SR-AOPs深度處理制漿造紙廢水的研究

萬金泉　朱應良　馬邕文　王　艷　黃明智　韓東暉

(1.華南理工大學環境與能源學院,廣東廣州,510006；2.華南理工大學

制漿造紙工程國家重點實驗室,廣東廣州,510640；3.華南理工大學工業

聚集區污染控制與生態修復教育部重點實驗室,廣東廣州,510006)

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SR-AOPs深度處理制漿造紙廢水的研究

萬金泉1,2朱應良1,3馬邕文1,3王艷1,3黃明智1,3韓東暉1,3

(1.華南理工大學環境與能源學院,廣東廣州,510006；2.華南理工大學

制漿造紙工程國家重點實驗室,廣東廣州,510640；3.華南理工大學工業

聚集區污染控制與生態修復教育部重點實驗室,廣東廣州,510006)

摘要：采用由高級氧化塔、離子沉淀池、V型砂濾池組成的基于亞鐵離子(Fe2+)活化過硫酸鹽(PS)產生硫酸根自由基的高級氧化工藝(SR-AOPs)深度處理制漿造紙廢水二級出水(CODCr為85～110 mg/L)。結果表明,SR-AOPs對制漿造紙廢水二級出水有很好的處理效果,最優工藝條件為：PS用量1.5 mmol/L,Fe2+用量2.25 mmol/L,n(PS)∶n(Fe2+)=2∶3。在該條件下, 出水CODCr為31.2 mg/L,CODCr去除率達到70%,出水SS低于濃度為203.5 mg/L,出水水質達到GB3544—2008制漿造紙廢水排放標準,廢水處理成本約為2.831元/t。

關鍵詞：造紙廢水；高級氧化；硫酸根自由基；亞鐵離子

Pilot Study on Advanced Treatment of Papermaking Wastewater by SR-AOPs

WAN Jin-quan1,2,*ZHU Ying-liang1,3MA Yong-wen1,3

WANG Yan1,3HUANG Ming-zhi1,3HAN Dong-hui1,3

1試驗

1.1試驗廢水

廣東省某造紙廠采用國內或進口廢紙為原料進行生產,廢水主要來源為制漿車間和造紙車間的生產廢水。廢水經過一級物化和二級生化處理。本試驗廢水取自該造紙廠廢水二級生化曝氣池處理后出水,廢水水質及制漿造紙廢水排放標準要求見表1。

表1　廢水水質及排放標準要求

1.2工藝流程

高級氧化塔的高度為50 cm,直徑為40 cm,有效容積為63 L,進水流量為21 L/h,水力停留時間為3 h。離子沉淀池高度為45 cm,直徑為35 cm,有效容積為44 L,進水流量為26 L/h,水力停留時間約為1.7 h。V型砂濾池為60 cm×30 cm×30 cm的矩形池體。濾層為10 cm厚粒徑為1～2 mm的石英砂顆粒。濾層濾水流速為7～15 m/h。高級氧化塔進水和FeSO4溶液及Ca(OH)2溶液的加入需要泵,其他處理裝置的進水皆采用自流方式。其工藝流程如圖1所示。

圖1　SR-AOPs深度處理制漿造紙廢水的工藝流程

PS在充分溶解并混勻后與制漿造紙廢水一起泵入高級氧化塔,同時將配好的FeSO4溶液泵入高級氧化塔,約3 h后,高級氧化塔出水進入離子沉淀池,同時將配好的Ca(OH)2溶液泵入離子沉淀池。約1.7 h后出水進入V型砂濾池,最后出水排放。

1.3試驗方法

1.4分析方法

(1)CODCr采用快速密閉催化消解法測定。

(2)PS采用碘量法測定。

(3)SS采用103～105℃烘干廢水中不可濾殘渣法測定。

(4)pH值采用玻璃電極法測定。

2結果與討論

2.1SR-AOPs對CODCr的去除效果

采用SR-AOPs進行深度處理,控制PS與Fe2+的摩爾比為2∶1、1∶1、2∶3進行試驗,各工藝段出水CODCr含量及CODCr去除率如圖2所示。

圖2　PS與Fe2+不同摩爾比對出水CODCr含量及CODCr去除率的影響

由圖2可知，廢水(CODCr為85～110 mg/L)經過SR-AOPs處理,高級氧化塔、離子沉淀池、V型砂濾池各段出水CODCr含量依次減少。最終出水CODCr含量降低到50 mg/L以下,CODCr去除率基本能夠達到50%以上。說明SR-AOPs能夠有效處理廢水,保證出水CODCr達到GB3544—2008排放標準的要求。

(1)

此外,離子沉淀池中形成CaSO4、Fe(OH)2及Fe(OH)3沉淀物對廢水中的有機物也有一定吸附絮凝作用,能夠對CODCr的去除起到一定作用。V型砂濾池對廢水中的沉淀物以及SS有很好的截留作用,也能去除部分CODCr。

圖3為PS與Fe2+不同摩爾比對出水PS的剩余量和CODCr去除率的影響。由圖3可知,出水PS均有所剩余。在同一PS用量時,PS剩余量在PS與Fe2+摩爾比為1∶1時比2∶1時低,而CODCr去除率在PS與Fe2+摩爾比為1∶1時比2∶1時要高,說明體系中PS沒有得到充分的活化利用。通過增加Fe2+用量能夠提高PS的利用率,因此在PS有剩余的條件下,增加Fe2+用量,可以提高CODCr去除率。同時PS的剩余量越低,COD去除率越高。PS的剩余量越低,說明PS的利用效率越高,產生的自由基越多,系統的氧化效率越高,能更好地去除CODCr。

(2)

圖4　PS與Fe2+不同摩爾比對去除效果的影響

表2　廢水和出水的pH值及SS

表3　SR-AOPS運行費用分析　元/t

2.3出水pH值和SS

由表2可知,廢水pH值為近中性,在經過SR-AOPs后,出水pH值有了一定的增大,在8.5～9.5內,顯示出弱堿性。主要原因是在離子沉淀池中,Ca(OH)2的加入顯著提高了廢水的pH值。出水pH值超過標準的只需加入少量的H2SO4調節降低即可達標。廢水SS濃度較低,經檢測其濃度一般為10～15 mg/L,在處理過程中高級氧化塔及離子沉淀池有大量鐵泥和沉淀物的生成,會導致SS增加,但是V型砂濾池對水中的沉淀物以及SS有很好的截留作用,最終出水SS均少于5 mg/L。

2.4SR-AOPs運行費用分析

SR-AOPs運行費用主要來自投加物品以及能耗。物耗：工業級Na2S2O8(PS)為6500元/t,FeSO4·7H2O為300元/t,Ca(OH)2為500元/t；能耗：主要為電耗,估算為0.1元/t。PS與Fe2+不同用量下SR-AOPs具體運行費用如表3所示。

3結論

3.2保持PS與Fe2+摩爾比不變,CODCr去除率隨著其用量的增加而增加。在PS有剩余的情況下,增加Fe2+的用量,能夠提高CODCr去除率。PS剩余量越低,SR-AOPs系統中的氧化效率越好,CODCr去除率越高。

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(1.CollegeofEnvironmentandEnergy,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou,GuangdongProvince, 510006;

2.StateKeyLabofPulpandPaperEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou,GuangdongProvince, 510640;

3.TheKeyLabofPollutionControlandEcosystemRestorationinIndustryClusters,MinistryofEducation,SouthChina

UniversityofTechnology,Guangzhou,GuangdongProvince, 510006)

(*E-mail: ppjqwan@scut.edu.cn)

Abstract：The SR-AOPs advanced oxidation process based on sulfate radical which was produced from sodium persulfate activated by Fe2+was applied to treat the secondary effluent of papermaking wastewater( CODCr85～110 mg/L ), the process consisted of advanced oxidation tower, ion sedimentation tank and sand filter. The results of pilot trial showed that SR-AOPs were efficient for advanced treatment of papermaking wastewater. Under the optimum condition, PS (sodium persulfate activated by Fe2+)dosage was 1.5 mmol/L, Fe2+dosage was 2.25 mmol/L, PS∶Fe2+ratio was 2∶3, CODCrof effluent was reduced to 31.2 mg/L, CODCrremoval rate reached 70%, SS was less than 5 mg/L,was 203.5 mg/L, the quality of effluent reached the papermaking wastewater discharge regulation GB3544—2008, and the treatment cost was about 2.831 yuan/t.

Key words：papermaking wastewater；advanced oxidation；sulfate radical； Fe2+

基金項目：國家自然科學基金(No51208206)；廣東省戰略新型產業項目(No2012A032300015)；中央高校基本業務費(No2013ZZ0031)。

收稿日期：2014- 07- 31(修改稿)

中圖分類號：X793

文獻標識碼：A

文章編號：0254- 508X(2015)01- 0001- 05

作者簡介：萬金泉先生,教授,博士生導師；主要研究方向：制漿造紙污染控制理論與技術。

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