Fenton—流化床处理环氧聚酯废水的应用
方绪亮+曲江北
摘要：介绍环氧聚酯废水的特点、以及相应的处理工艺，在综合国内外处理工艺技术的基础上，以某污水厂的环氧聚酯废水为例，提出以Fenton-流化床作为主体工艺，并以COD为主要测定指标，设计并实施现场中试实验，通过分析比较不同加药量下的污水处理效果，探讨Fenton-流化床技术处理环氧聚酯废水的优势。
关键词：环氧聚酯废水；Fenton流化床；加药量
中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）04-0153-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.073
Abstract： This paper introduces the characteristics of epoxy polyester wastewater and the corresponding treatment technology. Based on the domestic and international processing technology， the epoxy polyester wastewater from a sewage plant is taken as an example， and the Fenton-fluidized bed is the main body And the effect of Fenton-fluidized bed technology on the treatment of epoxy polyester wastewater was analyzed by comparing and analyzing the effect of sewage treatment under different dosage. The effect of Fenton-fluidized bed technology on the treatment of epoxy polyester wastewater was studied.
Key words： epoxy polyester wastewater； Fenton fluidized bed； dosage
1 環氧聚酯废水的现状
环氧聚酯废水是一种综合废水，其中包含了环氧树脂废水和聚酯树脂废水，其特点为：有机物浓度高、COD 值较大、高盐高碱度、难生物降解、废水水质水量不稳定[1]。综合国内外的环氧聚酯废水处理技术来看，传统的生化法处理效率低，很难真正达到国家排放标准[2]。
在化学处理方法中，高级氧化技术已经被运用于处理各种有毒有害有机废水。而在各种高级氧化技术中，Fenton试剂法作为一种有效的化学方法已经被应用于废水的处理和预处理中。Fenton试剂处理有机废水反应过程中，H2O2同Fe2+反应能够生成氧化能力很强的羟基自由基（·OH），·OH具有超强氧化性能，能与大多数难降解物质发生反应，使其转化为易生物降解物质甚至直接矿化为CO2、H2O等无机物质，其中Fe2+主要是作为同质催化剂，而H2O2则起氧化作用。在众多高级氧化技术中，Fenton法由于反应时间较短，因此，经常被应用于处理或预处理高浓度废水中。但同时注意到，Fenton 氧化技术在应用中也存在一定的局限性：①H2O2利用率相对较低，从而导致其处理成本高。②反应过程中需要添加大量的酸来调节废水的PH 值（最佳pH值一般在3左右），而且排放时还需要做适当的中和处理。③对于Fe2+的用量需要控制。一般而言，Fe2+量如果较高，催化能力比较强，但量过高的Fe2+又会导致出水颜色深变；此外，Fe2+容易流失，会对环境造成二次污染。
因此，一些改进了的Fenton 氧化方法应运而生，包括传统Fenton法、电解氧化-Fenton法、电解还原-Fenton法、流化床-Fenton法。其中以芬顿流化床工艺应用最为广泛，其作为一种改进了的Fenton 氧化方法，利用流化床的方式使Fenton法所产生的大部分三价铁得以结晶或沉淀形式覆着在催化剂表面上，工艺结合了异相化学氧化、同向化学氧化、硫化床结晶及FeOOH的还原溶解等功能[3]。理论上可以有效地避免上述缺陷，达到废水的稳定高效处理。
因此，本文将以某污水厂的环氧聚酯废水为对象，开展废水处理现场实验，调整Fenton-流化床工艺中的药剂投加量，并将Fenton-流化床工艺与污水厂的原有工艺相结合，实现环氧聚酯废水的达标排放。
2 污水厂废水现状
污水厂的环氧聚酯废水来自于某工业园区的集体废水，水量3000m3/d；进水水质：COD 为2000～3000mg/l，B/C 为0.3～0.4，最终出水 COD 800～1000mg/l，不能满足排放要求。
3 试验设备及方法
3.1 试验流程及设备
（1）处理试验流程
（2）试验设备
3.2 试验方案
（1）试验条件
加药量根据不同的质量比，假定：COD：H2O2：FeSO4 = 1 ： 2 ： 2 （质量比），则1m3 水样（取COD =2400mg/l）中：
COD总量为1.0m3*2.4kg/m3 = 2.4 kg
H2O2量为2.4 kg *2 = 4.8 kg = 16 L H2O2
FeSO4（固）量为2.4 kg *2 =4.8 kg= 9.6kg FeSO4（固）
（2）试验操作
① 采用提升泵提升试验用废水200L，至原水槽；
② 采用40%工业级硫酸调节上述废水pH至3～4；
③ 按上述试验条件，添加工业级FeSO4·7H2O固体，搅拌，溶解；
④ 向Fenton流化床反应塔内添加载体1kg左右，启动循环泵，调节流量200L/h。
⑤ 启动原水泵，调节进水流量700mL/min，开始连续进水；
⑥ 启动加药泵，按上述试验条件，往Fenton流化床反应塔内添加30%H2O2药剂；
⑦ Fenton流化床处理后出水自流至出水槽；
⑧ 试验开始2～3小时后，收集处理水水样。然后，采用批式试验方法，边搅拌边加30%NaOH，调节pH至7左右，搅拌10min。然后静置沉淀2h，取上清液出水，分析COD。
3.3 实验结果与分析
3.3.1 污水厂原进水
前端进水为污水厂的格栅集水井取的水样，由检测的数据可知，废水的水质变化很大，进水COD浓度在2000～3300mg/L之间变化。试验共进行了4种加药条件的探讨，药剂投加量（质量比）分别为：
A、COD原水：H2O2：FeSO4 = 1 ：2 ： 2
B、COD原水：H2O2：FeSO4 = 1 ： 1.0 ： 1.0
C、COD原水：H2O2：FeSO4 = 1 ： 0.5 ： 0.5
D、COD原水：H2O2：FeSO4 = 1 ： 0.25 ： 0.25
由实验数据分析，COD的去除率如下图2所示：
按COD原水：H2O2：FeSO4 = 1 ：2 ： 2的比例投加药剂时，即处理每吨水添加H2O2/FeSO4=16/9.8 kg，COD去除率平均达75.86%，出水平均COD约557mg/L。但是，该条件下H2O2（30%）和FeSO4的加药量偏大。随着COD原水：H2O2：FeSO4加药比例的减少，出水COD逐步上升，COD去除率也同时下降。在COD原水：H2O2：FeSO4 = 1 ： 0.25 ： 0.25的条件下，即处理每t水添加H2O2/FeSO4=2/1.3 kg，COD去除率平均达47.13%，出水平均COD 1360mg/L。假定：一半的原水采用Fenton-流化床处理；另一半原水进入污水厂的前段预处理，去除率约20%，上述两股废水混合后，达平均COD 1750mg/L。然后，进入污水厂现有的生化、混凝处理系统，根据污水厂运行结果可知，生化处理的去除率约为70%，混凝沉降的去除率约为20%，最终出COD420mg/L，能够满足污水排放的标准。按上述方案实行工艺的结合能够减少Fenton流化床工艺中的加药量，降低了污泥产量，同时也减少了原有工艺的进水量，提高了处理效率，降低了运行成本，最终能够达到达标排放。
3.3.2 生化出水
试验采集的生化出水，是从污水厂的生化处理沉淀池取的水样。水质如下：出水pH在7左右，进水COD浓度624～1638mg/L。试验共进行了3种加药条件的探讨，药剂投加量（质量比）分别为：
A、COD生化出水：H2O2：FeSO4 = 1 ：0.5 ： 0.5
B、COD生化出水：H2O2：FeSO4 = 1 ：0.25 ： 0.25
C、COD生化出水：H2O2：FeSO4 = 1 ：0.15 ： 0.25
由实验数据分析，COD的去除率如图3-3所示：
在药剂添加比例为COD生化出水：H2O2：FeSO4 = 1：0.5：0.5時，即处理每t水添加H2O2/FeSO4=2/0.65kg，末端废水进水COD 1472.2mg/L，处理后出水COD 404.2mg/L，去除率72.4%，能满足污水排放要求。
而在COD生化出水：H2O2：FeSO4 = 1：0.25：0.25时，即处理每t水添加H2O2/FeSO4=1/0.32 kg，末端废水COD1136.5mg/L，处理后出水COD 403.7mg/L，去除率44.3%，也能满足污水排放要求。
在COD生化出水：H2O2：FeSO4= 1：0.15：0.25时，即处理每t水添加H2O2/FeSO4=0.6/0.32 kg，末端废水COD 852.1mg/L，处理后出水COD 467.9mg/L，去除率64.0%，也能满足污水排放要求。
污水厂的生化出水水质不稳定，有时不能达标，采用Fenton流化床工艺作为末端处理工艺，既能稳定出水水质，也能实现排放要求。上述实验可知，Fenton流化床工艺可以采用低药剂投加量，既减少了污泥产量，也能降低运行成本、提高效率。
4 结论
本次现场实验主要采用Fenton-流化床工艺处理环氧聚酯废水，并利用污水厂的原有处理设施。经过理论研究和实践操作，在不同加药量和不同的工艺组合下达到了环氧聚酯废水的达标处理，进而体现出Fenton-流化床工艺在处理此类废水中的优势：①反应效率高，比传统芬顿提高效率30%～50%；②减少药剂用量，污泥产量降低50%，并能提高污泥脱水率；③处理效果稳定，出水水质有保证。
参考文献
[1] 魏庆芝. A2/O工艺处理氨纶废水的应用研究[J].江苏环境科技，2006，19（05）：30-32.
[2] 刘斌，冀巍，丁长春. 聚酯废水处理技术研究综述[J].科技资讯，2012，（07）：96-97.
[3] 曹辉，王洋江，周松.芬顿流化床工艺与芬顿三相催化氧化工艺对综合性化工废水生化后深度处理去除CODcr效果的对比研究[J].科技风，2015，（13）：13-14.
作者简介：方绪亮（1980-）男，硕士研究生，助理工程师，研究方向污水处理。
摘要：介绍环氧聚酯废水的特点、以及相应的处理工艺，在综合国内外处理工艺技术的基础上，以某污水厂的环氧聚酯废水为例，提出以Fenton-流化床作为主体工艺，并以COD为主要测定指标，设计并实施现场中试实验，通过分析比较不同加药量下的污水处理效果，探讨Fenton-流化床技术处理环氧聚酯废水的优势。
关键词：环氧聚酯废水；Fenton流化床；加药量
中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）04-0153-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.073
Abstract： This paper introduces the characteristics of epoxy polyester wastewater and the corresponding treatment technology. Based on the domestic and international processing technology， the epoxy polyester wastewater from a sewage plant is taken as an example， and the Fenton-fluidized bed is the main body And the effect of Fenton-fluidized bed technology on the treatment of epoxy polyester wastewater was analyzed by comparing and analyzing the effect of sewage treatment under different dosage. The effect of Fenton-fluidized bed technology on the treatment of epoxy polyester wastewater was studied.
Key words： epoxy polyester wastewater； Fenton fluidized bed； dosage
1 環氧聚酯废水的现状
环氧聚酯废水是一种综合废水，其中包含了环氧树脂废水和聚酯树脂废水，其特点为：有机物浓度高、COD 值较大、高盐高碱度、难生物降解、废水水质水量不稳定[1]。综合国内外的环氧聚酯废水处理技术来看，传统的生化法处理效率低，很难真正达到国家排放标准[2]。
在化学处理方法中，高级氧化技术已经被运用于处理各种有毒有害有机废水。而在各种高级氧化技术中，Fenton试剂法作为一种有效的化学方法已经被应用于废水的处理和预处理中。Fenton试剂处理有机废水反应过程中，H2O2同Fe2+反应能够生成氧化能力很强的羟基自由基（·OH），·OH具有超强氧化性能，能与大多数难降解物质发生反应，使其转化为易生物降解物质甚至直接矿化为CO2、H2O等无机物质，其中Fe2+主要是作为同质催化剂，而H2O2则起氧化作用。在众多高级氧化技术中，Fenton法由于反应时间较短，因此，经常被应用于处理或预处理高浓度废水中。但同时注意到，Fenton 氧化技术在应用中也存在一定的局限性：①H2O2利用率相对较低，从而导致其处理成本高。②反应过程中需要添加大量的酸来调节废水的PH 值（最佳pH值一般在3左右），而且排放时还需要做适当的中和处理。③对于Fe2+的用量需要控制。一般而言，Fe2+量如果较高，催化能力比较强，但量过高的Fe2+又会导致出水颜色深变；此外，Fe2+容易流失，会对环境造成二次污染。
因此，一些改进了的Fenton 氧化方法应运而生，包括传统Fenton法、电解氧化-Fenton法、电解还原-Fenton法、流化床-Fenton法。其中以芬顿流化床工艺应用最为广泛，其作为一种改进了的Fenton 氧化方法，利用流化床的方式使Fenton法所产生的大部分三价铁得以结晶或沉淀形式覆着在催化剂表面上，工艺结合了异相化学氧化、同向化学氧化、硫化床结晶及FeOOH的还原溶解等功能[3]。理论上可以有效地避免上述缺陷，达到废水的稳定高效处理。
因此，本文将以某污水厂的环氧聚酯废水为对象，开展废水处理现场实验，调整Fenton-流化床工艺中的药剂投加量，并将Fenton-流化床工艺与污水厂的原有工艺相结合，实现环氧聚酯废水的达标排放。
2 污水厂废水现状
污水厂的环氧聚酯废水来自于某工业园区的集体废水，水量3000m3/d；进水水质：COD 为2000～3000mg/l，B/C 为0.3～0.4，最终出水 COD 800～1000mg/l，不能满足排放要求。
3 试验设备及方法
3.1 试验流程及设备
（1）处理试验流程
（2）试验设备
3.2 试验方案
（1）试验条件
加药量根据不同的质量比，假定：COD：H2O2：FeSO4 = 1 ： 2 ： 2 （质量比），则1m3 水样（取COD =2400mg/l）中：
COD总量为1.0m3*2.4kg/m3 = 2.4 kg
H2O2量为2.4 kg *2 = 4.8 kg = 16 L H2O2
FeSO4（固）量为2.4 kg *2 =4.8 kg= 9.6kg FeSO4（固）
（2）试验操作
① 采用提升泵提升试验用废水200L，至原水槽；
② 采用40%工业级硫酸调节上述废水pH至3～4；
③ 按上述试验条件，添加工业级FeSO4·7H2O固体，搅拌，溶解；
④ 向Fenton流化床反应塔内添加载体1kg左右，启动循环泵，调节流量200L/h。
⑤ 启动原水泵，调节进水流量700mL/min，开始连续进水；
⑥ 启动加药泵，按上述试验条件，往Fenton流化床反应塔内添加30%H2O2药剂；
⑦ Fenton流化床处理后出水自流至出水槽；
⑧ 试验开始2～3小时后，收集处理水水样。然后，采用批式试验方法，边搅拌边加30%NaOH，调节pH至7左右，搅拌10min。然后静置沉淀2h，取上清液出水，分析COD。
3.3 实验结果与分析
3.3.1 污水厂原进水
前端进水为污水厂的格栅集水井取的水样，由检测的数据可知，废水的水质变化很大，进水COD浓度在2000～3300mg/L之间变化。试验共进行了4种加药条件的探讨，药剂投加量（质量比）分别为：
A、COD原水：H2O2：FeSO4 = 1 ：2 ： 2
B、COD原水：H2O2：FeSO4 = 1 ： 1.0 ： 1.0
C、COD原水：H2O2：FeSO4 = 1 ： 0.5 ： 0.5
D、COD原水：H2O2：FeSO4 = 1 ： 0.25 ： 0.25
由实验数据分析，COD的去除率如下图2所示：
按COD原水：H2O2：FeSO4 = 1 ：2 ： 2的比例投加药剂时，即处理每吨水添加H2O2/FeSO4=16/9.8 kg，COD去除率平均达75.86%，出水平均COD约557mg/L。但是，该条件下H2O2（30%）和FeSO4的加药量偏大。随着COD原水：H2O2：FeSO4加药比例的减少，出水COD逐步上升，COD去除率也同时下降。在COD原水：H2O2：FeSO4 = 1 ： 0.25 ： 0.25的条件下，即处理每t水添加H2O2/FeSO4=2/1.3 kg，COD去除率平均达47.13%，出水平均COD 1360mg/L。假定：一半的原水采用Fenton-流化床处理；另一半原水进入污水厂的前段预处理，去除率约20%，上述两股废水混合后，达平均COD 1750mg/L。然后，进入污水厂现有的生化、混凝处理系统，根据污水厂运行结果可知，生化处理的去除率约为70%，混凝沉降的去除率约为20%，最终出COD420mg/L，能够满足污水排放的标准。按上述方案实行工艺的结合能够减少Fenton流化床工艺中的加药量，降低了污泥产量，同时也减少了原有工艺的进水量，提高了处理效率，降低了运行成本，最终能够达到达标排放。
3.3.2 生化出水
试验采集的生化出水，是从污水厂的生化处理沉淀池取的水样。水质如下：出水pH在7左右，进水COD浓度624～1638mg/L。试验共进行了3种加药条件的探讨，药剂投加量（质量比）分别为：
A、COD生化出水：H2O2：FeSO4 = 1 ：0.5 ： 0.5
B、COD生化出水：H2O2：FeSO4 = 1 ：0.25 ： 0.25
C、COD生化出水：H2O2：FeSO4 = 1 ：0.15 ： 0.25
由实验数据分析，COD的去除率如图3-3所示：
在药剂添加比例为COD生化出水：H2O2：FeSO4 = 1：0.5：0.5時，即处理每t水添加H2O2/FeSO4=2/0.65kg，末端废水进水COD 1472.2mg/L，处理后出水COD 404.2mg/L，去除率72.4%，能满足污水排放要求。
而在COD生化出水：H2O2：FeSO4 = 1：0.25：0.25时，即处理每t水添加H2O2/FeSO4=1/0.32 kg，末端废水COD1136.5mg/L，处理后出水COD 403.7mg/L，去除率44.3%，也能满足污水排放要求。
在COD生化出水：H2O2：FeSO4= 1：0.15：0.25时，即处理每t水添加H2O2/FeSO4=0.6/0.32 kg，末端废水COD 852.1mg/L，处理后出水COD 467.9mg/L，去除率64.0%，也能满足污水排放要求。
污水厂的生化出水水质不稳定，有时不能达标，采用Fenton流化床工艺作为末端处理工艺，既能稳定出水水质，也能实现排放要求。上述实验可知，Fenton流化床工艺可以采用低药剂投加量，既减少了污泥产量，也能降低运行成本、提高效率。
4 结论
本次现场实验主要采用Fenton-流化床工艺处理环氧聚酯废水，并利用污水厂的原有处理设施。经过理论研究和实践操作，在不同加药量和不同的工艺组合下达到了环氧聚酯废水的达标处理，进而体现出Fenton-流化床工艺在处理此类废水中的优势：①反应效率高，比传统芬顿提高效率30%～50%；②减少药剂用量，污泥产量降低50%，并能提高污泥脱水率；③处理效果稳定，出水水质有保证。
参考文献
[1] 魏庆芝. A2/O工艺处理氨纶废水的应用研究[J].江苏环境科技，2006，19（05）：30-32.
[2] 刘斌，冀巍，丁长春. 聚酯废水处理技术研究综述[J].科技资讯，2012，（07）：96-97.
[3] 曹辉，王洋江，周松.芬顿流化床工艺与芬顿三相催化氧化工艺对综合性化工废水生化后深度处理去除CODcr效果的对比研究[J].科技风，2015，（13）：13-14.
作者简介：方绪亮（1980-）男，硕士研究生，助理工程师，研究方向污水处理。
