技术支持
技术资料你的位置:主页 > 技术支持 > 技术资料 >

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。