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

　　摘要：2－羥基－3－萘甲酸生產廢水，在pH值為1.8、CODcr值為1710mg/L時，采用低劑量Fenton試劑－混凝－過濾－穩定塘處理工藝，當每噸廢水投加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－萘甲酸生產廠的綜合廢水處理。
　　關鍵詞：Fenton試劑；廢水處理；2－羥基－3－萘甲酸生產廢水
　　中圖分類號：X783
　　文獻標識碼：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合，是一種氧化性很強的氧化劑。其在工業廢水處理中的應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，很難大規模應用于工業廢水處理中。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、臭氧誘導氧化偶合（聚合）——混凝法去除水中有機污染物進行了試驗研究，取得了良好的效果^[3]。基于這些研究成果，結合實驗室小試結果，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）生產廢水，能使處理后排水達到國家排放標準（綜合一級）。

2 工程簡介與水質情況

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

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

　　根據物料平衡分析，2、3酸生產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^[4]。該廠由于生產規模較小、管理水平不高，其生產廢水的水量和水質變化較大。混合后廢水的主要水質指標見表1。

表1 　2、3酸生產廢水主要水質指標 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：水樣均取自廢水調節池

3 處理工藝

3.1 工藝流程
　　處理工藝流程如圖2所示。來自各生產車間的生產廢水進入廢水調節池，均勻水質后，由泵提升至氧化反應器，加入適量的硫酸亞鐵、過氧化氫進行氧化反應。反應結束后，污水自流進入絮凝反應器，同時加入一定量的氫氧化鈉調整廢水的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行絮凝反應后，進入斜管沉淀池，進行固液分離，上清液經過濾器過濾后排入生物穩定塘。污水在穩定塘內停留時間為25d。經上述工藝處理后，廢水達標排放。沉淀污泥經污泥干化場脫水后用作制磚。

3.2 處理機理
　　傳統的Fenton試劑作用機理認為：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）之間的鏈反應催化生產[OH]自由基，[OH]自由基具有極強的氧化能力，能氧化各種復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酸生產廢水中的有機化合物，其作用機理可認為基于如下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，有利于混凝劑的網捕；②廢水中的酚類有機物經氧化偶合后，生成幾種可能的二聚物產物，與廢水中的水溶性有機物形成膠體或懸浮物，即有機產物的溶解度降低，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 主要設備及構筑物
　　主要的設備及構筑物設計參數如下：
　　①調節池：防腐處理，地下敞口式，周邊進水，HRT=24h，進出水平均溫差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酸顆粒在調節池中產生的淺黃色結晶沉淀可使廢水的CODcr降低40％～50％。
　　②氧化反應器：防腐處理，推流式機械攪拌反應，HRT=45min，尺寸1500mm×1500mm×3000mm。
　　設計H₂O₂投加量為2L/廢水FeSO₄·7H₂O投加量為100g/t廢水。
　　③絮凝反應器：防腐處理，機械攪拌反應；HRT=15min，尺寸800mm×800mm×2200mm。
　　④斜管沉淀器：防腐處理，設計表面負荷1.5m³/(m²·h)，HRT=1.5h。
　　⑤過濾器：石英砂填料，設計濾速10m/h。
　　⑥穩定塘：利用廠區內廢棄水塘改造，HRT=25d，平均水深2.5m。
4.2 工程試運行
4.2.1 氧化反應器的運行
　　根據實驗室小試確定的硫酸亞鐵投加量及過氧化氫投加量進行了生產運行，氧化反應進水pH值為1.8（未作調節），處理效果達到設計要求。運行中也發現，在保持硫酸亞鐵的投加量不變，適當增加過氧化氫的投加量，COD去除率在5％～10％范圍內波動。最后確定以設計運行參數（如4.1所示）進行生產運行。
　　原設計采用重力投加藥劑，轉子流量計計量。在運行時發現，藥劑的投加量隨投藥箱內液面升降有所波動。造成出水水質不穩，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行混合反應，在設計的反應、沉淀時間內，沉淀器及過濾器出水仍呈淺黑色。取樣觀察，發現水中仍殘留許多細小黑色顆粒。檢查沉淀器設計及設備運行情況，未發現異常。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，出水中幾乎未發現上述細小顆粒。
4.2.3 氧化塘調試
　　在氧化塘中先注入一定量的生活污水，并放養一批鳳眼蓮，當鳳眼蓮存活后，逐步投加經上述氧化、混凝沉淀、過濾后的上清液。初期投加量為5m³/d，持續一周后，觀察鳳眼蓮的生產狀況，無異常后，進水量增至10m³/d。持續1周后，觀察水生植物的生長狀況，無異常，則按每周5m³的速率增加進水量，如此反復。至第6周，開始檢測出水水質，至第12周，廢水投加量達到滿負荷，出水水質基本達到設計要求。3個月后，水質達到設計要求（排放標準）。但11月至次年2月，出水水質稍差，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
　　廢水處理設施運行結果見表2。

5 主要技術經濟指標

　　設計的廢水處理工程主要技術經濟指標見表3。

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

表3 主要技術經濟指標 序號 指標 設計參數 備注 1 處理能力 50m³/d 含穩定塘占地 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酸生產廢水具有一次性投資低、運行管理方便、流程短；設備簡單等優點。
　　②在設計運行條件：每噸廢水H₂O₂投加量為2L，FeSO₄·7H₂O投加量為100g；氧化反應45min；混凝反應15min；沉淀1.5h。COD去除率為91.7％，再經簡易穩定塘處理后，出水能穩定達標。
　　③該處理工藝適用于中、小型2、3酸生產企業。
　　④建議在無條件建氧化塘或簡易的生化處理設施時，可適當增加[H₂O₂]的投加量，經強化的物化工藝處理后，亦可達到排放標準。

參考文獻：
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[3]劉勇弟，等．紫外－Fenton試劑的作用機理及在廢水處理中的應用[J]．環境化學，1994，13(4)：302～305．
[4]祝萬鵬，等，2－3酸生產廢水資源化技術研究[J]．給水排水，2000，26(12)：44～46．
[5]李家珍．染料、染色工業廢水處理[M]．北京：化學工業出版社，1997．

作者簡介：
張健（1964～），男，工程師，環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。聯系電話：（0514）7973623