芬頓氧化法在亞麻制漿污水處理工藝新應用的實踐與分析

高寶田

（齊河縣人力資源和社會保障局 山東齊河 251100）

1 前言

1893年，化學家芬頓發現，將Fe2+和H2O2按照一定摩爾比例混合后，新產生的混合物在某個pH區間具有強氧化性，可以將絕大多數的有機物徹底氧化為H2O、CO2等無機物，這些有機物包括苯系物、醇類、有機酸類、酯類等。

芬頓氧化核心反應式為：

近年來，芬頓氧化法在禾草制漿廢水深度處理方面也有較多應用。但大量的工程表明，如果使用該氧化法將生化工藝出水直接處理至達標，噸水費用較高，其原因是，其一，禾草制漿廢水生化處理后出水CODcr仍然較高，一般在450至650mg/L，所以構成芬頓氧化反應所需的H2O2、FeSO4以及輔助化學藥劑H2SO4和NaOH的投加量較大；其二，H2O2和NaOH價格較高。

本文以河北邢臺某亞麻制漿廠污水處理工程為例，通過對芬頓氧化單元運行方式（工藝位置和投藥量）改變前后的效果對比，重點闡述通過改變芬頓氧化處理單元運行方式，同樣使處理水達標的實踐過程以及相應理論分析。

2 工程背景

該制漿廠以亞麻為原料，采用堿法制漿，生產漂白漿板。廢水進入處理設施前，已經進行黑液提取，提取率為85%左右。進入污水處理設施的水量為550t/d。當地環保部門要求該企業將廢水CODcr和BOD5處理至200mg/L和50mg/L以下，以及將色度處理至30倍以下后排入市政污水處理系統。原有污水處理設施的主要工藝流程為：

圖1 污水處理設施的主要工藝流程

3 芬頓單元運行方式改變前的基本運行狀況

3.1 處理原水量 550 t/d

3.2 芬頓氧化單元噸水藥劑投加量及費用表

表1 芬頓氧化單元噸水藥劑投加量及費用表

3.3 各污染指標去除率表

表2 各污染指標去除率表

4 芬頓氧化單元運行方式改變后效費狀況

4.1 處理原水量

550 t/d

4.2 工藝流程的改變

通過管路的調整，將芬頓氧化單元的工藝順序由原來的工藝末端改變為在UASB反應器之后，UASB反應器出水經過芬頓氧化單元處理后再進入好氧生化池，而不是圖1所示UASB出水直接進入好氧生化池。同時芬頓氧化單元的投藥種類不變，但投藥量大幅度降低。

圖2 芬頓氧化單元運行流程圖

4.3 芬頓氧化單元噸水藥劑投加量的改變及費用表

表3 芬頓氧化單元噸水藥劑投加量的改變及費用表

4.4 各污染指標去除率

表4 各污染指標去除率

5 數據說明及理論分析

5.1 數據說明

5.1.1 芬頓氧化單元運行方式改變前后，該單元及整個系統處理水量均為550t/d。

5.1.2 表4顯示，芬頓氧化單元的運行方式，即工藝位置和投藥量改變后，好氧生化系統處理水仍然能夠達到當地政府部門要求進行排放。

5.1.3 表2顯示，芬頓氧化單元工藝位置改變前，好氧生化池進水的B/C，即BOD5與CODcr的比值為20%～26%；而表4顯示，芬頓氧化單元工藝位置改變后（變為放置在UASB與好氧生化池之間，直接處理UASB出水），好氧生化池進水的B/C為47%～49%。

5.1.4 表3與表4對比顯示，芬頓氧化單元工藝位置改變前后，好氧生化池進水的CODcr濃度變化不大，但芬頓氧化單元工藝位置改變后，好氧生化池進水的B/C大幅度提升。

5.1.5 表1和表3對比顯示，芬頓氧化單元的運行方式改變后，在達到同樣處理效果的前提下，其投藥量大幅度降低，使該單元本身噸水運行費用由原來的4.74元降至2.26元，同時未增加污水處理設施其它運行費用，經濟效益非常顯著。

5.2 理論分析

芬頓氧化單元由直接處理好氧生化系統出水至達標排放，改變為：該單元放置在UASB反應器之后，UASB反應器出水經過芬頓氧化單元處理后再進入好氧生化池。這是在保證廢水達到當地排放要求的前提下，使投藥量降低，節省運行費用的關鍵工藝措施。

其根本機理是：UASB反應器出水經過芬頓氧化單元低藥量處理后，B/C大幅上升，為好氧生化池生化反應提供了必要條件，在其它諸如曝氣、水力停留時間等運行因素不變的情況下，挖潛了微生物對有機物的降解潛能。

廢水B/C代表指廢水生化處理的難易程度，此值越高，說明廢水越容易進行生化處理。一般認為，B/C大于0.3的廢水為易生化廢水。

制漿廢水含有較多難以生化的物質，其中木質素占絕對比重。木質素為芳香性高聚物，含有大量苯環。苯環非常穩定，生化處理時，微生物難以將其開環，并且在檢測中能夠表現為較高的CODcr。如果能將木質素所含有的苯環的C=C鍵和C—C鍵打開，使之成為直鏈分子，木質素就會變為易于生化降解的新物質，表現為廢水B/C大幅度上升。此時，好氧生化處理單元會很容易使其分解為水和二氧化碳等物質，從而去除其體現的CODcr，使廢水達標。

目前，以芬頓氧化為代表的高級氧化法是去除芳香性高聚物的有效途徑之一。一般的做法是，使用芬頓氧化單元對好氧生化后的處理水直接處理，并至達標排放，而不考慮通過提升進入好氧生化單元廢水的B/C，以及和好氧生化協同聯合的方式實現達標排放，從而致使噸水運行費用很高。

但本工程的改進恰恰旨在通過芬頓氧化單元僅將木質素等難降解物質分子所含苯環打開，以提高進入好氧生化處理廢水的B/C，進而在協同好氧生化處理，使廢水達到排放要求。

對于僅僅提升B/C而言，芬頓氧化單元并不像直接處理好氧生化池出水那樣，需要太多的藥劑。以木質素為例，如果將其全部去除，需用芬頓氧化單元藥劑將其所含的所有碳氫等原子全部轉化為二氧化碳和水等，藥劑消耗量很大。但是如果僅將其開環提升B/C，則只需少量藥劑即可。

6 結語

該廠污水處理工程改變芬頓氧化單元運行方式的實際運行結果表明：該單元在投藥量較低的情況下，能夠使進入好氧生化單元廢水的B/C得到大幅度提高，同時在好氧生化單元的協同作用下，能夠使廢水按照要求排放。本文認為此種方案是可行的，有一定的示范意義。

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