Fenton-雙膜工藝在造紙廢水資源化處理中的應(yīng)用研究

趙歡　劉良軍

（浙江海元環(huán)境科技有限公司浙江杭州310051）

Fenton-雙膜工藝在造紙廢水資源化處理中的應(yīng)用研究

趙歡劉良軍

（浙江海元環(huán)境科技有限公司浙江杭州310051）

采用Fenton-雙膜工藝深度處理造紙廢水，探索了耦合工藝在該類廢水回用處理中的技術(shù)可行性。對Fenton氧化處理液的全鹽量、電導(dǎo)率、SO42-和總硬度進(jìn)行測定，結(jié)果表明Fenton反應(yīng)出水離子特性基本滿足雙膜工藝進(jìn)水要求。對Fenton-雙膜工藝處理造紙廢水的中試研究表明，系統(tǒng)出水穩(wěn)定達(dá)到工藝與產(chǎn)品用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，膜法處理段運(yùn)行穩(wěn)定；耦合工藝具有明顯的技術(shù)推廣價值。

Fenton；雙膜法；造紙廢水；深度處理

造紙廢水作為我國工業(yè)廢水的重要組成部分，其環(huán)境破壞性與資源再生價值共存[1]。為降低造紙廢水中有機(jī)污染物排放濃度，實(shí)現(xiàn)該類廢水的資源化利用，高級氧化技術(shù)與膜法水處理技術(shù)已成為造紙行業(yè)廢水處理工作者的研究熱點(diǎn)，相關(guān)研究也取得明顯進(jìn)展[2～3]。吳迪等人[3]采用O3/UV組合高級氧化技術(shù)深度處理造紙廢水，最終出水COD＜50mg/L，去除率達(dá)79.1%，達(dá)到城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。膜法水處理以其技術(shù)優(yōu)勢，在造紙廢水的資源化利用中占有十分重要的地位；其中尤以雙膜工藝的應(yīng)用最為普遍。葉豐等人[4]采用微濾（CMF）和反滲透（RO）工藝深度處理生化出水，結(jié)果表明RO產(chǎn)水COD平均濃度3.2mg/L，濁度0.07NTU，脫鹽率高達(dá)99%，滿足了造紙工藝回用水的要求。

同時，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)也表明高級氧化技術(shù)存在運(yùn)行條件嚴(yán)苛，出水不穩(wěn)定問題；而雙膜工藝則易受到有機(jī)物污染，反沖洗頻繁問題[5～6]。本應(yīng)用研究正是基于上述技術(shù)難題而展開，通過將Fenton氧化技術(shù)與膜分離技術(shù)耦合，探究了Fenton氧化出水水質(zhì)情況及其對雙膜工藝運(yùn)行穩(wěn)定性的影響；研究結(jié)果也對該耦合工藝在造紙廢水資源化利用的技術(shù)可行性進(jìn)行了中試應(yīng)用驗(yàn)證。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1實(shí)驗(yàn)藥劑

FeSO4·7H2O（分析純），雙氧水（27.5%），其他試驗(yàn)與分析藥劑均達(dá)分析純級。

實(shí)驗(yàn)廢水取自某造紙企業(yè)污水站二沉出水。

1.1.2實(shí)驗(yàn)裝置

將自制Fenton氧化裝置與浸沒式PVDF膜、海德能RO膜等搭建而成。

1.2實(shí)驗(yàn)過程

在二沉出水中投加1:1硫酸調(diào)節(jié)pH；投加一定量硫酸亞鐵，攪拌停留5min；按比例投加27.5%雙氧水，進(jìn)行反應(yīng)約60min；反應(yīng)出水調(diào)節(jié)pH至6.5～7.0；投加1‰的陰離子PAM約5mg/L。對上述懸濁液沉淀分離，上清液經(jīng)砂濾后作為超濾（UF）-反滲透（RO）進(jìn)水。采用浸沒式超濾膜對來水進(jìn)行處理，處理液泵入RO系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)雙膜深度處理。

2結(jié)果與討論

2.1 Fenton處理效果分析

參考實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對Fenton深度處理造紙廢水的降解效果進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果如圖1。曲線記錄了不同氧化程度下出水鹽類與COD變化情況。依圖可知，在較低H2O2濃度下出水COD降解程度隨氧化劑增加迅速提高；H2O2濃度為40mg/L時處理液COD為101.4mg/L（Fenton原水COD為113.5mg/L），濃度提高為50、60、70、80mg/L時處理出水COD分別降低為70.8 mg/L、58.4 mg/L、50.8mg/L、45.1mg/L。分析其原因，一方面氧化劑的增加使得反應(yīng)底物濃度提高，增加了自由基與有機(jī)污染物的碰撞幾率；另一方面亞鐵鹽類的增加有利于Fenton反應(yīng)所需酸性環(huán)境。出水硬度測試表明，F(xiàn)enton反應(yīng)對出水硬度影響較小，不同氧化程度下出水總硬度均在450mg/L左右。出水硫酸根離子濃度變化曲線表明在Fenton反應(yīng)與混凝沉淀過程中SO42-受化學(xué)反應(yīng)與物化吸附的影響較小。全鹽量濃度曲線表明，在Fenton反應(yīng)過程中所投加鹽類隨氧化度增強(qiáng)而明顯增加，實(shí)驗(yàn)中全鹽量在1200 mg/L～3500mg/L。上述結(jié)果表明，F(xiàn)enton出水基本滿足UF-RO工藝進(jìn)水要求；高鹽量將對RO脫鹽造成一定影響。

圖1不同氧化程度下Fenton處理液水質(zhì)情況

2.2 Fenton-雙膜處理效果分析

對膜段處理效果進(jìn)行測試分析，如圖2所示。結(jié)果表明UF和RO均對Fenton出水COD有較明顯的去除效果；UF出水COD在25mg/L～45mg/L；RO出水COD在3mg/L～7mg/L，去除率在80%～90%。從雙膜出水穩(wěn)定性看，UF出水有機(jī)污染物濃度波動相對較大，而RO出水則較為穩(wěn)定。

圖2 UF-RO深度處理造紙廢水COD降解運(yùn)行效果

圖3記錄了膜段出水的濁度和電導(dǎo)率。依圖可知，UF能明顯降低水質(zhì)濁度，其出水濁度在0.6～1.0NTU，達(dá)到RO進(jìn)水運(yùn)行要求（≤1NTU）。經(jīng)RO處理，出水濁度進(jìn)一步降低至0.04～0.1NTU。而脫鹽結(jié)果表明，盡管UF進(jìn)水電導(dǎo)率較高，但RO表現(xiàn)出良好的脫鹽效果；膜處理系統(tǒng)進(jìn)水電導(dǎo)率為3500μs/cm左右，RO出水電導(dǎo)率在20μs/cm左右，平均脫鹽率達(dá)99.42%。上述結(jié)果表明通過Fenton-雙膜工藝處理，出水水質(zhì)完全達(dá)到造紙工藝用水水質(zhì)要求。

圖3 UF-RO深度處理造紙廢水濁度與電導(dǎo)率運(yùn)行效果

圖4 UF-RO深度處理造紙廢水運(yùn)行穩(wěn)定性分析

對雙膜段運(yùn)行壓力與膜通量進(jìn)行測試，結(jié)果如圖4。UF跨膜壓差變化表明，浸沒式超濾處理運(yùn)行壓力在15kPa～25kPa，其受進(jìn)水水質(zhì)影響較為明顯，波動相對較大；但整體而言，其壓差較抽吸最大壓力-80 kPa仍較為理想。UF運(yùn)行通量基本維持在39.95LMH，其波動較小，穩(wěn)定性較好。RO段運(yùn)行監(jiān)測記錄表明，運(yùn)行壓力在1125kPa～1356 kPa變化，其膜通量維持在37.46LMH左右，且波動較小。對UF-RO運(yùn)行結(jié)果分析表明，在較好清洗制度下，F(xiàn)enton出水在預(yù)處理過濾后雙膜處理，膜法處理段運(yùn)行穩(wěn)定，適合用于造紙廢水的深度處理。

3結(jié)語

采用Fenton-雙膜工藝對造紙廢水生化出水進(jìn)行深度處理，在優(yōu)化條件下運(yùn)行，UF-RO出水電導(dǎo)率≤30μs/cm、濁度≤0.1NTU、COD≤10mg/L，耦合工藝處理液水質(zhì)指標(biāo)均已達(dá)到《工業(yè)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中工藝與產(chǎn)品用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。對Fenton-雙膜工藝穩(wěn)定性進(jìn)行分析，表明UF和RO運(yùn)行穩(wěn)定；耦合工藝為造紙廢水的深度處理與資源化利用提出了新的解決途徑。

[1]時孝磊，李鋒民，胡洪營.水解酸化—好氧—Fenton氧化工藝處理制漿造紙廢水工實(shí)例[J].給水排水,2012,38(7)：47-51.

[2]孫麗娜,閻玉榮,陳錫劍,等.廢紙?jiān)旒垙U水處理“零排放”工程實(shí)例[J].中國給水排水,2009,25(10)：56-58.

[3]吳迪,張璇,孫星凡,等.O3/UV+BAC深度處理廢紙制漿造紙廢水[J].工業(yè)水處理,2009,29(1)：39-42.

[4]葉豐,戴晶,馬春明,等.連續(xù)微濾和反滲透集成工藝深度處理造紙廢水[J].天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2008，27(2)：45-47.

[5]李花,沈耀良.廢水高級氧化技術(shù)現(xiàn)狀與研究進(jìn)展[J].水處理技術(shù),2011,37(6)：6-9.

[6]李花,沈耀良.廢水高級氧化技術(shù)現(xiàn)狀與研究進(jìn)展[J].水處理技術(shù),2011,37(6)：6-9.

趙歡（1981—），碩士研究生，畢業(yè)于東南大學(xué)，注冊環(huán)保工程師，主要從事高濃有機(jī)廢水高級氧化與厭氧生化處理技術(shù)應(yīng)用研究。