工业废水处理后所排放的COD几乎是所有工业污染排放水的管控指标。随着工业持续的发展, 各种有机溶剂及化学合成有机物被大量使用, 也因此严重的污染了自然环境, 因此如何有效去除这些污染物是现今废水处理技术的一大课题。另外由于环境意识的提高, 政府环保部门对废水排放的管制日趋严格, 以电镀线路板以及电镀行业的排放标准而言, 2010年7月起COD将由现行的标准100mg/L改为80mg/L。尤其在一些环境敏感地区如太湖流域的厂家, COD的标准更降到不得超过50mg/L。
以上述标准而言, 现有绝大部分厂家将面临废水处理系统之整改的问题, 否则将无法达到新的法规要求。
基于此, 本文介绍一种针对COD深度处理的技术——Fenton流体化床 (FBR) 高级氧化技术, 提高COD的深度处理, 以达到政府排放标准的要求。
1 Fenton法的原理
F e n t o n化学氧化法是应用双氧水 (H2O2) 与亚铁 (Fe2+) 反应产生氢氧自由基的原理, 进行氧化有机污染反应, 将废水中有机物污染氧化成二氧化碳和水的一种高级氧化处理技术。其化学反应机制如下:
影响Fenton法氧化反应效果与速率因子:反应物本身的特性, H2O2的剂量, Fe2+的浓度, pH值, 反应时间, 温度。
2 Fenton法的优点
(1) 对环境友善:处理后不像其它的化学药品, 如漂白水 (次氯酸钠) , 易产生氯化有机物等毒性物质, 对环境造成伤害。
(2) 占地空间小:有机物氧化的速度相当快, 所需的停留时间短, 约0.5~2小时即可, 不像一般的生物处理约需12~24小时, 因时间短, 相对反应槽容积不需太大, 可节省空间。
(3) 操作弹性大:可依进流水水质的好坏来改变操作条件, 提高处理量。而一般的生物处理难以弹性操作。针对较高的污染量只需提高亚铁及H2O2加药量及适当的pH控制即可。
(4) 初设成本低:与一般的生物处理系统相较, 约只须其投资成本的1/3~1/4。
(5) 氧化能力强:所产生的氢氧自由基 (·OH) 氧化能力相当强。可处理多种毒性物质, 如氯乙烯、BTEX、氯苯、1, 4Dioxane, 酚、多氯联苯、TCE、DCE、PCE等, 另EDTA和酮类MTBE、MEK等亦有效。
3 传统Fenton法缺点
(1) 瓶颈1:F e 2+为催化剂, 使H2O2产生成·OH及OH-, 但同时也伴随着大量污泥, Fe (OH) 3的产生成为应用中的一大缺点。
(2) 瓶颈2:COD达一定的去除率后, 无法再继续去除有机物, 易造成H2O2用药的消耗。
4 传统Fenton法改良
针对污泥含量高的缺点, 台湾工研院陆续开发了改良式低污泥的废水高级氧化处理技术, 其中之一就是流体化床-Fenton法。
(1) 流体化床-Fenton法。
原理:利用0.2mm~0.5mm硅砂担体在结晶槽中作为结晶核种, 将要处理的废水及添加药剂由反应池底部进入并向上流动。而反应槽外接有一回流水回路, 用以调整进流水过饱和度及达到担体上流速度, 使待处理的无机离子于硅砂担体表面形成稳态结晶体, 当晶体粒径达1mm~2mm后, 排出槽外进行回收再利用或达到废弃物减排的目的。
反应机制:H2O2+Fe2+→·OH+Fe (OH) 2+→……FeOOH, H2O2+FeOOH→……
技术特点:同相及异相的催化反应, 污泥减少70%。减少H2O2用药的浪费。
适用废水COD浓度:50~1000mg/L。
(2) 深度处理规划构想。
(1) 现有工厂的废水处理系统, 一般为二沉池后直接排放。因此拟规划一套流体化床系统直接将现在放流水排至FBR进流暂存池, 接续后段FBR-Fenton反应。FBR-Fenton系统包含进流水调节池, FBR反应槽, 脱气池, 中和池, 慢混池, 快沉池, 泡药系统与加药系统。经FBR-Fenton处理后的水排回原来排放口排放。
(2) Fenton流体化床系统须新设一套FeSO4泡置系统供应系统所须的亚铁, 一套H2O2储存与加药系统, 一套Ca (OH) 2加药系统。
(3) 考虑现场用地, 为节省空间采用机器式快沉槽作为污泥沉降用。
(4) 预估各阶段水质:化学反应系统出水 (即FBR-Fenton进水) , SS<30mg/l, COD<8 0~1 1 0 m g/L, F B R-F e n t o n出水S S<3 0 m g/L, C O D<5 0 m g/L。
5 工艺流程
如图1所示。
6 单元说明与设备规范
PCB及电镀产业而言废水因为用水减量的缘故, 经化学与生物处理后的排放水, 无法达到COD小于50mg/L的法规标准。需增设高级氧化系统降解COD, 使其稳定达到50mg/L以下排放值。采用流体化床 (F e n t on-F B R) 做为高级氧化处理系统。Fenton处理程序是利用双氧水在酸性系统下, 经亚铁离子的催化产生氢氧自由基 (OH.) , 能有效降解环类、苯基、螯合机等极难分解的化合物。而流体化的目的为降低亚铁用量与铁污泥减量。其原理如下。
流体化床-Fenton是利用流体化床的模式使Fenton法所产生的三价铁大部份得以结晶或沉淀披覆在流体化床的担体表面上, 是一项结合了同相化学氧化 (Fenton法) 、异相化学氧化 (H2O2/FeOOH) 、流体化床结晶及FeOH的还原溶解等功能的新技术。这项技术将传统的Fenton氧化法作了大幅度的改良, 如此可减少Fenton法大量的化学污泥产量, 同时在担体表面形成的铁氧化物具有异相催化的效果, 而流体化床的模式亦促进了化学氧化反应及质传效率, 使COD去除率提升。其反应后的出流水经pH调整后会产生含铁污泥。选用此系统另一优势为可利用双氧水加药量调整, 调整COD去除量。如此将可有效控制废水的COD排放浓度。
7 应用案例
目前, Fenton流体化床法在台湾地区广泛使用, 使用厂家有楠梓电子, 冈山空军, 联华电子, 远东化纤, 台化宁波ABS厂, 在珠三角地区也逐渐被推广, 如东莞瑞升电子等。
摘要：Fenton以其独特的优越性在COD废水, 尤其是高浓度有机废水上达到新的处理效果, 具有广阔前景, 本文介绍了Fenton流体化床高级氧化处理技术的原理、技术特点以及应用流程。
关键词：Fenton,流体化床,COD