CN110723869A - 基于预氧化剂的改进型芬顿污水处理方法 - Google Patents

基于预氧化剂的改进型芬顿污水处理方法 Download PDF

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Abstract

基于预氧化剂的改进型芬顿污水处理方法，所述方法包括：在待处理的污水中加入漆酶、辣根过氧化物酶、化学模拟酶和双氧水，对污水进行预氧化处理；在预氧化处理后的污水中加入硫酸亚铁和双氧水，对污水进行二级常规芬顿氧化处理；在二级常规芬顿氧化处理后的污水中加入碱和聚丙烯酰胺进行中和脱气；对中和脱气的污水进行沉降分离。本发明大幅度降低了硫酸亚铁和液碱的添加量，使芬顿污泥的产量明显降低，减小后期的碱液用量，经过压滤机进行脱水处理后整个污水处理过程中污泥量大幅度减少，减轻了污泥处置的难度和运行成本；同时还具有去除效率高、受温度影响小、对酸碱环境要求低、操作简单的优点。

Description

基于预氧化剂的改进型芬顿污水处理方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，特别涉及基于预氧化剂的改进型芬顿污水处理方法。
背景技术
污水处理过程是采用各种手段使污水被净化的过程，芬顿氧化是污水处理的一个重要手段，其主要是一种以芬顿试剂进行化学氧化的废水处理方法。芬顿试剂是由H2O2和Fe2+混合而成的一种氧化能力很强的氧化剂。其氧化机理主要是在酸性条件下(一般pH<3.5)，利用Fe2+作为H2O2的催化剂，生成具有很强氧化电性且反应活性很高的·OH，羟基自由基在水溶液中与难降解有机物生成有机自由基使之结构破坏，最终氧化分解。同时Fe2+被氧化成Fe3+产生混凝沉淀，将大量有机物凝结而去除。芬顿氧化技术具有快速高效、可产生絮凝、设备简单、处理效果好等优点而得到了广泛的发展和应用。
但是现有的芬顿氧化处理方式也存在一定的弊端，在处理前，需要严格的控制水质为酸性，同时在污水处理的过程需要添加的药剂的量较大，运行成本高；另外芬顿氧化的处理效率较低，由于添加的药剂较多，因而还存在铁泥产生量大的问题。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供了基于预氧化剂的改进型芬顿污水处理方法，具体技术方案如下：
基于预氧化剂的改进型芬顿污水处理方法，基于预氧化剂的改进型芬顿污水处理方法，所述方法包括：
在待处理的污水中加入漆酶、辣根过氧化物酶、化学模拟酶和双氧水，对污水进行预氧化处理；
在预氧化处理后的污水中加入硫酸亚铁和双氧水，对污水进行二级常规芬顿氧化处理；
在二级常规芬顿氧化处理后的污水中加入碱和聚丙烯酰胺进行中和脱气；
对中和脱气的污水进行沉降分离。
进一步地，所述漆酶、辣根过氧化物酶、化学模拟酶的添加量为5ppm，所述双氧水的添加量为1～1.5％％。
进一步地，所述漆酶、辣根过氧化物酶、化学模拟酶添加的比例为(1.5～2.8):(1.6～2.4):(0.5～1.5)。
进一步地，所述在预氧化处理后的污水中加入硫酸亚铁和双氧水包括：
加入16～20％％的硫酸亚铁、4～8％％的双氧水，氧化1～2小时；
加入5～9％％的硫酸亚铁、2～4％％的双氧水，氧化1～2小时。
进一步地，所述预氧化处理是在pH＝4～6的微酸性环境下，且通过曝气的方式通入所述漆酶、辣根过氧化物酶、化学模拟酶和双氧水。
进一步地，所述二级芬顿氧化处理和中和脱气处理是在pH＝4的酸性环境下。
进一步地，所述碱的添加量为2～4％％，所述聚丙烯酰胺的添加量为1～2％％，且所述碱、所述聚丙烯酰胺采用隔膜泵添加。
进一步地，所述对中和脱气的污水进行沉降分离包括采用沉降器进行沉淀物与水的分离。
本发明的有益效果是：在原有的芬顿氧化的基础上，以添加酶制剂的方式增设预氧化的过程，不需要对原有工艺、设备做改造，大幅度降低了硫酸亚铁和液碱的添加量，使芬顿污泥的产量明显降低，减小后期的碱液用量，经过压滤机进行脱水处理后整个污水处理过程中污泥量大幅度减少，减轻了污泥处置的难度和运行成本；同时还具有去除效率高、受温度影响小、对酸碱环境要求低、操作简单的优点。
附图说明
图1示出了本发明实施例的基于预氧化剂的改进型芬顿污水处理方法流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种基于预氧化剂的改进型芬顿污水处理方法，示例性的，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
步骤一：在待处理的污水中加入漆酶、辣根过氧化物酶、化学模拟酶和双氧水，对污水进行预氧化处理；
具体的，在室温(18～28℃)且pH＝4～6的微酸性环境下，通过曝气的方式在待处理的污水中加入剂量为5ppm(百万分比浓度)的酶制剂和1～1.5％％的双氧水，其中的酶制剂包括漆酶、辣根过氧化物酶、化学模拟酶；且其添加的比例为(1.5～2.8):(1.6～2.4):(0.5～1.5)；优选的，所述漆酶、辣根过氧化物酶、化学模拟酶添加的比例为1.8:2.2:1；另外本发明中所采用的漆酶活力大于等于2000u/ml，所采用的辣根过氧化物酶活力大于等于3000u/ml，所采用的化学模拟酶包括配体与金属离子构成的模拟氧化还原酶。
本发明通过曝气的方式向废水中充入酶制剂和双氧水，利用曝气的方式补充废水中的氧气，使补充的氧气与添加的双氧水、有机物反应，对有机物进行催化氧化处理，其氧化产物分散在水中；本发明酶制剂的催化原理为该酶制剂激发双氧水释放羟基自由基，提高羟基自由基浓度，且该酶制剂螯合的铁离子利用氧气和双氧水，对有机物进行催化氧化处理，加强氧化反应，有机物氧化产物分散在水中。本发明的酶制剂尤其对含苯环、酯类、酚类化合物及稠环芳烃等存在共轭效应的分子作用显著。式1示出了酶制剂与苯环、酚类化合物的反应机理，示例性的，如下式1所示。
Figure BDA0002226180650000041
式2示出了酶制剂与多环芳烃的反应机理。示例性的，如下式2所示
Figure BDA0002226180650000042
一般含苯环、酯类、酚类化合物及稠环芳烃等这类物质一般难降解，是COD、色度的主要贡献者。由上式可以看出本发明的酶制剂可以通过提高稳态羟基自由基的浓度，催化酚类、稠环芳烃等难降解化合物聚合或裂解，加速此类COD贡献物沉淀、消除，提高污水处理的效率。
步骤二：在预氧化处理后的污水中加入硫酸亚铁和双氧水，对污水进行二级常规芬顿氧化处理；
具体的，在室温且pH＝4的酸性条件下，将步骤一处理后的污水中加入16～20％％的硫酸亚铁、4～8％％的双氧水，氧化1～2小时；而后再加入5～9％％的硫酸亚铁、2～4％％的双氧水，氧化1～2小时。优选的，在步骤一处理后的污水中加入18％％的硫酸亚铁、6％％的双氧水，氧化1小时；而后再加入7.2％％的硫酸亚铁、3％％的双氧水，氧化1小时。
本发明中的对酸性的要求为pH＝4，相对于传统的芬顿氧化处理(要求pH＜3.5)来说，对酸性环境的要求降低。同时采用两段式的分段添加硫酸亚铁和双氧水进行氧化的方法，相对于一次性添加所有的试剂而言，可使氧化的更加充分；提高污水处理效果。另外相对于传统的芬顿氧化，本发明的硫酸亚铁和双氧水的添加量大幅度减少，可降低铁泥的产量。
步骤三:在二级常规芬顿氧化处理后的污水中加入碱和聚丙烯酰胺进行中和脱气；
具体的，在室温、pH＝4的酸性条件下，通过隔膜泵向步骤二处理后的污水中添加碱和聚丙烯酰胺，对污水进行中和脱气；其中所述碱的添加量为2～4％％，所述聚丙烯酰胺的添加量为1～2％％。
步骤四：对中和脱气的污水进行沉降分离。
具体的，采用沉降器对步骤三处理后的污水进行沉淀物与水的分离。
本发明通过以下实施例对发明的效果进行验证。
实施案例一：
取某工业园区产生的污废水进行实验。操作步骤如下：
1、将废水分成10组，标号0～9，每组样品的废水取样为100ml。
2、在pH＝5的微酸性条件下，利用曝气充入酶制剂和双氧水，使曝气进入的氧气和双氧水与有机物反应，对有机物进行催化氧化处理，其氧化产物分散在水中；
3、在pH＝4酸性条件下，添加硫酸亚铁和双氧水进行二级常规芬顿氧化处理，经过中和脱气后，生成污泥絮凝体与水体中氧化中间产物一起沉淀出来；
4、用沉降器将沉淀物与水分离。
10组实验中各种添加剂的添加量与检测的结果如下表1所示：
表1酶制剂辅助Fenton工艺TOC去除小试
Figure BDA0002226180650000061
由表1可以看出，酶制剂结合Fenton(芬顿)氧化处理方法具有一定的优势：1)过氧化氢加量不变的情况下，先用酶制剂处理可以降低Fe及碱的用量，TOC的脱效果依然理想；2)Fe的加量降低，污泥量减少，碱用量降低运行成本降低；3)第2组与第6～9组比较情况看，在此Fe加量水平上，万分之四的过氧化氢加量是足够的，甚至可以在预处理阶段降低过氧化氢加量，即过氧化氢的加量还有降低的空间。
实施案例二：取某工业园区产生的污废水进行实验；实验分为两组：
第一组为现有的芬顿组实验，其操作步骤如下：
1、废水取样500ml。
2、在pH＝4酸性条件下，添加硫酸亚铁和双氧水进行常规芬顿氧化处理，经过中和脱气后，生成污泥絮凝体与水体中氧化中间产物一起沉淀出来；
3、用沉降器将沉淀物与水分离。
第二组实验为改进工艺组，实验步骤为：
1、废水取样500ml。
2、在pH＝5微酸性条件下，利用曝气充入酶制剂，使曝气进入到废水中的氧气和添加的双氧水与有机物反应，对有机物进行催化氧化处理，其氧化产物分散在水中；
3、在pH＝4酸性条件下，添加硫酸亚铁和双氧水进行二级常规芬顿氧化处理，经过中和脱气后，生成污泥絮凝体与水体中氧化中间产物一起沉淀出来；
4、用沉降器将沉淀物与水分离。
为了说明本发明可以大幅度减少硫酸亚铁和双氧水的加量，在实验时，将二级芬顿氧化处理的剂量进行变化，变化的情况分为以下三种：
第一种：将实验二中的二级常规芬顿氧化处理中的硫酸亚铁和双氧水分别减少70％、30％(相对于实验一而言)进行实验；实验结果如下表2～4所示。
第二种：将实验二中的二级常规芬顿氧化处理中的硫酸亚铁和双氧水分别减少60％、25％(相对于实验一而言)进行实验；实验结果如下表5～7所示。
第三种：将实验二中的二级常规芬顿氧化处理中的硫酸亚铁和双氧水分别减少50％、30％(相对于实验一而言)进行实验；实验结果如下表8～9所示。
具体的，表2～4示出了第一种情况下，两组实验的相关数据。
表2COD测得值(mg/L)
取样次序 进水COD 芬顿组COD 改进工艺组COD
第一次取样 514.7 313 334.1
第二次取样 534.3 314.5 355.7
第三次取样 558.3 305.5 358.2
均值 535.8 311.0 349.3
COD脱除率 41.9％ 34.8％
表3产泥量变化(mg/L)
Figure BDA0002226180650000081
其中实验的酸用量(L/d)为：两进水用酸量相等为1.7L/d
注：原水pH＝7.5左右，加酸调pH至3.0左右。进水调pH在同一个桶中进行，然后再由隔膜泵向不同的实验组泵水，溢水流速与两个进水流速加和相当。
表4碱液用量(L/d)
由上表2～4可以看出，在硫酸亚铁和双氧水分别减少70％、30％的状况下，改进工艺的COD的脱除率为34.8％不及现有芬顿组的41.9％，但是在产泥量上来说，改进工艺组的产泥量相对于现有的芬顿组而言减少了41.52％；同时后续碱的用量也减少了22.22％。
具体的，表5～7示出了第二种情况下，两组实验的相关数据。
表5 COD测得值(mg/L)
取样次序 进水COD 芬顿组COD 改进工艺组COD
第一次取样 633.6 361.0 348.0
第二次取样 620.0 331.0 340.0
第三次取样 600.5 344.6 335.1
均值 618.0 345.5 341.0
COD脱除率 44.1％ 44.8％
表6产泥量变化(mg/L)
Figure BDA0002226180650000092
其中实验的酸用量(L/d)为：进水用酸量相等为1.7L/d
注：原水pH＝7.5左右，加酸调pH至3.0左右。进水调pH在同一个桶中进行，然后再由隔膜泵向不同的实验组泵水，溢水流速与两个进水流速加和相当。
表7碱液用量(L/d)
Figure BDA0002226180650000102
由上表5～6可以看出，硫酸亚铁和双氧水分别减少60％、25％，改进工艺组的COD脱除率44.85与现有的芬顿组44.1％，二者的脱氮率相当，但是改进工艺组的产泥量相对于芬顿组而言减少了33.41％，同时后续碱的用量也减少了16％，因而可以看出，在硫酸亚铁和双氧水的添加量大幅度减小的状况下，仍然可以达到良好的污水处理效果，同时也大量的减少了后期的铁泥产量，减小了后续的碱液用量。
具体的，表8～9示出了第三种情况下，两组实验的相关数据。
表8COD测得值(mg/L)
Figure BDA0002226180650000103
Figure BDA0002226180650000111
表9产泥量变化(mg/L)
Figure BDA0002226180650000112
由上表8～9可以看出，在硫酸亚铁和双氧水分别减少50％、30％的状况下，改进工艺的COD的脱除率47.55％与现有芬顿组47.65％相当，同时改进工艺组的产泥量相对于芬顿组而言减少了42.13％。
由实施案例二可以看出，本发明的方法可以大幅度的降低硫酸亚铁和双氧水的使用，其污水去除率的效果可以与原有的芬顿氧化处理的效果相当，同时可以大幅度的减少铁泥的产生，也相应的减少了后续碱液的使用，大大的降低了运营成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于预氧化剂的改进型芬顿污水处理方法，其特征在于：所述方法包括：
在待处理的污水中加入漆酶、辣根过氧化物酶、化学模拟酶和双氧水，对污水进行预氧化处理；
在预氧化处理后的污水中加入硫酸亚铁和双氧水，对污水进行二级常规芬顿氧化处理；
在二级常规芬顿氧化处理后的污水中加入碱和聚丙烯酰胺进行中和脱气；
对中和脱气的污水进行沉降分离。
2.根据权利要求1所述的基于预氧化剂的改进型芬顿污水处理方法，其特征在于：所述漆酶、辣根过氧化物酶、化学模拟酶的添加量为5ppm，所述双氧水的添加量为1～1.5％％。
3.根据权利要求1或2所述的基于预氧化剂的改进型芬顿污水处理方法，其特征在于：所述漆酶、辣根过氧化物酶、化学模拟酶添加的比例为(1.5～2.8):(1.6～2.4):(0.5～1.5)。
4.根据权利要求1或2所述的基于预氧化剂的改进型芬顿污水处理方法，其特征在于：所述在预氧化处理后的污水中加入硫酸亚铁和双氧水包括：
加入16～20％％的硫酸亚铁、4～8％％的双氧水，氧化1～2小时；
加入5～9％％的硫酸亚铁、2～4％％的双氧水，氧化1～2小时。
5.根据权利要求1或2所述的基于预氧化剂的改进型芬顿污水处理方法，其特征在于：所述预氧化处理是在pH＝4～6的微酸性环境下，且通过曝气的方式通入所述漆酶、辣根过氧化物酶、化学模拟酶和双氧水。
6.根据权利要求1或2所述的基于预氧化剂的改进型芬顿污水处理方法，其特征在于：所述二级芬顿氧化处理和中和脱气处理是在pH＝4的酸性环境下。
7.根据权利要求1或2所述的基于预氧化剂的改进型芬顿污水处理方法，其特征在于：所述碱的添加量为2～4％％，所述聚丙烯酰胺的添加量为1～2％％，且所述碱、所述聚丙烯酰胺采用隔膜泵添加。
8.根据权利要求1或2所述的基于预氧化剂的改进型芬顿污水处理方法，其特征在于：所述对中和脱气的污水进行沉降分离包括采用沉降器进行沉淀物与水的分离。
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