涂料添加劑生產廢水處理技術

宋曉智

(1．帕克環保技術(上海)有限公司，上海 201319;2．同濟大學環境科學與工程學院，上海 200092)

涂料添加劑在生產過程，特別是清洗罐體和反應器的時候，會排出少量廢水。這些廢水中含有反應殘渣以及碳化穩定劑，如異噻唑酮、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸脂、丙烯酸丁酯、醋酸乙烯酯。該類廢水的特點是排放量少、有機物濃度高、可生化性非常差(一般 B/C 小于0．2)。

1 試驗部分

1．1 廢水水質

試驗廢水取自江蘇某外資化工企業的涂料添加劑生產車間，該企業緊鄰長江，環保要求高，業主希望廢水經過處理后能達到中水回用的目的。原水水質與出水要求水質如表1所示。

1．2 試驗方案

根據廢水特點和已有資料，計劃采用如下兩個工藝路線對該廢水進行處理:(1)Fenton氧化—好氧曝氣法—Fenton氧化—活性炭吸附;(2)好氧曝氣法—Fenton氧化—好氧曝氣法—活性炭吸附。Fenton氧化作為高級氧化技術，在本試驗中除了用來去除難以生物降解的COD外，還用來將大分子有機物分解成小分子有機物，提高廢水的可生化性，作為生物處理的預處理。

表1 污水進水質與出水要求Tab．1 Wastewater Quality and Effluent Requirement

2 試驗結果與討論

在確定工藝路線后，針對兩個工藝路線，在實驗室中進行了小試，對比兩個工藝的運行效果。

2．1 工藝路線一

2．1．1 Fenton 試驗

1894年首次研究表明，H2O2在Fe2+離子的催化作用下具有氧化多種有機物的能力。過氧化氫與亞鐵離子的結合即為Fenton試劑，其中Fe2+離子主要是作為同質催化劑，而H2O2則起氧化作用。Fenton試劑具有極強的氧化能力，特別適用于某些難生物降解的或對生物有毒性的工業廢水處理，所以Fenton氧化法越來越受到人們的廣泛關注［1，2］。

用3只250 mL燒杯各量取150 mL廢水，投加H2SO4調節 pH 至 2．5［3］，然后按照表 2 中的加藥量分別投加不同濃度的H2O2、FeSO4，快速攪拌反應40 min，然后投加NaOH調節pH至7左右，然后再投加2 mg/L的PAM(陰離子)，緩慢攪拌15 min，然后靜止沉淀30 min，取上清液測試 CODCr、BOD5，結果如表2所示。

表2 Fenton試驗條件和處理效果Tab．2 Fenton Experimental Conditions and Treatment Effect

由表2可知通過Fenton氧化能降解廢水中的CODCr，并提高廢水的可生化性。

2．1．2 好氧曝氣試驗

實驗2．1．1中試驗批次2處理后的B/C最大，重復批次2試驗多次，收集其上清液5 L用于好氧曝氣試驗。好氧試驗在7 L的曝氣池中進行，污泥來自于某啤酒廠，采用悶曝的方式，污泥負荷為0．1 kg BOD/kg MLVSS·d。接種馴化后每天取樣測試過濾后的CODCr，連續兩天數值接近，則視為好氧試驗到達終點。第5 d和第6 d的出水CODCr基本接近，在第六天將實驗結束，取樣過濾后測試第六天的BOD5，實驗結果如圖1所示。

圖1 好氧曝氣處理效果Fig．1 Treatment Effect with Aeration

從以上試驗結果可以看出，好氧曝氣對Fenton出水有較好的處理效果，COD去除率達63%，BOD5去除率達97%。

2．1．3 Fenton 試驗

取好氧曝氣試驗的過濾液繼續Fenton試驗。用3只250 mL燒杯各量取150 mL廢水，投加H2SO4調節pH至2．5，然后按照表3中的加藥量分別投加不同濃度的 H2O2、FeSO4，快速攪拌反應40 min，然后投加NaOH調節pH至7左右，然后再投加2 mg/L的PAM(陰離子)，緩慢攪拌15 min，然后靜止沉淀30 min，取上清液測試 CODCr、BOD5，結果如表 3所示。

從表3中可以看出，好氧曝氣后的廢水再用Fenton氧化效果一般，COD仍然高達135 mg/L。

2．1．4 活性炭吸附試驗

試驗2．1．3中試批次2的COD去除率最高，重復批次2試驗多次，收集其上清液用于活性炭吸附試驗。

活性炭是用于水和廢水處理較為理想的一種吸附劑，研究活性炭用于水和廢水處理已有十年的歷史。近二十年來，由于活性炭的再生問題得到了較為滿意的解決，同時，活性炭的制造成本也有了降低，活性炭吸附技術在國內外才逐漸推廣使用，目前使用最多的是在三級廢水處理中［4］。

本試驗中活性炭吸附的目的有兩個:一是進一步去除有機物，二是去除廢水中的色度。

污水處理中常用的活性炭有果殼顆粒、椰殼顆粒、煤質顆粒三種，試驗先對三種活性炭進行了定性試驗，判斷哪種活性炭適合該廢水。根據平衡時間試驗，確定達到平衡的時間為1 h。

表3 二次Fenton試驗條件和處理效果Tab．3 Second Fenton Experimental Conditions and Treatment Effect

用3只250 mL燒杯各量取150 mL廢水，分別投加三種活性炭各0．5 g，攪拌反應1 h，然后靜止沉淀0．5 h，取上清液測試CODCr，結果如表4所示。

表4 不同種類活性炭的處理效果Tab．4 Treatment Effect with Different Kind of Activated Carbon

由表4可知椰殼顆粒對該廢水有較好的去除率。采用不同的活性炭和廢水比率又進行了幾組試驗，最終的上清液COD都高于70 mg/L，達不到設計要求。

2．2 工藝路線二

在進行工藝路線一試驗的同時，在實驗室中進行了工藝路線二。

2．2．1 好氧曝氣試驗

取原水進行好氧曝氣試驗。好氧試驗在7 L的曝氣池中進行，污泥來自于某啤酒廠，采用悶曝的方式，污泥負荷為0．1 kg BOD/kg MLVSS·d。接種馴化后每天取樣測試過濾后的CODCr，連續兩天數值接近，則視為好氧試驗到達終點。第8 d和第9 d的出水CODCr基本接近，在第9 d將試驗結束，取樣過濾后測試第9 d的BOD5。CODCr的測試結果如圖2所示。

圖2 好氧曝氣處理效果Fig．2 Treatment Effect with Aeration

從以上試驗結果可以看出，好氧曝氣對原水有去除效果，COD去除率達 67%，BOD5去除率達96%。

2．2．2 Fenton 試驗

取好氧曝氣試驗的過濾液繼續Fenton試驗。用3只250 mL燒杯各量取150 mL廢水，投加H2SO4調節pH至2．5，然后按照表5中的加藥量分別投加不同濃度的 H2O2、FeSO4，快速攪拌反應40 min，然后投加NaOH調節pH至7左右，然后再投加2 mg/L的PAM(陰離子)，緩慢攪拌15 min，然后靜止沉淀30 min，取上清液測試 CODCr、BOD5，結果如表5所示。

表5 Fenton試驗條件和處理效果Tab．5 Fenton Experimental Conditions and Treatment Effect

由表5中可知好氧曝氣后的廢水再用Fenton氧化效果較好，除了可以進一步去除CODCr外，還可以提高廢水的B/C，提高可生化性。

2．2．3 好氧曝氣試驗

試驗2．2．2中批次2的COD去除率最高，重復批次2試驗多次，收集其上清液5 L用于好氧曝氣試驗。好氧試驗在7 L的曝氣池中進行，污泥來自某啤酒廠，采用悶曝的方式，污泥負荷為0．1 kg BOD/kgMLVSS·d。接種馴化后每天取樣測試過濾后的CODCr，連續兩天數值接近，則視為好氧試驗到達終點。第4 d和第5 d的出水CODCr基本接近，在第5 d將試驗結束，取樣過濾后測試第5 d的BODCr，試驗結果如圖3所示。

圖3 二次好氧曝氣處理效果Fig．3 Treatment Effect with Second Aeration

從以上試驗結果可以看出，好氧曝氣對Fenton出水有進一步的去除果，COD去除率達32．6%，BOD5去除率達97%。

2．2．4 活性炭吸附試驗

曝氣試驗后的出水CODCr仍未達到業主要求，肉眼觀察色度較高，為了進一步去除CODCr，并去除色度，采用活性炭吸附作為后續的深度處理。

根據2．1．4的試驗結論，椰殼活性炭對該廢水有較好的去除率。試驗直接采用椰殼活性炭，按照活性炭投加量為 0．2 g/L、0．4 g/L、0．6 g/L 進行試驗，結果如表6所示。

表6 椰殼活性炭處理效果Tab．6 Treatment Effect with Coconut Activated Carbon

從以上試驗結果可知，廢水經活性炭吸附后出水CODCr可以進一步降低，當活性炭投加量為0．4 g/L以上時經活性炭吸附后的出水CODCr小于70 mg/L。

3 結語

涂料添加劑廢水中含有高分子有機物，可生化性低，屬于難降解化工廢水。通過實驗室試驗，確定采用好氧曝氣—芬頓試劑氧化—好氧曝氣—活性炭吸附工藝能將該廢水處理至CODCr小于70 mg/L。

各工藝單元的主要參數為:

第一級好氧曝氣的污泥負荷采用0．1 kg BOD/kg MLVSS·d;Fenton試劑氧化的反應pH為2．5，Fenton試劑投加量按照 Fe2+∶H2O2∶COD=1．2∶0．6∶1，反應后pH回調至7;第二級好氧曝氣的污泥負荷采用0．1 kg BOD/kg MLVSS·d;活性炭吸附采用椰殼活性炭，活性炭投加量按照0．4 g/L，反應時間為1 h。

鑒于廢水量少，建議第二段的好氧曝氣在實際項目中采用MBR，既可以提高系統的自動化程度，又能降低好氧系統出水的懸浮物，減少懸浮物對活性炭吸附過程傳質的影響。

［1］Pignatello J J．Dark and photoassisted Fe3+-catalyzed degradation ofchlorophenoxy herbicides by hydrogen peroxide ［J］．Environmental Science＆ Technology，1999，26(5):944-951．

［2］孫艷慧，張卿，季常青．Fenton試劑在有機炭水處理中的應用［J］．凈水技術，2014，33(1):25-29．

［3］齊建華，韓晉英，陳福川．Fenton試劑氧化機理及在水處理中的應用現狀［J］，工業水處理，2012:76-80．

［4］高廷耀，顧國維．水污染控制工程(下冊)［M］．北京:高等教育出版社，1999．