼蓮的生產(chǎn)狀況，無異常后，進(jìn)水量增至10m³/d。持續(xù)1周后，觀察水生植物的生長狀況，無異常，則按每周5m³的速率增加進(jìn)水量，如此反復(fù)。至第6周，開始檢測出水水質(zhì)，至第12周，廢水投加量達(dá)到滿負(fù)荷，出水水質(zhì)基本達(dá)到設(shè)計要求。3個月后，水質(zhì)達(dá)到設(shè)計要求（排放標(biāo)準(zhǔn)）。但11月至次年2月，出水水質(zhì)稍差，估計可能是因氣溫較低及水生植物的枯萎所致。
4.3 工程處理效果
　　廢水處理設(shè)施運行結(jié)果見表2。

5 主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)

　　設(shè)計的廢水處理工程主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)見表3。

表2 廢水處理后水質(zhì) 項目 CODcr/(mg·L^-1) BOD₅/(mg·L^-1) SS/(mg·L^-1) pH 進(jìn)水 1710 240 220 1.8 沉淀過濾出水 142 33 24 7.65 穩(wěn)定塘出水 87 16 37 7.22 排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 8979-96) ≤100 ≤30 ≤70 6～9

表3 主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo) 序號 指標(biāo) 設(shè)計參數(shù) 備注 1 處理能力 50m³/d 含穩(wěn)定塘占地 2 占地面積 650m² 3 總裝機容量 3.0kW 4 COD去除率 94.9％ 5 工程總投資 12萬元 6 運行費用 2.28元 （去除每公斤CODcr）

6 結(jié)論與建議

　　①與其它處理工藝相比，低劑量Fenton試劑－混凝法處理2、3酸生產(chǎn)廢水具有一次性投資低、運行管理方便、流程短；設(shè)備簡單等優(yōu)點。
　　②在設(shè)計運行條件：每噸廢水H₂O₂投加量為2L，F(xiàn)eSO₄·7H₂O投加量為100g；氧化反應(yīng)45min；混凝反應(yīng)15min；沉淀1.5h。COD去除率為91.7％，再經(jīng)簡易穩(wěn)定塘處理后，出水能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。
　　③該處理工藝適用于中、小型2、3酸生產(chǎn)企業(yè)。
　　④建議在無條件建氧化塘或簡易的生化處理設(shè)施時，可適當(dāng)增加[H₂O₂]的投加量，經(jīng)強化的物化工藝處理后，亦可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

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作者簡介：
張健（1964～），男，工程師，環(huán)工系綜合實驗室副主任，一直從事水污染控制工程的試驗和研究。聯(lián)系電話：（0514）7973623