高级氧化+SBR工艺处理聚乙二醇废水试验研究

第6卷第4期供水技术2012年8月WATER TECHNOLOGYug. 2Aug. 201高级氧化+SBR工艺处理聚乙二醇废水试验研究李红启,杜春山,厉彦松,王立军,孙杨(中国市政工程东北设计研究总院,吉林长春130021)摘要:研究了高级氧化+SBR组合工艺处理高浓度聚乙二醇(PEG)废水的效果及其影响因素。结果表明,采用芬顿试剂作为高级氧化剂,当FeSO4·7H2O投加量为800mg/L,H2O2投加量为30m/L,反应时间为3.5h时,COD去除率可达到50.5%;生化处理阶段所需采用两级SBR工艺,污泥浓度均为4000mg/L,一、二级厌氧及好氧反应时间分别为12和10h;芬顿试剂氧化和厌氧处理对提高PEG废水的可生化性有明显效果;该组合工芑的岀水水质可以达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中的二级排放标准。关键词:聚乙二醇废水;高级氧化;SBR工艺;芬顿试剂中图分类号:X703文献标志码:A文章编号: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,简称PEG)属于而高浓度PEG对微生物有较大的毒害性,生化处理聚醚类高分子化合物,水溶性极强,不易热解和水前需采用高级氧化等方法进行预处理。高级氧化是解。膜过滤、活性炭吸附、O3氧化和H2O2氧化等常处理高浓度有机废水的一种有效方法,芬顿试剂是规废水处理方法对PEG的去除率较低,若PEG在氧化能力较强且效率较高的高级氧化剂,是过氧化环境中长期积累,会对人类健康和自然生态环境产氢与催化剂Fe2构成的氧化体系,能够分解产生羟生危害1。基白由基·OH。羟基自由基具有很强的氧化性能,厌氧处理对于降解大分子PEG尤为重要23。可将高分子有机污染物分解及矿化为二氧化碳、水低浓度PFG条件下,可采用厌氧及好氧生化处理和无机盐类,同时Fe2+被氧化成Fe3产生絮凝沉淀29第6卷第4期供水技术2012年8月作用,有利于去除有机污染物,特别适用于某些难处H2O2投加量条件下COD;去除率的变化情况,得到理或对生物有性的工业废水处理+5。SBR生化最佳H2O,投加量,此阶段的反应时间为3h。处理工艺可实现厌氧和好氧处于交替状态,具有效当H2O2投加量为20mL时,不同feSO率高、出水水质好、耐冲击负荷及脱氮能力强等优7H2O投加量下出水COD的变化如图1所示。可点。笔者以芬顿试剂作为高级氧化剂,考察了高级以看出,COD,去除率随着 Feso4·7H2O投加量的氧化+SBR组合工艺处理高浓度PFG有机废水的增大而增加,当FeSO4·7H2O投加量增至600mg/L效果及其影响因素。时,CODc去除率达到最大值45.3%;此后再增加1试验材料与方法FeSO4·7H2O投加量,COD去除率基本保持不变。1.1试验内容分析其原因,FeSO4·7H2O在芬顿试剂体系中起催试验包括烧杯试验和小型连续试验两部分。烧化剂的作用,Fe2和H2O2的比例在合适的范围内杯试验的目的是确定高级氧化剂中Fe2和H2O2的才能充分发挥芬顿试剂的氧化作用,不同废水适宜投加量、Fe+和H2O2的投加比例、反应时间、厌氧的Fe”和H2O2的比例不同,该试验中不改变H2O和好氧生化处理时间等参数。小型连续试验是根据投加量而仅增加催化剂投加量,会导致者比例失烧杯试验结果,考察了高级氧化+SBR组合工艺对调而无法获得更好的处理效果。因此,在H2O2投高浓度PEG废水的处理效果。加量为20mL/L的情况下,FeSO4·7H2O投加量宜1.2试验用水选择在600~800mg/L试验用水为某大型多晶硅太阳能电池生产企业4000出H水COD803500硅片切割工艺中产生的高浓度PEG废水,其水质特去除率3000点是CODc含量较高,磷源缺乏,在生化处理阶段需2500要适当添加磷源,以保证微生物的活性,其水质指标2000500见表1。长100020表1用水水质500100Tab. 1 Water quality20040060080010001200FeSO4·7H4O投加量/mgL)CODC / BODs/ SS/ TV/NH3-N项水温(r图1不同FeSO4·7H20投加量下出水6ODc的变化L-)L-2)L1)ig. 1 Variations of CODcr in the effluent with diffe数值4230837431123.94694.0520dosage of Feso4·7H2O2结果与讨论当FeSO4·7H2O投加量为800mg/L时,不同2.1烧杯试验H2O2投加量下出水CODc的变化如图2所示。可根据芬顿试剂反应机理,·OH是氧化有机物以看出,随者H2O2投加量的增加,COD去除率呈的有效因子,[Fe]、[H2O2]和!OH]决定了现先升高后下降的趋势。当H2O2投加量为30OH的产量,因而影响氧化反应的主要因素有催化m/时,COD去除率达到最大值49.4%;当H2O2剂及H2O2投加量、pH温度和反应时间。投加量小于30mL/L时,CODe去除率与H2O2投加2.1.1氧化剂投加量量之间的关系基本呈正相关;当H2O2投加量大于I2O2和FeSO4·7I2O投加量与反应条件密切30m/L时,催化剂严重不足,铁离子的循环无法及相关,而且会影响处理成本,若二者投加比例不同,时完成,会影响整个芬顿试剂系统的反应进程,并导反应时间和pH等参数都会随之改变,故存在达到致芬顿试剂的氧化能力下降最佳氧化效果时的投加比例。当H2O2相对于FeSO4·7H2O严重过量时,产按同类废水处理经验值先选定H2O2投加量,生的·OH在短时间内无法和水中的有机物反应考察不同FeSO4·7H2O投加量条件下COD去除却能和H2O2反应,生成HO2和H2O,故H2O2投加率的变化情况,以确定最佳FeSO4·H2O投加量;量过高会使最初产生的·OH减少,从而降低了芬在最佳FeSO4·7H2O投加量条件下,考察不同顿试剂的利用效率。综合考虑,确定最佳FeSO42012年8月李红启,等:高级氧仳十SBR工芑处理聚乙二醇废水试验研究第6卷第4期H2O的投加量为800mg/L,最佳H2O2的投加量为试剂作为氧化剂时反应速度快,可在1.0h内完成30mL/L。氧化反应,但在该试验中处理高浓度PEG废水所需3500要的反应时间较长3000E250402000槲40长1500}→出水COD去除率1050010HAO2投加量/(mg·L)图2不同H2O2投加量下出水CODe的变化Fig. 2 Variations of COD in the effluent with图4反应时间对c0D去除率效果的影响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影响,故芬顿2.1.4高级氧化预处理效能试剂一般只在酸性条件下发生作用,而在中性和碱根据烧杯试验确定的最佳反应条作如下:FeSO性环境中Fe2不能催化H2O2产生·OH许多研7H2O投加量为800mg/L,H2O2投加量为30究表明,当pH值在2~4时,芬顿试剂具有较好的mL,pH值为40,反应时间为3.5ha采用芬顿试处理效果。试验采用的废水pH值为4.0左右,pH剂处理高浓度PEG废水,其处理效能如表2所示。值对COD去除效果的影响如图3所示。可以看出,高级氧化处理后,出水COD,和BOD含量明显下降,其中COD可由4230mg/L降至19402 217 mg/L胬50表2高级氧化处理效能Tab. 2 Treatment efficiency of advanced oxidation项目原水高级氧化后ODc, / mg.L)42301940~2217BOD/(mg·L582~7652.5pHTN/(mg·L123.94110~12TP/(未检测未检测图3p对coDc去除效果的影响NH3-N/(mg·L-)69.5645~72Fig. 3 Influence of ph on removal efficiency of COD2.1.5厌氧和好氧牛化反应时间可以看出,PH值为2~4时,COD去除率变化在污泥浓度为4000mg/L的条件下,对高级氧不大。当pH值为25时,CO去除率达到最高值化处理出水分别进行了厌氧和好氧生化反应时间的49.2%,而pH值为4时的CODG去除率仍可达到试验研究。经高级氧化后,不同生化反应时间时厌45.3%。为节省处理成本原水可不进行pH值调氧及好氧处理效果分别见表3和表4。节,以减少后续生化处理阶段需要提高pH值的调表3厌氧处理试验结果节剂用量Tab 3 Test result of anaerobic treatment2.1.3反应时间生化反应时间hCODBODs/B/C当FeSO4·7H2O投加量为800mg/L,H2O2投mng·L0.28加量为30mL/L,初始pH值为4.0,水温为20℃1687547时,反应时间对COD去除效果的影响见图4。可以15426720.44124520.51看出,反应时间为3.5h,相应的高级氧化阶段327658COD去除率可达到50.5%。许多研究表明,芬顿161175612第6卷第4期供水技术2012年8月厌氧处理的主要目的就是进一步提高污水的可看出,高级氧化+SBR组合工艺对高浓度PEG废水生化性。由表3可以看出,当停留时间为12h时,污具有理想的处理效果,其出水水质可以达到《污水水经厌氧处理后BC值达到0.51,可生化性较高,综合排放标准》(GB8978—1996)的二级排放标准,进一步增加停留时间时,B/C无明显变化。主要污染物COD、BOD5、NH3-N和TN的去除率表4好氧处理试验结果分别为96.4%,96.3%,91.3%和82.1%。Tab 4 Test result of aerobic treatment表5高级氧化+SBR组合工艺处理效能生化反应时间/hCODBOD/B/CTab. 5 Treatment efficiency of advanced oxidationmg·Land SBr combined process6470.51610794020.3CODe BODs/[NH3-N TN/88562870.34项目Ing(mg.107741610.21L-)L)L-)L)121520.20原水401275848107741470.20高级氧化2014814437由表4可以看出,当停留时间为10h时,污水厌氧|15442级SBR经好氧处理后,BOD含量已接近最低值,此时B/C好氧85617542仅为0.21,说明污水中的可生物降解有机物已基本二级SB氧55719.2好氧|14519.2得到充分降解,再延长停留时间意义不大,故可确定3结论好氧阶段的停留时间为10ho由试验结果可知,经过一级厌氧/好氧生化处理①以芬顿试剂作为高级氧化剂,当FeSO47H2O投加量为800mg/L,H2O2投加量为30mL/L,后,出水COD含量仍然很高,故后续需再进行一级反应时间为3.5h时,氧化阶段对高浓度PFG废水厌氧/好氧生化处理的CODc去除率可达到50.5%,且无需调节原水pH2.2小型连续试验根据烧杯试验确定的高级氧化及生化处理参值,可降低处理成本。②高级氧化处理出水COD,含量仍然较高,数,进行高级氧化+SR工艺的小型连续试验2.2.1工艺流程及运行参数故需采用两级SBR生化处理工艺,污泥浓度均为试验处理规模为10m3/h,处理丁艺流程如图54000mg/L,一、二级厌氧和好氧反应时间分别为所示。原水经高级氧化预处理后进入中间调节池2和10h,处理过程中需补充磷源,以保证污泥的向中间调节池内投加NaOH,调节pH值至7左右活性。共设两级四组SBR池,一级SBR污泥负荷为0.2③芬顿试剂氧化和厌氧处理可明显提高高浓kgCod/( gmdss·d),二级SBR污泥负荷为0.08度PEG废水的可生化性,高级氧化+SBR组合工艺的出水水质可以达到《污水综合排放标准》(GBkgCod/( kgMLsSs·d)。在SBR阶段投加KHy0.8978-1996)的二级排放标准,主要污染物CODn作为磷源,投加量为20mg/LBOD3NH3N和TN的去除率分别为96.4%,96Fe*+ H,O, HClNaOh3%,91.3%和82.1%。原水箱混合池}反应池中间调节池参考文献出水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图5工艺流程(10):899-906Fig 5 Flow chart of process2 Watson G K, Jones N. The biodegradation of polyethylene2.2.2处理效能glycols by sewage bacterial. J]. Water Res, 1977, 11小型连续试验装置经过调试运行稳定后,高级(1):95-100氧化及两级SBR生化处理效果如表5所示。可以[3. Schink B, Stieb m. Fermentative degradation of322012年8月李红启,等:高级氧化+SBR工艺处理聚乙二醇废水试验研究第6卷笫4期polyethylene glycol by a strictly anaerobic, gramnegative版社,2000nonsporeforming bacterium, Pelobacter venetians sp[5]史红香,胡晓敏. Fenton试剂氧化处理印染废水的试nov [J]. Appl Environ Microbiol, 1983, 45(6): 190.5验研究[J」.辽宁化工,2006,35(4):202-204,2101913「4]钱易,汤鸿霄,文湘华.水体颗粒物和难降解有机物E-mail:ashan1982@163.com的特性与控制技术原理[M].北京:中国环境科学出收稿日期:2012-05-18《供水技术》(双月刊)征稿启事《供水技术》杂志创刊于2007年,由天津市自来水集团有限公司主办、主管,其国内统一连续出版物号为CN12-1393/TU《供水技术》针对国内外供水行业存在的热点、焦点问题、技术前沿问题,致力于传播和交流先进技术与成熟的经验,提高专业人员技术素质。供水技术》着眼于供水企业的运行、生产、营销、服务、施工等方面的技术工作,进行广泛的交流与研讨,内容涉及水厂设计、老水厂改造、水厂自动化、水厂废水处理、污泥处理与综合利用、水质检测、区城计量管网改造、管网模型管理维护、管网运行新技术、营销新技术、新型水表应用、电子收费系统、工程施工新技术、二次供水新技术、再生水回用、海水综合利用、城市污水除磷脱氮及深度处理等等;对供水企业现实生产中遇到重点与难点问题进行研讨,力求为供水仝业开辟一块新的交流阵地。《供水技术》栏目设置分为:研究论述、技术总结、设计经验、工程实例、运行管理、分析监测、节水与回用、施工与监理、信息动态等。欢迎广大读者、作者朋友踊跃向我国供水行业“业内”杂志——《供水技术》投稿,相信我们会为大家提供更优质的服务,搭建更广泛的技术交流与研讨平台电话:022-2339215723310823传真:022-23392157网址:www.chinawatertech.netE-mail:gsjs126@126.com33