高級氧化+SBR工藝處理聚乙二醇廢水試驗研究

第6卷第4期供水技術(shù)2012年8月WATER TECHNOLOGYug. 2Aug. 201高級氧化+SBR工藝處理聚乙二醇廢水試驗研究李紅啟,杜春山,厲彥松,王立軍,孫楊(中國市政工程東北設計研究總院,吉林長(cháng)春130021)摘要:研究了高級氧化+SBR組合工藝處理高濃度聚乙二醇(PEG)廢水的效果及其影響因素。結果表明,采用芬頓試劑作為高級氧化劑,當FeSO4·7H2O投加量為800mg/L,H2O2投加量為30m/L,反應時(shí)間為3.5h時(shí),COD去除率可達到50.5%;生化處理階段所需采用兩級SBR工藝,污泥濃度均為4000mg/L,一、二級厭氧及好氧反應時(shí)間分別為12和10h;芬頓試劑氧化和厭氧處理對提高PEG廢水的可生化性有明顯效果;該組合工芑的岀水水質(zhì)可以達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)中的二級排放標準。關(guān)鍵詞:聚乙二醇廢水;高級氧化;SBR工藝;芬頓試劑中圖分類(lèi)號:X703文獻標志碼:A文章編號:1673-9353(2012)04-0029-05doi:10.3969/j.isn.l673-9353.2012.04.008Treatment of polyethylene glycol wastewater byadvanced oxidation and SBr processLi HongDu Chunshan, Li Yansong, Wang Lijun, Sun YangChina Northeast Municipal Engineering Design and Research Institute, Changchun 1300221, China)Abstractreatment efficiency and influencing factors on wastewater with high concentration ofpolyethylene glycol PEG by advanced oxidation and SBR combined process were discussedresults showed that the removal rate of COD could reach 50. 5% when Fenton reagent was as advanceoxidant, the dosage of FesO4.7H,0 was 800 mg/L, H,O2 was 30 mL/Land the reaction time was 3. 5h. SBR process needed two stages for biochemical treatment, when the MISS was 4 000 mg/L, theanaerobic and aerobic reaction time of two slages were 12 h and 10 h respectively. Fenton reagentoxidation and anaerobic biological reaction could significantly improve the biodegradability on PEGwastewater.The effluent quality of the combined process could meet the second class criteria specified inthe Integrated Wastewater Discharge Standard(GB 8978-1996)Key words: PEG wastewater; advanced oxidation; SBR process; Fenton reagent聚乙二醇( polyethylene glycol,簡(jiǎn)稱(chēng)PEG)屬于而高濃度PEG對微生物有較大的毒害性,生化處理聚醚類(lèi)高分子化合物,水溶性極強,不易熱解和水前需采用高級氧化等方法進(jìn)行預處理。高級氧化是解。膜過(guò)濾、活性炭吸附、O3氧化和H2O2氧化等常處理高濃度有機廢水的一種有效方法,芬頓試劑是規廢水處理方法對PEG的去除率較低,若PEG在氧化能力較強且效率較高的高級氧化劑,是過(guò)氧化環(huán)境中長(cháng)期積累,會(huì )對人類(lèi)健康和自然生態(tài)環(huán)境產(chǎn)氫與催化劑Fe2構成的氧化體系,能夠分解產(chǎn)生羥生危害1?；子苫H。羥基自由基具有很強的氧化性能,厭氧處理對于降解大分子PEG尤為重要23?？蓪⒏叻肿佑袡C污染物分解及礦化為二氧化碳、水低濃度PFG條件下,可采用厭氧及好氧生化處理和無(wú)機鹽類(lèi),同時(shí)Fe2+被氧化成Fe3產(chǎn)生絮凝沉淀29第6卷第4期供水技術(shù)2012年8月作用,有利于去除有機污染物,特別適用于某些難處H2O2投加量條件下COD;去除率的變化情況,得到理或對生物有性的工業(yè)廢水處理+5。SBR生化最佳H2O,投加量,此階段的反應時(shí)間為3h。處理工藝可實(shí)現厭氧和好氧處于交替狀態(tài),具有效當H2O2投加量為20mL時(shí),不同feSO率高、出水水質(zhì)好、耐沖擊負荷及脫氮能力強等優(yōu)7H2O投加量下出水COD的變化如圖1所示?？牲c(diǎn)。筆者以芬頓試劑作為高級氧化劑,考察了高級以看出,COD,去除率隨著(zhù) Feso4·7H2O投加量的氧化+SBR組合工藝處理高濃度PFG有機廢水的增大而增加,當FeSO4·7H2O投加量增至600mg/L效果及其影響因素。時(shí),CODc去除率達到最大值45.3%;此后再增加1試驗材料與方法FeSO4·7H2O投加量,COD去除率基本保持不變。1.1試驗內容分析其原因,FeSO4·7H2O在芬頓試劑體系中起催試驗包括燒杯試驗和小型連續試驗兩部分。燒化劑的作用,Fe2和H2O2的比例在合適的范圍內杯試驗的目的是確定高級氧化劑中Fe2和H2O2的才能充分發(fā)揮芬頓試劑的氧化作用,不同廢水適宜投加量、Fe+和H2O2的投加比例、反應時(shí)間、厭氧的Fe”和H2O2的比例不同,該試驗中不改變H2O和好氧生化處理時(shí)間等參數。小型連續試驗是根據投加量而僅增加催化劑投加量,會(huì )導致者比例失燒杯試驗結果,考察了高級氧化+SBR組合工藝對調而無(wú)法獲得更好的處理效果。因此,在H2O2投高濃度PEG廢水的處理效果。加量為20mL/L的情況下,FeSO4·7H2O投加量宜1.2試驗用水選擇在600~800mg/L試驗用水為某大型多晶硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)企業(yè)4000出H水COD803500硅片切割工藝中產(chǎn)生的高濃度PEG廢水,其水質(zhì)特去除率3000點(diǎn)是CODc含量較高,磷源缺乏,在生化處理階段需2500要適當添加磷源,以保證微生物的活性,其水質(zhì)指標2000500見(jiàn)表1。長(cháng)100020表1用水水質(zhì)500100Tab. 1 Water quality20040060080010001200FeSO4·7H4O投加量/mgL)CODC / BODs/ SS/ TV/NH3-N項水溫(r圖1不同FeSO4·7H20投加量下出水6ODc的變化L-)L-2)L1)ig. 1 Variations of CODcr in the effluent with diffe數值4230837431123.94694.0520dosage of Feso4·7H2O2結果與討論當FeSO4·7H2O投加量為800mg/L時(shí),不同2.1燒杯試驗H2O2投加量下出水CODc的變化如圖2所示?？筛鶕翌D試劑反應機理,·OH是氧化有機物以看出,隨者H2O2投加量的增加,COD去除率呈的有效因子,[Fe]、[H2O2]和!OH]決定了現先升高后下降的趨勢。當H2O2投加量為30OH的產(chǎn)量,因而影響氧化反應的主要因素有催化m/時(shí),COD去除率達到最大值49.4%;當H2O2劑及H2O2投加量、pH溫度和反應時(shí)間。投加量小于30mL/L時(shí),CODe去除率與H2O2投加2.1.1氧化劑投加量量之間的關(guān)系基本呈正相關(guān);當H2O2投加量大于I2O2和FeSO4·7I2O投加量與反應條件密切30m/L時(shí),催化劑嚴重不足,鐵離子的循環(huán)無(wú)法及相關(guān),而且會(huì )影響處理成本,若二者投加比例不同,時(shí)完成,會(huì )影響整個(gè)芬頓試劑系統的反應進(jìn)程,并導反應時(shí)間和pH等參數都會(huì )隨之改變,故存在達到致芬頓試劑的氧化能力下降最佳氧化效果時(shí)的投加比例。當H2O2相對于FeSO4·7H2O嚴重過(guò)量時(shí),產(chǎn)按同類(lèi)廢水處理經(jīng)驗值先選定H2O2投加量,生的·OH在短時(shí)間內無(wú)法和水中的有機物反應考察不同FeSO4·7H2O投加量條件下COD去除卻能和H2O2反應,生成HO2和H2O,故H2O2投加率的變化情況,以確定最佳FeSO4·H2O投加量;量過(guò)高會(huì )使最初產(chǎn)生的·OH減少,從而降低了芬在最佳FeSO4·7H2O投加量條件下,考察不同頓試劑的利用效率。綜合考慮,確定最佳FeSO42012年8月李紅啟,等:高級氧仳十SBR工芑處理聚乙二醇廢水試驗研究第6卷第4期H2O的投加量為800mg/L,最佳H2O2的投加量為試劑作為氧化劑時(shí)反應速度快,可在1.0h內完成30mL/L。氧化反應,但在該試驗中處理高濃度PEG廢水所需3500要的反應時(shí)間較長(cháng)3000E250402000槲40長(cháng)1500}→出水COD去除率1050010HAO2投加量/(mg·L)圖2不同H2O2投加量下出水CODe的變化Fig. 2 Variations of COD in the effluent with圖4反應時(shí)間對c0D去除率效果的影響different dosage of H2O2Fig 4 Influence of reaction time on removal2.1.2pHrate of CODFe2在溶液中的存在形式受pH影響,故芬頓2.1.4高級氧化預處理效能試劑一般只在酸性條件下發(fā)生作用,而在中性和堿根據燒杯試驗確定的最佳反應條作如下:FeSO性環(huán)境中Fe2不能催化H2O2產(chǎn)生·OH許多研7H2O投加量為800mg/L,H2O2投加量為30究表明,當pH值在2~4時(shí),芬頓試劑具有較好的mL,pH值為40,反應時(shí)間為3.5ha采用芬頓試處理效果。試驗采用的廢水pH值為4.0左右,pH劑處理高濃度PEG廢水,其處理效能如表2所示。值對COD去除效果的影響如圖3所示?？梢钥闯?高級氧化處理后,出水COD,和BOD含量明顯下降,其中COD可由4230mg/L降至19402 217 mg/L胬50表2高級氧化處理效能Tab. 2 Treatment efficiency of advanced oxidation項目原水高級氧化后ODc, / mg.L)42301940~2217BOD/(mg·L582~7652.5pHTN/(mg·L123.94110~12TP/(未檢測未檢測圖3p對coDc去除效果的影響NH3-N/(mg·L-)69.5645~72Fig. 3 Influence of ph on removal efficiency of COD2.1.5厭氧和好氧?；磻獣r(shí)間可以看出,PH值為2~4時(shí),COD去除率變化在污泥濃度為4000mg/L的條件下,對高級氧不大。當pH值為25時(shí),CO去除率達到最高值化處理出水分別進(jìn)行了厭氧和好氧生化反應時(shí)間的49.2%,而pH值為4時(shí)的CODG去除率仍可達到試驗研究。經(jīng)高級氧化后,不同生化反應時(shí)間時(shí)厭45.3%。為節省處理成本原水可不進(jìn)行pH值調氧及好氧處理效果分別見(jiàn)表3和表4。節,以減少后續生化處理階段需要提高pH值的調表3厭氧處理試驗結果節劑用量Tab 3 Test result of anaerobic treatment2.1.3反應時(shí)間生化反應時(shí)間hCODBODs/B/C當FeSO4·7H2O投加量為800mg/L,H2O2投mng·L0.28加量為30mL/L,初始pH值為4.0,水溫為20℃1687547時(shí),反應時(shí)間對COD去除效果的影響見(jiàn)圖4?？梢?5426720.44124520.51看出,反應時(shí)間為3.5h,相應的高級氧化階段327658COD去除率可達到50.5%。許多研究表明,芬頓161175612第6卷第4期供水技術(shù)2012年8月厭氧處理的主要目的就是進(jìn)一步提高污水的可看出,高級氧化+SBR組合工藝對高濃度PEG廢水生化性。由表3可以看出,當停留時(shí)間為12h時(shí),污具有理想的處理效果,其出水水質(zhì)可以達到《污水水經(jīng)厭氧處理后BC值達到0.51,可生化性較高,綜合排放標準》(GB8978—1996)的二級排放標準,進(jìn)一步增加停留時(shí)間時(shí),B/C無(wú)明顯變化。主要污染物COD、BOD5、NH3-N和TN的去除率表4好氧處理試驗結果分別為96.4%,96.3%,91.3%和82.1%。Tab 4 Test result of aerobic treatment表5高級氧化+SBR組合工藝處理效能生化反應時(shí)間/hCODBOD/B/CTab. 5 Treatment efficiency of advanced oxidationmg·Land SBr combined process6470.51610794020.3CODe BODs/[NH3-N TN/88562870.34項目Ing(mg.107741610.21L-)L)L-)L)121520.20原水401275848107741470.20高級氧化2014814437由表4可以看出,當停留時(shí)間為10h時(shí),污水厭氧|15442級SBR經(jīng)好氧處理后,BOD含量已接近最低值,此時(shí)B/C好氧85617542僅為0.21,說(shuō)明污水中的可生物降解有機物已基本二級SB氧55719.2好氧|14519.2得到充分降解,再延長(cháng)停留時(shí)間意義不大,故可確定3結論好氧階段的停留時(shí)間為10ho由試驗結果可知,經(jīng)過(guò)一級厭氧/好氧生化處理①以芬頓試劑作為高級氧化劑,當FeSO47H2O投加量為800mg/L,H2O2投加量為30mL/L,后,出水COD含量仍然很高,故后續需再進(jìn)行一級反應時(shí)間為3.5h時(shí),氧化階段對高濃度PFG廢水厭氧/好氧生化處理的CODc去除率可達到50.5%,且無(wú)需調節原水pH2.2小型連續試驗根據燒杯試驗確定的高級氧化及生化處理參值,可降低處理成本。②高級氧化處理出水COD,含量仍然較高,數,進(jìn)行高級氧化+SR工藝的小型連續試驗2.2.1工藝流程及運行參數故需采用兩級SBR生化處理工藝,污泥濃度均為試驗處理規模為10m3/h,處理丁藝流程如圖54000mg/L,一、二級厭氧和好氧反應時(shí)間分別為所示。原水經(jīng)高級氧化預處理后進(jìn)入中間調節池2和10h,處理過(guò)程中需補充磷源,以保證污泥的向中間調節池內投加NaOH,調節pH值至7左右活性。共設兩級四組SBR池,一級SBR污泥負荷為0.2③芬頓試劑氧化和厭氧處理可明顯提高高濃kgCod/( gmdss·d),二級SBR污泥負荷為0.08度PEG廢水的可生化性,高級氧化+SBR組合工藝的出水水質(zhì)可以達到《污水綜合排放標準》(GBkgCod/( kgMLsSs·d)。在SBR階段投加KHy0.8978-1996)的二級排放標準,主要污染物CODn作為磷源,投加量為20mg/LBOD3NH3N和TN的去除率分別為96.4%,96Fe*+ H,O, HClNaOh3%,91.3%和82.1%。原水箱混合池}反應池中間調節池參考文獻出水1 Zhao X, Urano K, Ogasawara S. Adsorption ofSR池}斜板沉淀池polyethylene glycol frosolutionmontmorillonite clays [J]. Colloid Polym Sci, 1989, 267圖5工藝流程(10):899-906Fig 5 Flow chart of process2 Watson G K, Jones N. The biodegradation of polyethylene2.2.2處理效能glycols by sewage bacterial. J]. Water Res, 1977, 11小型連續試驗裝置經(jīng)過(guò)調試運行穩定后,高級(1):95-100氧化及兩級SBR生化處理效果如表5所示?？梢訹3. Schink B, Stieb m. Fermentative degradation of322012年8月李紅啟,等:高級氧化+SBR工藝處理聚乙二醇廢水試驗研究第6卷笫4期polyethylene glycol by a strictly anaerobic, gramnegative版社,2000nonsporeforming bacterium, Pelobacter venetians sp[5]史紅香,胡曉敏. Fenton試劑氧化處理印染廢水的試nov [J]. Appl Environ Microbiol, 1983, 45(6): 190.5驗研究[J」.遼寧化工,2006,35(4):202-204,2101913「4]錢(qián)易,湯鴻霄,文湘華.水體顆粒物和難降解有機物E-mail:ashan1982@163.com的特性與控制技術(shù)原理[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出收稿日期:2012-05-18《供水技術(shù)》(雙月刊)征稿啟事《供水技術(shù)》雜志創(chuàng )刊于2007年,由天津市自來(lái)水集團有限公司主辦、主管,其國內統一連續出版物號為CN12-1393/TU《供水技術(shù)》針對國內外供水行業(yè)存在的熱點(diǎn)、焦點(diǎn)問(wèn)題、技術(shù)前沿問(wèn)題,致力于傳播和交流先進(jìn)技術(shù)與成熟的經(jīng)驗,提高專(zhuān)業(yè)人員技術(shù)素質(zhì)。供水技術(shù)》著(zhù)眼于供水企業(yè)的運行、生產(chǎn)、營(yíng)銷(xiāo)、服務(wù)、施工等方面的技術(shù)工作,進(jìn)行廣泛的交流與研討,內容涉及水廠(chǎng)設計、老水廠(chǎng)改造、水廠(chǎng)自動(dòng)化、水廠(chǎng)廢水處理、污泥處理與綜合利用、水質(zhì)檢測、區城計量管網(wǎng)改造、管網(wǎng)模型管理維護、管網(wǎng)運行新技術(shù)、營(yíng)銷(xiāo)新技術(shù)、新型水表應用、電子收費系統、工程施工新技術(shù)、二次供水新技術(shù)、再生水回用、海水綜合利用、城市污水除磷脫氮及深度處理等等;對供水企業(yè)現實(shí)生產(chǎn)中遇到重點(diǎn)與難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行研討,力求為供水仝業(yè)開(kāi)辟一塊新的交流陣地?！豆┧夹g(shù)》欄目設置分為:研究論述、技術(shù)總結、設計經(jīng)驗、工程實(shí)例、運行管理、分析監測、節水與回用、施工與監理、信息動(dòng)態(tài)等。歡迎廣大讀者、作者朋友踴躍向我國供水行業(yè)“業(yè)內”雜志——《供水技術(shù)》投稿,相信我們會(huì )為大家提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù),搭建更廣泛的技術(shù)交流與研討平臺電話(huà):022-2339215723310823傳真:022-23392157網(wǎng)址:www.chinawatertech.netE-mail:gsjs126@126.com33