低剂量Fenton试剂法处理2-羟基-3-萘甲酸生产废水的工程实践

张 健，王永广，季俊杰，虞林堂，葛丽英
（扬州大学水利与建筑工程学院环境工程系，江苏 扬州 225009）

　　摘要：2－羟基－3－萘甲酸生产废水，在pH值为1.8、CODcr值为1710mg/L时，采用低剂量Fenton试剂－混凝－过滤－稳定塘处理工艺，当每吨废水投加H₂O₂、2L、FeSO₄·7H₂O100g时，可使处理后排水的CODcr＜100mg/L。该处理工艺适合中、小型2－羟基－3－萘甲酸生产厂的综合废水处理。
　　关键词：Fenton试剂；废水处理；2－羟基－3－萘甲酸生产废水
　　中图分类号：X783
　　文献标识码：B
　　文章编号：1009-2455(2001)04-0037-03

1 引言

　　Fenton试剂，即过氧化氢与亚铁离子的复合，是一种氧化性很强的氧化剂。其在工业废水处理中的应用研究越来越受到重视^[1，2]。但由于Fenton试剂的彻底氧化法（exhaustive oxidation）处理成本高，很难大规模应用于工业废水处理中。近年来，有人对改良的Fenton试剂法作了许多研究，如刘勇弟等人对Fenton试剂、臭氧诱导氧化偶合（聚合）——混凝法去除水中有机污染物进行了试验研究，取得了良好的效果^[3]。基于这些研究成果，结合实验室小试结果，采用低剂量Fenton试剂——混凝法为主的工艺处理2－羟基－3－萘甲酸（以下简称2、3酸）生产废水，能使处理后排水达到国家排放标准（综合一级）。

2 工程简介与水质情况

2.1 工程简介
　　扬州市某染料化工厂采用传统的固相法，以2－萘酚和CO₂为原料，年生产2、3酸成品1000t。全厂每天产生综合废水约400m³。此种废水有机物含量高、酸度大，直接排放会严重污染环境。

2.2 污水来源及水质
　　2、3酸是染料、有机颜料及医药生产的重要中间体。
　　废水主要来源于按基化阶段生产污水、中和阶段的压滤水和酸化阶段的漂洗水以及地面冲洗水。其生产工艺见图1。

　　根据物料平衡分析，2、3酸生产废水中的主要污染物为萘酚、2、3酸及其不同取代位置的衍生物等物质^[4]。该厂由于生产规模较小、管理水平不高，其生产废水的水量和水质变化较大。混合后废水的主要水质指标见表1。

表1 　2、3酸生产废水主要水质指标 项目 CODcr/(mg·L^-1) BOD₅/(mg·L^-1) SS/(mg·L^-1) pH 范围 1520～2050 200～260 200～250 1.3～2.6 平均值 1710 240 220 1.86 注：水样均取自废水调节池

3 处理工艺

3.1 工艺流程
　　处理工艺流程如图2所示。来自各生产车间的生产废水进入废水调节池，均匀水质后，由泵提升至氧化反应器，加入适量的硫酸亚铁、过氧化氢进行氧化反应。反应结束后，污水自流进入絮凝反应器，同时加入一定量的氢氧化钠调整废水的pH值，再加入适量的絮凝剂聚合氯化铝和助凝剂聚丙烯酸胺进行絮凝反应后，进入斜管沉淀池，进行固液分离，上清液经过滤器过滤后排入生物稳定塘。污水在稳定塘内停留时间为25d。经上述工艺处理后，废水达标排放。沉淀污泥经污泥干化场脱水后用作制砖。

3.2 处理机理
　　传统的Fenton试剂作用机理认为：在污水中加入Fe²⁺、H₂O₂，在酸性条件下，二价铁离子（Fe²⁺）和过氧化氢（H₂O₂）之间的链反应催化生产[OH]自由基，[OH]自由基具有极强的氧化能力，能氧化各种复杂的简单的有机化合物^[3]。近期，实验室的小试研究表明：低剂量的Fenton试剂，配合混凝沉淀，可以有效地去除2、3酸生产废水中的有机化合物，其作用机理可认为基于如下2点：①废水中的奈酚、2、3酸及其不同取代位置的衍生物等有机物经氧化后，通过C－C或C－O键偶合，有机物分子量增大，有利于混凝剂的网捕；②废水中的酚类有机物经氧化偶合后，生成几种可能的二聚物产物，与废水中的水溶性有机物形成胶体或悬浮物，即有机产物的溶解度降低，也有利于利用混凝沉淀去除以。

4 工程试运行及处理效果

4.1 主要设备及构筑物
　　主要的设备及构筑物设计参数如下：
　　①调节池：防腐处理，地下敞口式，周边进水，HRT=24h，进出水平均温差20℃。由于流速的减慢和温度的降低，漏入废水中的2－奈酚及2、3酸颗粒在调节池中产生的浅黄色结晶沉淀可使废水的CODcr降低40％～50％。
　　②氧化反应器：防腐处理，推流式机械搅拌反应，HRT=45min，尺寸1500mm×1500mm×3000mm。
　　设计H₂O₂投加量为2L/废水FeSO₄·7H₂O投加量为100g/t废水。
　　③絮凝反应器：防腐处理，机械搅拌反应；HRT=15min，尺寸800mm×800mm×2200mm。
　　④斜管沉淀器：防腐处理，设计表面负荷1.5m³/(m²·h)，HRT=1.5h。
　　⑤过滤器：石英砂填料，设计滤速10m/h。
　　⑥稳定塘：利用厂区内废弃水塘改造，HRT=25d，平均水深2.5m。
4.2 工程试运行
4.2.1 氧化反应器的运行
　　根据实验室小试确定的硫酸亚铁投加量及过氧化氢投加量进行了生产运行，氧化反应进水pH值为1.8（未作调节），处理效果达到设计要求。运行中也发现，在保持硫酸亚铁的投加量不变，适当增加过氧化氢的投加量，COD去除率在5％～10％范围内波动。最后确定以设计运行参数（如4.1所示）进行生产运行。
　　原设计采用重力投加药剂，转子流量计计量。在运行时发现，药剂的投加量随投药箱内液面升降有所波动。造成出水水质不稳，后增加恒位药箱，上述问题得以解决。
4.2.2 混凝沉淀器试运行
　　采用实验室小试确定的絮凝剂聚合氯化铝进行混合反应，在设计的反应、沉淀时间内，沉淀器及过滤器出水仍呈浅黑色。取样观察，发现水中仍残留许多细小黑色颗粒。检查沉淀器设计及设备运行情况，未发现异常。分析黑色颗粒，为酚类及其衍生物在氧化偶合后的共聚物。一部分被絮体吸附共沉，其余仍悬浮于水体中。后改混凝剂为自制的拌混有粘土的聚合氯化铝混合物，出水中几乎未发现上述细小颗粒。
4.2.3 氧化塘调试
　　在氧化塘中先注入一定量的生活污水，并放养一批凤眼莲，当凤眼莲存活后，逐步投加经上述氧化、混凝沉淀、过滤后的上清液。初期投加量为5m³/d，持续一周后，观察凤眼莲的生产状况，无异常后，进水量增至10m³/d。持续1周后，观察水生植物的生长状况，无异常，则按每周5m³的速率增加进水量，如此反复。至第6周，开始检测出水水质，至第12周，废水投加量达到满负荷，出水水质基本达到设计要求。3个月后，水质达到设计要求（排放标准）。但11月至次年2月，出水水质稍差，估计可能是因气温较低及水生植物的枯萎所致。
4.3 工程处理效果
　　废水处理设施运行结果见表2。

5 主要技术经济指标

　　设计的废水处理工程主要技术经济指标见表3。

表2 废水处理后水质 项目 CODcr/(mg·L^-1) BOD₅/(mg·L^-1) SS/(mg·L^-1) pH 进水 1710 240 220 1.8 沉淀过滤出水 142 33 24 7.65 稳定塘出水 87 16 37 7.22 排放标准(GB 8979-96) ≤100 ≤30 ≤70 6～9

表3 主要技术经济指标 序号 指标 设计参数 备注 1 处理能力 50m³/d 含稳定塘占地 2 占地面积 650m² 3 总装机容量 3.0kW 4 COD去除率 94.9％ 5 工程总投资 12万元 6 运行费用 2.28元 （去除每公斤CODcr）

6 结论与建议

　　①与其它处理工艺相比，低剂量Fenton试剂－混凝法处理2、3酸生产废水具有一次性投资低、运行管理方便、流程短；设备简单等优点。
　　②在设计运行条件：每吨废水H₂O₂投加量为2L，FeSO₄·7H₂O投加量为100g；氧化反应45min；混凝反应15min；沉淀1.5h。COD去除率为91.7％，再经简易稳定塘处理后，出水能稳定达标。
　　③该处理工艺适用于中、小型2、3酸生产企业。
　　④建议在无条件建氧化塘或简易的生化处理设施时，可适当增加[H₂O₂]的投加量，经强化的物化工艺处理后，亦可达到排放标准。

参考文献：
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[2]顾平，等．FEnton试剂处理活性黑KBR染料废水研究[J]．中国给水排水，1997，13(6)：16～18．
[3]刘勇弟，等．紫外－Fenton试剂的作用机理及在废水处理中的应用[J]．环境化学，1994，13(4)：302～305．
[4]祝万鹏，等，2－3酸生产废水资源化技术研究[J]．给水排水，2000，26(12)：44～46．
[5]李家珍．染料、染色工业废水处理[M]．北京：化学工业出版社，1997．

作者简介：
张健（1964～），男，工程师，环工系综合实验室副主任，一直从事水污染控制工程的试验和研究。联系电话：（0514）7973623