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回用城市生活污水处理技术

2015-03-21

Fenton氧化是指由H2O2和Fe2+的结合，二者反应生成氧化能力很强的·OH自由基，可以氧化水中大多数有机物，能将大分子有机物降解为小分子有机物或完全矿化[1]，具有操作简单、反应迅速，且无二次污染等优点[2]。针对生活污水生化处理的缺点，本研究将采用纯物化的方法对生活污水进行回用处理，达到快速处理的目的。

1试验材料与方法

1.1试验药剂

聚合硫酸铁（SPFS）、聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铝铁（PAFS）、H2O2、硫酸铁、硫酸亚铁、聚丙烯酰胺（PAM）、硫酸、氢氧化钙。

1.2试验污水水质

试验用水来源于小区生活污水管路排水，由于不同时段水质波动较大，多次取样充分混合后测定其指标平均值，水质如表1所示。

表1污水水质

1.3污水处理回用流程

生活污水处理流程如图1所示：通过隔栅去除生活污水大颗粒固体及垃圾，之后采用混凝沉淀法对废水中大颗粒悬浮物、固体COD进行去除。出水调pH后进入Fenton氧化反应器，以Fe2+和Fe3+作为催化剂催化过氧化氢分解产生·OH，去除水中溶解性COD。氧化出水加入氢氧化钙调pH至8-10并加入聚丙烯酰胺（PAM）进行混凝，用以去除水中过量的总磷及残余有机物。混凝沉淀后的上清液通过折点氯化法进行脱氮处理，出水经过消毒灭菌后作为城市杂用水回用。本文将以混凝和Fenton氧化为重点研究对象，并对其条件进行优化。

图1工艺流程

1.4水质检测方法

COD的测定方法：重铬酸钾法；氨氮的测定方法：纳氏试剂比色法；固形物的测定方法：重量法；磷酸盐的测定方法：钼锑抗分光光度法；BOD5的测定方法：稀释与接种法；总大肠杆菌群：多管发酵法。

2试验结果与讨论

2.1生活污水混凝试验

生活污水含有较多的固体悬浮物，这也是造成生活污水CODCr、浊度较高的主要原因。本研究采用混凝沉淀法去除废水中悬浮物，选用聚合硫酸铁（SPFS）、聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铝铁（PAFS）、硫酸铁、复配混凝剂Ⅰ和复配混凝剂Ⅱ对生活污水进行混凝处理，试验结果如图2所示：

由图2可以看出FP-1混凝剂混凝效果最好，在进水COD浓度为350mg/L时，出水COD浓度可以降至110mg/L左右，COD去除率可以达到68.2%。FP-1混凝剂为本公司研发的混合混凝剂，主要成分为硫酸铁、聚合硫酸铝铁和聚合硫酸铁，因此选择复配混凝剂FP-1对生活污水原水进行混凝。

2.2混凝出水Fenton氧化试验

生活污水经过混凝沉淀后大部分悬浮固体及有机物得以去除，剩余溶解性有机物拟通过Fenton氧化进行去除，本研究通过大量试验对Fenton氧化条件进行优化。

（1）Fenton氧化pH及反应时间的确定

混凝出水COD约为110mg/L，以混凝出水作为原水进行Fenton氧化试验。设定过氧化氢（30%）加入量为0.1%，催化剂采用硫酸亚铁，考察不同反应pH对Fenton氧化的影响，试验结果如图3所示。

结果表明：在反应pH为3时，反应120min之后COD去除率达到66.3%，Fenton氧化效果最好，反应pH为4时反应120min后COD去除率可达65.5%，Fenton氧化效果随着pH的升高逐渐降低。分析原因是因为pH值过高时，OH-会直接抑制·OH的生成，同时Fe3+和Fe2+也会以氢氧化物的形式沉淀而降低或失去催化作用。在pH为4，反应时间80min时，COD去除率为62.5%，剩余COD浓度约为40mg/L，BOD5浓度小于20mg/L，已经满足城市杂用水水质要求。因此，确定反应pH为4，反应时间80min。

（2）Fenton氧化H2O2加量的确定

设定Fenton氧化pH为4，反应时间80min，催化剂采用硫酸亚铁，考察不同H2O2（30%）加入量对COD去除率的影响，试验结果如图4所示。

由图4可以看出：Fenton氧化COD去除率随H2O2（30%）加入量的增加而升高，当H2O2（30%）加入量为0.1%时COD去除率为63.1%，COD降至40mg/L以下，满足城市杂用水水质要求。过氧化氢加量继续增加，COD去除率增幅逐渐减小，分析原因可能H2O2作为·OH的捕捉剂也会消耗·OH，过氧化氢的用量过高时，无效降解也变得越来越严重。因此确定Fenton氧化的最佳过氧化氢的加入量为0.1%。

图4H2O2加量对COD去除率的影响

（3）Fenton氧化催化剂的选择

Fenton试验结果表明：采用硫酸亚铁作为催化剂，氧化后混凝效果较差，出水中含有较多的Fe2+，呈黄绿色。因此考虑筛选一种类Fenton催化剂，能够提高催化氧化效率或者提高氧化后混凝效果，试验结果如图5所示。

图5Fenton氧化催化剂的筛选

由图5可以看出采用锰砂或废铁屑作为催化剂，催化效率远低于硫酸亚铁。采用混合催化剂，Fenton氧化COD去除率达到62.2%，略低于硫酸亚铁的63.6%，混合催化剂为含FeSO4和Fe2（SO4）3的混合物，催化效率虽然略低，但是废水氧化后易进行混凝沉淀，出水澄清。因此，选用混合催化剂催化Fenton氧化反应。

（4）Fenton氧化催化剂加量的确定

设定H2O2（30%）加入量为0.1%，反应pH4，反应时间80min，催化剂为混合催化剂，考察催化剂加量对Fenton氧化的影响，试验结果如图6所示。

图6催化剂加量对COD去除率的影响

由图6可以看出：在0-0.2g/L范围内，COD去除率随着催化剂加量的增加而迅速升高，当催化剂加量为0.2g/L时COD去除率最高为63.8%，之后随着催化剂加量的继续增加，COD去除率呈逐渐降低的趋势。这是由于催化剂加量过多，会造成过氧化氢的无效分解，反而不利于Fenton氧化的进行，同时会造成混凝泥量大增。因此，确定催化剂的加入量为0.2g/L。

3污水的后续处理

通过混凝沉淀-Fenton氧化-混凝沉淀后，污水的主要指标COD、BOD5、悬浮物、总磷等均达到城市杂用水回用要求，只是氨氮浓度仍为30mg/L左右，因此采用折点氯化法对水中过量氨氮进行去除。脱氮后将污水进行消毒处理，水质完全达到城市污水再生利用城市杂用水水质（B/T18920-2002）标准，如表2所示。

表2处理后生活污水水质

4结论

完全采用物化法对小区生活污水进行快速处理回用，以减少外部环境对污水处理效果的影响。筛选了适用于生活污水的FP-1复配混凝剂，有效降低生活污水中的固体悬浮物、COD等指标。对于溶解性有机物、胶体等采用Fenton氧化对其进行去除，通过大量试验得出了Fenton氧化的优化条件为：pH4，反应时间80min，过氧化氢（30%）的加入量0.1%（体积分数），催化剂采用FeSO4和Fe2（SO4）3混合催化剂，催化剂加量为0.2g/L。经过后续折点氯化、消毒灭菌等工艺处理，污水水质达到城市污水再生利用城市杂用水水质（B/T18920-2002）标准。此法虽然成本稍高，但仍具有良好的应用前景。