內(nèi)電解法處理糠醛廢水工程實(shí)例*

范毓萍，孫青斌

（1.新鄉(xiāng)市鳳泉區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，河南 新鄉(xiāng) 453011;2.新鄉(xiāng)市環(huán)境保護(hù)局，河南 新鄉(xiāng) 453000）

糠醛(呋喃甲醛)作為石油化工、醫(yī)藥、農(nóng)藥等行業(yè)廣泛應(yīng)用的原料，目前還不能化學(xué)合成，主要用富含多聚戊糖的玉米芯為原料，經(jīng)過(guò)水解脫水制成。在水解脫水過(guò)程中產(chǎn)生大量廢水，該廢水特點(diǎn)是:(1)溫度高。廢水的溫度達(dá)85～90℃。(2)pH值低。廢水中醋酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0% ～2.5%，造成廢水呈酸性，pH值約為2。(3)有機(jī)物含量高。主要含醋酸1.0% ～2.5%、糠醛0.2% ～0.5%。［1］若不經(jīng)治理直接外排，將對(duì)環(huán)境造成極大污染。目前處理糠醛廢水采用較多的生物技術(shù)為UASB厭氧反應(yīng)器+好氧生物處理，受廢水水質(zhì)特征限制，該工藝運(yùn)行管理技術(shù)性強(qiáng)、穩(wěn)定性較差，不能得到很好推廣。在本工程應(yīng)用中，采用內(nèi)電解技術(shù)用于處理糠醛廢水，運(yùn)行實(shí)踐證明，采用“內(nèi)電解+UASB+BCO+混凝沉淀”處理工藝，運(yùn)行穩(wěn)定，出水水質(zhì)能夠滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978–1996)二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

1 廢水來(lái)源及水質(zhì)

河南某糠醛廠年產(chǎn)量3000噸，實(shí)際排放糠醛廢水100 t/d，為了消除其對(duì)環(huán)境的污染，該企業(yè)決定建設(shè)一套污水處理裝置對(duì)其進(jìn)行處理，考慮到生產(chǎn)量的增加及設(shè)計(jì)安全系數(shù)，廢水量按120 t/d的規(guī)模進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。工程采用內(nèi)電解法對(duì)廢水進(jìn)行預(yù)處理，然后采用UASB+BCO+混凝沉淀聯(lián)合工藝進(jìn)行后處理，處理后出水達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。工程設(shè)計(jì)廢水水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 進(jìn)水水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)

2 工藝流程及主要構(gòu)筑物

2.1 工藝流程

糠醛蒸餾塔產(chǎn)生的廢水除一部分回用外，其余全部進(jìn)入內(nèi)電解池進(jìn)行預(yù)處理，再與其他生產(chǎn)環(huán)節(jié)廢水進(jìn)行混合，進(jìn)入U(xiǎn)ASB反應(yīng)器進(jìn)行厭氧處理，出水進(jìn)接觸氧化池，最后再采用物化處理，使出水水質(zhì)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。廢水處理工藝流程見(jiàn)圖1所示。

圖1 廢水處理工藝流程圖

2.2 內(nèi)電解法工藝原理

內(nèi)電解法是利用金屬的電化學(xué)腐蝕原理對(duì)廢水進(jìn)行處理。

當(dāng)將鐵屑和碳顆粒浸沒(méi)在酸性廢水中，廢水作為電解質(zhì)，由于鐵和碳之間的電極電位差，廢水中就形成了無(wú)數(shù)個(gè)微原電池，其中電位低的鐵為陽(yáng)極，電位高的碳為陰極，其反應(yīng)機(jī)理如下:

陽(yáng)極(Fe):2 Fe→2 Fe2+﹢4e，E0(Fe2+/Fe)=－0.44 V

陰極(C):4 H+﹢ 4e→ 4［H］→2H2(酸性溶液)，E0(H+/H)=0 V

當(dāng)廢水中有氧氣時(shí)，在電解過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)如下:

O2+4H++4e→ 2H2O(酸性溶液)，E0(O2/H2O)=1.23 V

總之，在內(nèi)電解過(guò)程中，鐵屑和碳粒之間形成無(wú)數(shù)個(gè)微小的原電池，反應(yīng)生成的新生態(tài)Fe2+具有較強(qiáng)的還原能力，能與廢水中許多污染物組分發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使某些難以生化降解的化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)變成容易生化處理的物質(zhì)，從而提高廢水的可生化性。同時(shí)Fe2+具有良好的絮凝吸附作用，對(duì)廢水進(jìn)行后步處理也起到良好的作用［2］。

2.3 主要構(gòu)筑物及作用

本工程主要構(gòu)筑物包括內(nèi)電解反應(yīng)池、中和池、UASB反應(yīng)器、生物接觸氧化池、混凝沉淀池等。

1)內(nèi)電解反應(yīng)池，有效容積20 m3。內(nèi)電解是預(yù)處理十分重要的一步，當(dāng)廢水進(jìn)入內(nèi)電解反應(yīng)池，廢水作為電解質(zhì)，就構(gòu)成了成千上萬(wàn)個(gè)微電池，以純鐵為陽(yáng)極，碳化鐵為陰極發(fā)生電極反應(yīng)，鐵電極本身及其所產(chǎn)生的新生態(tài)H和Fe2+等均能與廢水中的許多組分發(fā)生氧化還原反應(yīng)。同時(shí)，電池的電極周圍存在電場(chǎng)效應(yīng)，能破壞污染物的分子結(jié)構(gòu)，進(jìn)而達(dá)到了去除廢水中的污染物的目的。從而在一定程度上降低廢水的COD，進(jìn)一步提高廢水的可生化性，為后續(xù)生物處理提供了條件［3］。

2)中和池，有效容積60 m3。主要是使內(nèi)電解出水與糠醛生產(chǎn)過(guò)程其他環(huán)節(jié)的廢水進(jìn)行混合，同時(shí)在中和池進(jìn)行加藥調(diào)節(jié)混合廢水的pH值，使后續(xù)厭氧處理保持適宜的酸性狀態(tài)。

3)UASB反應(yīng)器，有效容積143 m3。上流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB)，主體為無(wú)填料的空容器，底部含有大量厭氧污泥。廢水由反應(yīng)器底部以一定的流速自下向上流入，利用厭氧過(guò)程產(chǎn)生大量沼氣的攪拌作用，與污泥進(jìn)行充分混合，廢水中的有機(jī)質(zhì)被吸附分解［4］。同時(shí)反應(yīng)器中形成沉淀性能非常好的顆粒污泥，能夠允許較大的上升流速和很高的容積負(fù)荷，在該池中COD的去除率可以高達(dá)80%，BOD去除率達(dá)90%。

4)生物接觸氧化池，有效容積94 m3。生物接觸氧化池(BCO)，利用池內(nèi)的填料與充氧污水廣泛接觸，使得微生物附著在填料上，水中的有機(jī)物被微生物吸附、氧化分解并部分轉(zhuǎn)化為新的生物膜，在這樣新陳代謝狀態(tài)下，將污水中的有機(jī)物去除，廢水得到凈化，該池中BOD5的去除率可以高達(dá)86%。

5)混凝沉淀池，有效容積60 m3。主要作用是提高最終出水的水質(zhì)，在生物處理工藝最后用混凝氣浮單元，以進(jìn)一步降低有機(jī)物含量，去除水中的懸浮物，確保出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

3 運(yùn)行效果

調(diào)試運(yùn)行成功后，對(duì)各處理單元進(jìn)行了連續(xù)10天每天連續(xù)取樣2次的定期監(jiān)測(cè)。各處理單元的處理效果見(jiàn)表2。

表2 各處理單元處理效果mg/L

由表2監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，廢水在內(nèi)電解過(guò)程后，CODcr去除率達(dá)到34%，BOD5去除效率達(dá)到13%;在混凝沉淀池后，COD去除效率為63%，BOD5去除效率達(dá)到34%;污水處理設(shè)施對(duì)COD的總?cè)コ蕿?9%，BOD5的去除率為99%，SS的去除率為93%，最終出水水質(zhì)為 COD:50mg/l、BOD5:20mg/l、SS:70mg/l。各項(xiàng)污染因子均達(dá)到了GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4 工程經(jīng)濟(jì)分析

4.1 環(huán)境效益

本工程建成之后每年去除 COD高達(dá)388.5噸，大大減輕了水體污染，為企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展鋪平了道路;同時(shí)也對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的改善都產(chǎn)生了積極的作用。

4.2 經(jīng)濟(jì)技術(shù)

該糠醛廠污水處理站設(shè)計(jì)處理水量120m3/d，工程總造價(jià)70萬(wàn)元，其中土建工程27萬(wàn)元，設(shè)備投資33萬(wàn)元，設(shè)計(jì)調(diào)試費(fèi)及其他10萬(wàn)元。廢水處理裝置的運(yùn)行費(fèi)用約為4.5元 /噸廢水，主要包括人工費(fèi)、藥劑費(fèi)、鐵碳填料更換費(fèi)用、電費(fèi)、設(shè)備折舊費(fèi)等，從經(jīng)濟(jì)技術(shù)角度分析是可行的。

5 結(jié)論

對(duì)糠醛廢水采用內(nèi)電解法進(jìn)行預(yù)處理，可以有效提高糠醛廢水的可生化性，為后續(xù)生化處理奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。內(nèi)電解+UASB+BCO+混凝沉淀工藝處理高濃度糠醛廢水，具有工藝技術(shù)可靠、出水水質(zhì)穩(wěn)定、日常維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，符合節(jié)能減排的要求，值得在工程實(shí)踐中推廣。

［1］段海霞，劉炯天.糠醛廢水處理工程實(shí)踐［J］.工業(yè)水處理，2009，29(10):68－70.

［2］蘇會(huì)東，孫玉鳳，王艷君.微電解－兩相厭氧處理糠醛廢水研究［J］.沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)報(bào).2005，24(1):53 －64.

［3］盧嶼，康春莉，王瑋瑜，等.鐵屑過(guò)濾/生化法處理糠醛廢水［J］.中國(guó)給水排水，2005，21(5):77 －79.

［4］買(mǎi)文寧.生物化工廢水處理技術(shù)及工程實(shí)例［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002.