芬顿氧化+生化工艺处理精细化工废水工程实例

刘华锋 魏利军 刘金刚 刘银亚

摘要：河南省新乡市某精细化工企业生产废水COD为3090mg/L、BOD5为731 mg/L，BOD/COD=0.24<0.3，可生化性差。采用芬顿氧化处理废水的生化性提高，后续采用生化工艺处理。生化处理采用厌氧生物滤池、生物接触氧化和生物活性炭滤池联合处理，该组合工艺的显著特点污泥浓度高、污泥龄长、污泥停留时间与水力停留时间相互独立，对有毒、难降解污染具有较强的适应性和降解能力。调试完成后，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准，运行稳定。

关键词：精细化工废水;芬顿氧化;厌氧生物滤池;接触氧化;生物活性炭滤池

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）12-00-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.12.030

Fenton oxidation + biochemical process for the treatment of fine chemical wastewater engineering example

Liu Huafeng1，Wei Lijun2，Liu Jingang1，Liu Yinya1

（1.Zhengzhou Zhengrong Environmental Protection Technology Co.，Ltd.，Zhengzhou Henan 450015，China;

2.Shaanxi Light Industry Research and Design Institute，Xian Shaanxi 710054，China）

Abstract：The production wastewater COD of a fine chemical enterprise in Xinxiang City， Henan Province is 3090 mg/L， BOD5 is 731 mg/L，BOD/COD=0.24<0.3，and the biodegradability is poor. Fenton oxidation is used to improve the biochemical properties of wastewater，and biological treatment of biochemical wastewater. Biological treatment adopts the combined treatment of anaerobic biological filter， biological contact oxidation and biological activated carbon filter.The salient features of this combined process are high sludge concentration， long sludge age， sludge residence time and hydraulic residence time are independent of each other.The refractory pollution has strong adaptability and degradability. After the commissioning is completed， the effluent quality meets the Grade A standard of “Emission Standard of Pollutants for Urban Sewage Treatment Plants” （GB 18918-2002）， and the operation is stable.

Key words：Fine chemical wastewater; Fenton oxidation;Anaerobic biological filter;Contact oxidation;Biological activated carbon filter

1 工程概况

河南省新乡市某精细化工企业主要从事苯乙酸生产，其废水主要来源为生产车间的工艺生产排水、冲洗水等。该企业在其产品生产过程中副产物和部分原料随废水直接排出，造成生产废水中的污染物含量高且组分复杂，废水水质特点为高COD、高NH3-N、可生化性低，且有一定的毒性，对生物处理具有抑制作用，不能直接采用生物处理。

2 设计规模及水质

该企业生产废水量约为40m3/d，废水中的污染物以苯酚、有机胺和少量的氰，根据该企业提供水样，经检测，其水质主要指标如表1所示。

根据环保部门对企业的要求，处理后出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A标准。

3 废水处理工艺

3.1 废水处理工艺选择

该企业废水CODCr约为3 090mg/L，BOD为731mg/L，BOD5/CODCr为0.24，不宜直接采用生物处理，且废水中苯酚、有机胺和少量的氰等污染物对微生物有毒或抑制的有机物。处理含有有毒、難降解有机物的精细化工废水，采用有效的有毒污染物脱毒或毒性削减预处理措施是实现其达标排放的关键 [1]。

芬顿氧化通过二价铁离子（Fe2+）和双氧水之间的链反应催化生成羟基自由基，具有较强的氧化能力，特别适用于有毒、难降解的有机废水的氧化处理。芬顿氧化使废水中的有毒、难降解有机物发生氧化分解转化，提高其可生化性、降低废水的毒性，作为难降解废水生物处理的预处理，为后续生物处理奠定有利条件。

具体处理工艺流程如图1所示。

主要处理构筑物作用及处理机理如下：

3.1.1 芬顿氧化塔

芬顿氧化是降低废水毒性、提高可生化性的有效处理措施。芬顿氧化法具有很强氧化能力，其产生的·OH具有极强的氧化能力，能把有机氮及氨氮氧化转化为氮气、亚硝氮及硝氮，具有一定的脱氮能力;对废水中的苯系物去除效率很高，能把废水中的有毒有害难降解有机污染物分解转化为无毒且易生化处理的小分子有机物，处理后废水的BOD/COD能提高至0.5以上，从而提高废水的可生化性[2]。

经过芬顿氧化处理，废水的可生化性提高、毒性降低，使废水水质适宜于采用生化工艺处理。在处理难降解有机废水的工艺中，生物处理法因其处理成本低，不产生二次污染，适应大水量的处理等优点，仍然是各种难降解有机废水的主体工艺。对于高浓度废水，通常采用厌氧生物处理+好氧生物处理+深度处理的组合工艺，才能到达排放标准要求。

3.1.2 厌氧生物滤池

厌氧生物滤池内填料是固定的，微生物通过在填料表面形成的生物膜和填料内形成微生物聚集体的方式保留下来，与水力停留时间相分离，能够维持滤池内厌氧污泥的浓度，延长污泥的停留时间。同时，微生物种群随水流方向呈现规律性分布：污泥浓度由高逐渐变低，细菌由以发酵菌和产酸菌为主到产乙酸菌和产甲烷菌逐渐增多并占主导地位。厌氧污泥在滤层内的有规律的分布还使得反应器对有毒物质的适应能力较强，可生物降解的毒性物质在反应器内的浓度也呈现出规律性的变化，加之厌氧生物膜形成多种菌群的良好共生体，因此，在滤层内易于培养出适应有毒物质的厌氧污泥，对有毒物质的去除效率和允许的污染物浓度较高;同时也具有较强的抗冲击负荷能力。特别是对于苯类等特征污染物，由于其不活泼的C-H、C-C键与苯环之间的共振能量具有很强的稳定性，不容易获得电子，因而需要较长停留时间的完全厌氧条件才能使其转化降解。厌氧生物滤池较长的污泥停留时间和对有毒物质具有良好的去除和转化能力，非常适合用于低生化性废水的处理。[3]

3.1.3 生物接觸氧化

生物接触氧化作为一种好氧生物处理工艺，接触氧化池内置有柔性填料，经充氧的污水将填料浸没，并以一定的速度流经填料，生物膜布满填料，通过与污水的接触，由微生物代谢将污染物降解或去除。附着填料表面的生物膜中同时存在好氧菌、厌氧菌和兼性菌，细菌种群丰富、生物链长，对污染物降解较为彻底;污泥浓度高、耐冲击负荷能力强;对难降解有机物分解能力较强，特别是丝状微生物能够有效地分解水中芳香类化合物的苯环结构[4];污泥龄长、污泥产量少;氧利用率高，曝气动力消耗低;运行费用低，设备易操作、易维修。基于以上特点，接触氧化法被广泛用于生活污水及工业废水处理[5]。

3.1.4 生物活性炭滤池

生物活性炭滤池适用于低浓度有机物的深度处理。低浓度污染物微生物降级反应速率很低，由于生物活性炭滤池对水中有机污染物有较好的吸附性能，炭表面对有机物的富集，提高了微生物的降解速率。同时，利用微生物降解吸附到活性炭上的有机污染物，使活性炭对污染物具有持续的吸附能力。生物活性炭运行稳定，去除率高，可去除活性炭和微生物单独处理作用时不能去除的污染物。由于活性炭对溶解氧和污染物的吸附，为其反应提供了有利条件，促进了有机物生物的降解。活性炭对水中有毒物质的吸附，提高了处理工艺的耐冲击负荷能力。生物活性炭滤池可用于污水处理的末端，使出水达到较优质的水质指标，以满足日益严格的达标排放要求。[6]

3.2 主要构筑物及设计参数

（1）调节池：有效容积20m3，水力停留时间12h，尺寸为4.2×2.4×2.5m，超高0.5m，钢砼防腐。

（2）铁炭微电解池：有效池容16m3，水力停留时间4h，尺寸为Φ1.8×3.0m，超高0.5m，采用成品玻璃钢罐，设有硫酸亚铁和双氧水投加口和pH监测点。

（3）pH调节池：有效容积1.0m3，水力停留时间0.6h，尺寸为Φ1.08×1.7m，采用成品PE罐，带防腐搅拌，投机石灰溶液，调pH值至8～9，设有pH监测点。

（4）一沉池：有效容积1.67m3，水力停留时间1.0h，尺寸为Φ1.2×2.3m，底部锥高0.5m，上部超0.3m。

（5）中间水罐：有效容积1.0m3，水力停留时间0.6h，尺寸为Φ1.08×1.7m，采用成品PE罐。

（6）厌氧生物滤池：有效容积10m3，水力停留时间6h，尺寸为2.4×2.4×3.0m，超高0.5m，底部布水层高度0.5m，钢砼防腐。

（7）接触氧化池：有效容积10m3，水力停留时间6h，尺寸为2.4×2.4×3.0m，超高0.5m，底部布水层高度0.5m，钢砼防腐。

（8）二沉池：效容积2.5m3，水力停留时间1.0h，尺寸为Φ1.2×3.05m，底部缀高0.5m，上部超0.3m，采用整体玻璃钢材质。

（9）生物炭：有效容积2.5m3，水力停留时间1.5h，尺寸为1.6×1.6×2.0m，超高0.5m，底部布水层高度0.5m，采用整体玻璃钢材质。

4 运行处理效果

本工程经过近6个月的运行调试，由于产能负荷变化等原因导致水量、水质波动，对废水处理生化系统造成一定的冲击。废水处理系统对冲击的适应性能良好，目前出水各项指标均满足GB 18918-2002的一级A标准，具体出水水质指标如表2所示。

5 处理成本分析

该废水处理运行成本约5.36元/t，废水处理成本包括药剂费、水电费、人工费、污泥处置费等，不包括设备折旧费、维修费等。

6 结语

（1）采用芬顿氧化+生物处理工艺处理低生化性化工废水，其出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A标准。该工艺操作灵活、运行稳定，具有较强的抗冲击负荷能力，运行成本及动力消耗相对较低。

（2）对于可生化性较差的化工工业废水，采用芬顿氧化作为其生物处理段的预处理工艺，能较好地改善废水的可生化性、降低和去除废水毒性，为后续生化处理创造有利条件。

（3）在处理难降解有机废水的工艺中，生物处理法因其处理成本低、出水水质好、不产生二次污染、适用范围广等优点，仍然是各种难降解工业有机废水的主体工艺。

参考文献

[1]韦朝海，何勤聪，帅伟，等.精细化工废水的污染特性分析及其控制策略[J].化工进展，2009，28（11）：2047-2051.

[2]赖波，秦红科，周岳溪，等.铁碳微电解预处理ABS凝聚干燥工段废水[J].环境科学，2011，32（04）：1055-1059.

[3]潘涛，李安峰，杜兵，等.废水污染控制技术手册[M].北京：化学工业出版社，2012，883-888.

[4]赖波，周岳溪.ABS废水中芳香类污染物在微电解处理前后的荧光特征变化[J].环境工程技术学报，2012，2（2）：90-95.

[5]姜瑞，于振波，李晶，等.生物接触氧化法的研究现状分析[J].环境科学与管理，2013，38（5）：61-63.

[6]潘涛，李安峰，杜兵，等.废水污染控制技术手册[M].北京：化学工业出版社，2012，845-853.

收稿日期：2020-10-03

作者简介：刘华锋（1985-），男，本科，注册环保工程师，研究方向为污水处理、工业废水等污染治理。