专利名称：芬顿与气浮一体化水处理方法
技术领域：
本发明涉及水处理领域，具体涉及利用芬顿(Fenton)试剂氧化废水中的有机物，然后通过气浮高效的去除废水中因使用芬顿试剂处理而形成的悬浮性有机物和胶体，从而脱除废水中的污染物和绝大部分溶解性的难生物降解的有机物。
背景技术：
芬顿(Fenton)试剂为常用的催化氧化试剂，它是由亚铁盐和双氧水组成，当pH值足够低时，在亚铁离子的催化作用下，过氧化氢会分解产生(OH)，从而引发一系列的链反应。Fenton试剂产生自由基氧化机理如下Fe2++H2O2→Fe3++(OH)+OH-(1)Fe2++(OH)→Fe3++OH-(2)Fe3++H2O2→Fe2++(HO2)+H+(3)(HO2)+H2O2→O2+H2O+(OH) (4)RH+(OH)→(R)+H2O (5)(R)+Fe3+→R++Fe2+(6)R++O2→ROO+→...→CO2+H2O (7)上述反应中Fe2+起着催化剂的作用，它与H2O2之间的反应很快，生成氧化能力很强的(OH)自由基。有三价铁共存时，由于Fe3+与H2O2缓慢地生成Fe2+，接着Fe2+再与H2O2迅速反应，生成(OH)，(OH)与有机物RH反应生成有机自由基(R)，(R)进一步氧化最终使有机物结构发生碳链断裂，氧化为二氧化碳和水，从而降解污染物。
此外，Fenton试剂中的Fe2+不仅起催化作用，还可在一定的pH下发生以下反应Fe2++H2O+O2+OH-→Fe(OH)3(8)在一定酸度下，Fe(OH)3以胶体形态存在，具有凝聚、吸附性能，可除去水中部分胶体。现在常用的Fenton试剂处理方法，都是先在pH为2～4的条件下氧化废水中的有机污染物，然后再将pH调节到中性条件，利用氢氧化铁的沉淀作用将悬浮物去除。但是由于反应中残留的大量不同价态铁的羟基络和物，导致Fenton反应以后的絮体较轻，沉淀时间较长。同时，由上述反应机理可知，Fenton反应过程中产生O2和CO2气体，特别是在用Fenton处理较高浓度的有机废水时，往往产气作用比较明显，气泡粘附在絮体上，使絮体不易沉淀。为改善沉降效果，需要加入大量的氯化钙、氯化铁、聚丙烯酰胺进行助凝，从而造成处理成本的增加，污泥量大，而且沉淀效果也不佳。
气浮法是一种高效、快速的固—液分离或液—液分离技术，它是通过某种方式产生大量微气泡，使其与水中密度接近于水的固体或液体杂质微粒粘附，形成密度小于水的气浮聚合体，在浮力作用下上浮至水面形成浮渣而进行固—液或液—液分离。
如何有效结合Fenton试剂与气浮法处理废水，克服单独用Fenton试剂处理废水时存在的问题尚未见报道。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的不足之处，通过Fenton试剂的氧化和絮凝作用，将废水中的大部分溶解性有机物转化为絮体，再利用后续的气浮将废水中的污染物以浮渣的形式去除，由于Fenton氧化反应后的絮体较轻，且Fenton氧化具有产气的作用，因此其与气浮工艺具有协同作用，两者联合可以达到高效的水处理效果。
本发明目的通过如下技术方案实现因Fenton处理后，废水中含有大量的氢氧化铁絮凝物，芬顿与气浮一体化水处理方法，其特征在于包括如下步骤和工艺条件(1)Fenton试剂氧化絮凝处理将Fenton试剂加入待处理的废水中，其中Fenton试剂中亚铁离子与双氧水的摩尔比为0.05～2.0∶1，Fenton试剂的加入量为Fenton试剂中双氧水与待处理水中COD质量比为0.3～3∶1，反应0.5～5小时；再用碱性物质调节Fenton试剂预处理的水至pH为6～10；经过Fenton试剂处理后，处理液的pH下降，需要投加碱性物质，将pH调节到适合氢氧化铁沉淀的范围，而加入助凝剂有利于产生较粗大的絮体，利于后续的气浮。
(2)气浮处理经步骤(1)处理后的废水进入气浮池，气浮气固比为0.03～0.06，表面负荷为7～15m3/m2·h，停留时间为10～40分钟；去除悬浮性或胶体污染物和大部分的溶解性有机污染物。
所述步骤(1)中的碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾、石灰或碳酸钠。
所述步骤(2)进入气浮池后，按预处理水体积计，再加入0.2～5mg/L的助凝剂。所述助凝剂为聚丙烯酰胺或聚丙烯酸钠。
在废水以芬顿试剂处理后，再用气浮作为后续处理工序，可大大提高废水处理系统的处理效率。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果Fenton试剂在水处理中的作用主要包括对有机物的氧化和混凝两种作用，同时由于Fenton试剂具有极强的氧化能力，特别适用于生物难降解或一般化学氧化难以降解的有机物的氧化处理。利用Fenton试剂进行废水处理存在的问题是处理以后产生的絮体较轻，同时反应产生大量的气体，导致常规采用的沉淀处理效果较差，往往需要加入大量的氯化钙、氯化铁、聚丙烯酰胺进行助凝，因此成本较高；同时，由于加入大量的助凝剂，产生大量的物化污泥，需要后续处理，造成二次污染。
与沉淀法比较，具有如下优点(1)Fenton反应本身具有产气作用，其与气浮法具有协同作用，可以提高废水污染物的去除效率，同时节省气浮的气源。(2)气浮法所需药剂量比沉淀法节省，通过Fenton氧化以后，不需要加入大量的氯化钙、氯化铁等助凝药剂，只需加入少量的助凝剂，而且由于Fenton反应本身具有的混凝作用，不需要加入浮选剂，和单独采用气浮处理的工艺比较，药剂加入量更少，处理效果更好。(3)对低温低浊水，Fenton反应以后的絮体很难用沉淀法去除，用气浮法处理则可以达的时间短、效率高的目的，甚至还可去除原水中的浮游生物，并且出水水质好。(4)气浮处理浮渣含水率比沉淀污泥含水率低，比沉淀池污泥体积少2-10倍，有利于污泥的后续处理，而且表面刮渣也比池底排泥方便；(5)气浮法的表面负荷比沉淀法高得多，水在池中停留时间只需10-40min，并且池深在1.5-2.5m之间，故占地较小，节省基建投资；(6)气浮池具有预曝气作用，出水和浮渣都含有一定量的氧，有利于后续生化处理或再利用，浮渣比沉淀的污泥含水率低。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式
作进一步详细的说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
实施例1采用芬顿与气浮一体化水处理方法对广东某垃圾填埋厂的垃圾渗滤液生化出水进行深度处理。处理水量10t/h，进水的COD值为300mg/L。首先通过Fenton试剂处理，用计量泵将双氧水和七水硫酸亚铁溶液加入废水中，药剂投加量按照Fe2+与H2O2的摩尔比为0.5∶1，双氧水与待处理水中COD质量比为0.8∶1，也就是H2O2投加量240mg/L，FeSO4·7H2O投加量900mg/L。Fenton氧化反应时间2.5小时，然后将经过Fenton试剂处理后的水加氢氧化钠调节pH值到6～7，每天加入的氢氧化钠为50kg。进入1.5m高的气浮池，按照5mg/L加入聚丙烯酸钠，每天加入的聚丙烯酸钠为1.2kg，反应15分钟形成絮体，按预处理水体积计，气浮的气固比为0.03，表面负荷为8m3/m2·h，停留时间30分钟，脱除水中的悬浮物，处理后出水的COD降至130mg/L。
实施例2一化工厂废水，水量3t/h，经二级生化处理后的出水含COD的平均值为120mg/L，略高于废水排放标准。此废水已经过生化处理，水中的有机物大部分难以进一步生化处理，采用本发明芬顿与气浮一体化水处理方法处理情况如下首先通过Fenton试剂的预处理，用计量泵将双氧水和七水硫酸亚铁溶液加入废水中，其中Fe2+与H2O2的摩尔比为0.05∶1，双氧水与待处理水中COD质量比为0.3∶1，也就是按预处理水体积计，H2O2投加量36mg/L，FeSO4·7H2O投加量30mg/L。化学氧化反应时间0.5小时，然后将经过Fenton试剂预处理后的水按3kg每天的氢氧化钾加入量调节pH值到7～8，进入气浮池，按照1mg/L加入聚丙烯酸钠，每天的聚丙烯酸钠投加量为72g，反应15分钟形成絮体。气浮气固比为0.04，表面负荷为10m3/m2·h，停留时间20分钟，脱除水中的悬浮物，处理后出水的COD值从120mg/L降至35mg/L，达到工厂应用于循环冷却水的标准。
实施例3
采用芬顿与气浮一体化水处理方法对珠海某码头废水进行处理。废水的COD为1200mg/L，处理水量为10t/d，首先通过Fenton试剂处理，用计量泵将双氧水和七水硫酸亚铁溶液加入废水中，其中Fe2+与H2O2的摩尔比为2∶1，双氧水与待处理水中COD质量比为3∶1，也就是按预处理水体积计，H2O2投加量3600mg/L，FeSO4·7H2O投加量54000mg/L。Fenton氧化反应时间3小时，然后将经过Fenton试剂处理后的水按照每天5kg的氢氧化钾加入量，调节pH值到8～10，进入气浮池，气浮气固比为0.05，表面负荷为15m3/m2·h，停留时间15分钟，处理后出水的COD为90mg/L，达到排放标准。
实施例4采用芬顿与气浮一体化水处理方法对含难生物降解的酸性玫瑰红模拟废水的处理。原进水的平均COD 250mg/L，色度达2000倍，处理水量10L/h，首先通过Fenton试剂处理，用计量泵将双氧水和七水硫酸亚铁溶液加入废水中，其中Fe2+与H2O2的摩尔比为1∶1，双氧水与待处理水中COD质量比为1∶1，也就是按预处理水体积计，H2O2投加量250mg/L，FeSO4·7H2O投加量1875mg/L，Fenton试剂氧化停留时间5小时，然后将经过Fenton试剂预处理后的模拟废水按照0.3kg每天的NaOH加入量调节其pH值为6～10，同时按照预处理水体积计，加入0.2mg/L聚丙烯酰胺，每天加入量为0.05g，反应15分钟形成絮体，然后进入气浮池，气浮气固比为0.04，表面负荷为7m3/m2·h，停留时间40分钟，去除悬浮性污染物和大部分溶解性有机污染物。经过该条件处理的废水，出水色度为20倍，COD值为50mg/L。
权利要求
1.芬顿与气浮一体化水处理方法，其特征在于包括如下步骤和工艺条件(1)Fenton试剂氧化絮凝处理将Fenton试剂加入待处理的废水中，其中Fenton试剂中亚铁离子与双氧水的摩尔比为0.05～2.0∶1，Fenton试剂的加入量为Fenton试剂中双氧水与待处理水中COD质量比为0.3～3∶1，反应0.5～5小时；再用碱性物质调节Fenton试剂预处理的水至pH为6～10；(2)气浮处理经步骤(1)处理后的废水进入气浮池，气浮气固比为0.03～0.06，表面负荷为7～15m3/m2·h，停留时间为10～40分钟；去除悬浮性或胶体污染物和大部分的溶解性有机污染物。
2.根据权利要求1所述的芬顿与气浮一体化水处理方法，其特征在于所述步骤(1)中的碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾、石灰或碳酸钠。
3.根据权利要求1所述的芬顿与气浮一体化水处理方法，其特征在于所述步骤(2)进入气浮池后，按预处理水体积计，再加入0.2～5mg/L的助凝剂。
4.根据权利要求3所述的芬顿与气浮一体化水处理方法，其特征在于所述步骤(1)中的助凝剂为聚丙烯酰胺或聚丙烯酸钠。
全文摘要
本发明涉及芬顿(Fenton)与气浮一体化水处理方法，该方法先进行Fenton试剂氧化絮凝处理将Fenton试剂加入待处理的废水中，Fenton试剂中双氧水与待处理水中COD质量比为0.3～3∶1，反应0.5～5小时；再用碱性物质调节Fenton试剂预处理的水至pH为6～10；然后进行气浮处理气浮气固比为0.03～0.06，表面负荷为7～15m
文档编号C02F1/52GK101041475SQ20071002710
公开日2007年9月26日 申请日期2007年3月9日 优先权日2007年3月9日
发明者汪晓军, 顾晓扬, 陈思莉 申请人:华南理工大学