淺談芬頓工藝在廣饒水務(wù)的應(yīng)用

1、淺談芬頓試劑法在廣饒縣污水處理廠的應(yīng)用（廣饒康達環(huán)保水務(wù)有限公司宋立堂 257300）隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，廢水的排放量不斷增加，相應(yīng) 對水環(huán)境的污染也日漸嚴重，主要表現(xiàn)在污染類型的多樣化和有機污染程度的 加深，同時也使得水處理的難度不斷加大。對于一些難于生物降解的毒性物質(zhì)可 使用強氧化劑將其氧化分解，降低其污染程度。以芬頓試劑（f/和h202）為主的系 列高級氧化技術(shù)在水處理中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，展示了其較高的去除難 降解有機污染物的能力。一、fenton試劑的反應(yīng)的機理fenton試劑在水處理中的作用主要包括對有機物的氧化和混凝兩種作 用。對有機物的氧化作用是指f/與

2、h2o2作用，生成具有極強氧化能力的輕基 自由基0h而進行的游離基反應(yīng)；另一方面，反應(yīng)中生成的fe（oh）3膠體具 有絮凝、吸附功能，也可去除水中部分有機物。1、自由基原理fenton試劑之所以具有很強的氧化能力，是因為ii2o2被fe2+催化分解生 成羥基自由基（0h）,并引發(fā)產(chǎn)生更多的其它自由基。其詳細反應(yīng)機理如下：fe2+h202-fe3+0h> 0hfe3+h202->fe2+4-h02 +rfe2+ 0h->fe3+0h_fe3+ +io ->fe2+wh+ 0附也02-h2o+ho2 fe2+h02 ->fe3+h02-rh+ ohr +h20r +f

3、/f ir+f/r +h202-0h+ oh整個體系的反應(yīng)十分復(fù)雜，其關(guān)鍵是通過ff在反應(yīng)中起激發(fā)和傳遞作用， 使鏈式反應(yīng)能持續(xù)進行直至ii2o2耗盡。以上鏈反應(yīng)產(chǎn)生的務(wù)基自由基具有如下重 要性質(zhì)。(1) 氧化能力強。羥基自由基的氧化還原電位為2. 8v,僅次于氟(2.87v), 這意味著其氧化能力遠遠超過普通的化學(xué)氧化劑，能夠氧化絕大多數(shù)有機物， 而且可以引發(fā)后面的鏈反應(yīng)，使反應(yīng)能夠順利進行。(2) 過氧化氫分解成務(wù)基自由基的速度很快，氧化速率也較髙。務(wù)基自由 基與不同有機物的反應(yīng)速率常數(shù)相差很小，反應(yīng)異常迅速。另一方面，也表明 餐基自由基對有機物氧化的選擇性很小，一般的有機物都可以氧化。(

4、3) 釋基自由基具有很高的電負性或親電性，這決定了 fenton試劑在處 理含硝基、磺酸基、氯基等電子密度高的有機物的氧化方面具有獨特優(yōu)勢。(4) 務(wù)基自由基還具有加成作用。當(dāng)有碳碳雙鍵存在時，除非被進攻的分 子具有高度活潑的碳氫鍵，否則，將發(fā)生加成反應(yīng)。2、絮凝作用機理fenton試劑在對一些實際廢水處理過程中存在的現(xiàn)象有時候難以用軽基自 由基機理解釋。walling和kato的研究指出，fenton試劑在處理有機廢水時會 發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生鐵水絡(luò)合物。主要反應(yīng)式如下：fe (h20)63+h20- fe (h20) 50h 2+h30+fe(h2o)5oh嚴+h2()f fe(h2o)4 (oh

5、) 2+ +hq當(dāng)ph值為35時，上述絡(luò)合物變成：2efe(h20)50h2+-fe(h20)8 (oh) 24+2h20fe(h20)8 (oh) 2嚴+也0 ->fe2(h20)7 (oh) sp'wfe2(h20)7 (oh) 313+fe(h20)50h2+-fe3(h20)7 (oh) j5+2h20以上反應(yīng)方程式表示了 fenton試劑具有絮凝功能。fenton試劑所具有的這 種絮凝功能是fenton試劑降解cod的重要組成部分。因此可以看出利用fenton 試劑處理廢水所取得的較好的處理效果，不是單純因為0h的作用，這種絮凝 功能同樣起到了重要的作用。二、fento

6、n氧化技術(shù)的特點1、反應(yīng)啟動快，反應(yīng)條件溫和，在常溫常壓下就可運行。2、設(shè)備簡單，能耗小，節(jié)約運行成本。3、fenton試劑氧化能力強，反應(yīng)過程中可以將污染物徹底無害化，而且氧 化劑也。2參加反應(yīng)后剩余物可以自行分解，不留殘余，同時鐵離子水解而產(chǎn)生的 鐵的氫氧化物是良好的絮凝劑，可優(yōu)化處理結(jié)果。4、運行過程穩(wěn)定可靠，且不需要特別的維護，操作簡單易行。三、廣饒污水廠芬頓反應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)用概況廣饒縣污水處理廠采用aao+深度處理工藝(芬頓、磁沉淀、纖維轉(zhuǎn)盤濾池 和接觸消毒池)，設(shè)計規(guī)模日處理污水7. 5萬噸，現(xiàn)平均日處理污水5. 5萬噸。 由于進水以工業(yè)污水為主(工業(yè)廢水占比70%左右)，污水可生化性很

7、差，單純 靠生物處理已很難達到國家一級a排放標準的要求。為此，2012年，該廠實施 了提標、擴建及污泥處置工程項目，新增水處理規(guī)模2.5萬噸/日，并建設(shè)了進 一步去除cod指標的芬頓反應(yīng)池作為應(yīng)急工藝段，當(dāng)二沉池出水cod超過50mg/laao牛物庶應(yīng)池次提升泵房芬頓調(diào) 喊田h芬頓反應(yīng)池芬頓加喊沁隼水池磁沉淀池時啟動芬頓工藝以進一步去除難降解的cod,使其出水cod到達國家一級a排放 標準。經(jīng)近一個月的連續(xù)運行，cod去除效果較好，基本達到了設(shè)計工況要求和 國家一級a排放標準要求。下面就芬頓工藝設(shè)計、運行情況做簡單介紹。（一）、芬頓工藝反應(yīng)流程熟石灰濃硫酸當(dāng)安裝在二次提升泵房的在線cod探頭顯

8、示生物處理后的污水cod超過 50mg/l時，即啟動芬頓工藝進一步處理難降解的codo污水經(jīng)二次提升泵房首 先入芬頓工藝加酸池，在加酸池進口處安裝電磁流量計，檢測進水流量，并參 與控制；在加酸池經(jīng)過框式攪拌將ph值調(diào)至3-4,然后進入芬頓反應(yīng)池；在芬 頓反應(yīng)池的入水口處投加雙氧水和硫酸亞鐵，兩種藥劑的投加量根據(jù)水量水質(zhì) 確定，通過立式渦輪攪拌機充分混合、反應(yīng)，雙氧水和硫酸亞鐵在ph值3-4的 環(huán)境中生成務(wù)基自由基，對水中的污染物進行氧化；反應(yīng)完成后的污水進入加 堿池，在此投加石灰乳，在加堿池入口以及加堿池出口分別設(shè)有ph計，對污水 ph值進行檢測，并與水量復(fù)合參與控制，加堿后經(jīng)框式攪拌器充分混

9、合攪拌， 確保加堿池出水保持中性（pii二7.0）,最后經(jīng)集水槽進入下一道工序快速磁 沉淀系統(tǒng)。（二）、芬頓反應(yīng)系統(tǒng)組成芬頓反應(yīng)系統(tǒng)主要有：芬頓反應(yīng)池及攪拌系統(tǒng)、濃硫酸儲存投加系統(tǒng)、雙 氧水儲存投加系統(tǒng)、硫酸亞鐵溶液制備投加系統(tǒng)、石灰乳制備投加系統(tǒng)、自控 系統(tǒng)以及配套在線監(jiān)控儀表等。1、芬頓反應(yīng)池及攪拌系統(tǒng)由調(diào)酸池、混合反應(yīng)池和加堿池組成，每個區(qū)域停留時間：調(diào)酸lomin,反 應(yīng)40min,調(diào)堿lomin；設(shè)計加藥量：硫酸120mg/l；硫酸亞鐵200mg/l；雙氧 水100mg/l；石灰35omg/l；安裝框式攪拌機8臺（n二4.0kw）,立式渦輪攪拌機 4 臺（n=7. 5kw）o2、藥劑

10、投加系統(tǒng)芬頓工藝投加4種藥劑，分別為濃硫酸、雙氧水、硫酸亞鐵和熟石灰。（1）濃硫酸儲存投加系統(tǒng)主要設(shè)備為濃硫酸卸料泵、濃硫酸儲罐、濃硫酸加藥泵、電動閥門、流量 計、控制系統(tǒng)、管路系統(tǒng)。硫酸計量泵設(shè)有手動和自動兩種控制方式，正常情況下，硫酸的投加是自 動進行的，plc系統(tǒng)根據(jù)進水流量和調(diào)酸池ph值計算硫酸投加量，控制硫酸投 加泵的變頻器調(diào)節(jié)硫酸量，根據(jù)硫酸流量計修正硫酸計量泵的頻率，實現(xiàn)硫酸 精確投加。硫酸計量泵也可實現(xiàn)手動投加，依靠現(xiàn)場控制柜的手動狀態(tài)和給定 頻率實現(xiàn)。（2）、雙氧水儲存投加系統(tǒng)主要設(shè)備為雙氧水卸料泵、雙氧水儲罐、雙氧水加藥泵、電動閥門、流量計、控制系統(tǒng)、管路系統(tǒng)。雙氧水計量泵

11、設(shè)有手動和自動兩種控制方式，正常情況下，雙氧水的投加 是自動進行的，plc系統(tǒng)根據(jù)進水流量和cod值計算雙氧水投加量，控制雙氧水 投加泵的變頻器調(diào)節(jié)雙氧水投加量，根據(jù)雙氧水流量計修正雙氧水計量泵的頻 率，實現(xiàn)雙氧水精確投加。雙氧水計量泵也可實現(xiàn)手動投加，依靠現(xiàn)場控制柜 的手動狀態(tài)和給定頻率實現(xiàn)。(3) 、硫酸亞鐵溶液制備投加系統(tǒng)主要設(shè)備為硫酸亞鐵投加泵、硫酸亞鐵攪拌機、電動閥、流量計、超聲波 液位計、控制系統(tǒng)、管路系統(tǒng)。設(shè)計采用固體硫酸亞鐵，設(shè)置兩個3. 9*3. 9*3. 6米硫酸亞鐵溶藥池，硫酸 亞鐵溶液配置濃度為10%。配置藥液采用人工方式，自來水通過進水電調(diào)閥自動 加水到設(shè)定液位，然后

12、開啟攪拌器，再由人工投入一定數(shù)量的硫酸亞鐵，直至 攪拌溶解完畢。硫酸亞鐵螺桿泵設(shè)有手動和自動兩種控制方式，正常情況下，硫酸亞鐵的 投加是自動進行的，plc系統(tǒng)根據(jù)雙氧水投加量計算硫酸亞鐵投加量，控制硫酸 亞鐵投加泵的變頻器調(diào)節(jié)硫酸亞鐵量，根據(jù)硫酸亞鐵流量計修正硫酸亞鐵計量 泵的頻率，實現(xiàn)硫酸亞鐵精確投加。硫酸亞鐵投加泵也可實現(xiàn)手動投加，依靠 現(xiàn)場控制柜的手動狀態(tài)和給定頻率實現(xiàn)。(4) 、熟石灰干粉儲存投加及乳液制備投加系統(tǒng)主要設(shè)備為熟石灰料倉、螺旋輸送機、石灰乳液投加泵、石灰乳液攪拌機、 電控系統(tǒng)等。熟石灰粉由石灰粉料槽罐車運至使用現(xiàn)場，采用車載氣力輸送將粉料輸送 到石灰粉的存儲料倉，通過給料

13、裝置后，再由螺旋輸送機將粉料輸送到2個石灰溶液制備池中。溶藥制備池尺寸為3. 9*3. 9*3. 6米，石灰乳的質(zhì)量濃度為10%o配置藥液采用人工方式，自來水通過進水電調(diào)自動加水到設(shè)定液位，然后 開啟攪拌器，熟石灰粉末由熟石灰儲料投料系統(tǒng)注入熟石灰溶藥池。將計算好 的數(shù)值輸入到石灰輸送系統(tǒng)的控制器內(nèi)，石灰粉末將自動投加到溶藥池。石灰乳螺桿泵設(shè)有手動和自動兩種控制方式，正常情況下，石灰乳的投加 是自動進行的，plc系統(tǒng)根據(jù)水流量和中和池ph值，計算石灰乳投加量，控制 石灰乳投加泵的變頻器，調(diào)節(jié)石灰乳量，根據(jù)石灰乳投加管的流量計修正石灰 乳泵的頻率，實現(xiàn)石灰乳精確投加。石灰乳投加泵也可實現(xiàn)手動投加

14、，依靠現(xiàn) 場控制柜的手動狀態(tài)和給定頻率實現(xiàn)。3、控制系統(tǒng)組成芬頓反應(yīng)系統(tǒng)及4套加藥系統(tǒng)的控制由現(xiàn)場操作箱、儀表箱、電氣柜及plc 控制柜組成，其中芬頓攪拌機有12個現(xiàn)場操作箱（內(nèi)含有變頻器），12個儀表 箱，4個加藥現(xiàn)場操作箱、4個電氣柜，1個plc柜及2個遠程10柜。3. 1、功能說明3.1.1芬頓攪拌機現(xiàn)場操作箱芬頓反應(yīng)池有8臺框式攪拌機，4臺立式渦輪攪拌機，每臺攪拌機都配有1 個現(xiàn)場操作箱，內(nèi)含變頻器，可以通過現(xiàn)場操作箱來開關(guān)攪拌機，通過變頻器 面板設(shè)定頻率；也可以選擇自動控制模式，通過plc柜上的觸摸屏來操作。2.2加藥系統(tǒng)現(xiàn)場操作箱加藥系統(tǒng)共有4個獨立的系統(tǒng)組成，每個系統(tǒng)都有現(xiàn)場操作

15、箱，可以實現(xiàn) 對泵、攪拌機、電動閥等的現(xiàn)場操作，也可以分別將某一個或者幾個泵等設(shè)定 為自動控制，通過plc柜上的觸摸屏來操作。3. 1.2儀表箱進水口裝有2個流量計、芬頓池上共裝有8個ph計和2個orp計，實現(xiàn)對 水中ph值及氧化還原電位的檢測，4-20ma信號遠傳就地采集到現(xiàn)場plc 10柜, 通訊方式至plc柜，控制藥劑的自動投加。3. 1.3電氣柜電器柜共有4個，1個在電氣間為其他柜子提供電源及為硫酸亞鐵、石灰計 量泵變頻器控制，3個現(xiàn)場電氣柜，所有其他計量泵的變頻器、閥門、攪拌機等 的執(zhí)行元件都在該柜內(nèi)，還包括給其它柜子供電。3. 1.4plc柜及遠傳10柜plc控制柜分為主站和兩個遠

16、程10站，分別在電器間、硫酸加藥區(qū)和芬頓池 ±o功能是實現(xiàn)所有的自動控制功能，包括信號采集、處理、通訊等。3. 1.5 plc柜觸摸屏的操作觸摸屏是實現(xiàn)人機對話的窗口，可以通過觸摸屏將需要執(zhí)行的命令、參數(shù) 等輸入并傳送到plc,實現(xiàn)人機對話。系統(tǒng)內(nèi)設(shè)兩個用戶等級(guest, admin),操作員通過輸入不同等級輸碼， 獲得不同操作權(quán)限。用戶guest等級最低，只能瀏覽不能修改。(三) 芬頓工藝調(diào)試運行為了檢驗該工藝對c0d去除效果，廣饒廠于2015年1月8日至1月27日進行了調(diào)試運行，其運行結(jié)果如下:日期處理水量(萬m3)進水 c0d(mg/l)出水c0d(mg/l)cod去除率(

17、%)濃硫酸單耗(mg/1)硫酸亞鐵單耗(mg/1)雙氧水單耗(mg/1)熟石灰單耗(mg/1)1.85.412153.345.315.01333.9147.875.0388.01.95. 703611648.35& 36346. 4145. 582.229& 11. 105. 926712146.561.57333. 4123.292.1438.71. 115. 83714& 733.331.6235& 6137. 190.5411.2l 125. 850569.338.744. 1631l 1169.299.8410.21. 135.819252.02&

18、;046. 15337. 399.79& 3343.71. 145.312253.332.039. 96332.847. 196.4451.81. 155. 328761.242.730. 23351.356.3115.6525.51. 165. 622052. 136.430. 13314.544.5142. 1355.7l 175. 443373.325.365. 48298.545.9140. 4367.41. 185. 266876.037.650. 53333. 294.9154.9455.71. 195. 536861.334.044. 54326.490.3148.843

19、3.51.205. 682062.037.339. 84352.38&0141. 1264.01.215.712069.345.334. 63327. 787.512& 9525.21.225. 563465.34&026.49334. 144.9142. 1323. 51.235. 596161.141.132. 73334. 589. 3122.9285.91.246. 523456.833,940. 32300. 976.6102.6229.91.256. 637643.629.632. 11289.975.3103.0301.31.265. 892444.327

20、.737. 47280.284.9134.4254. 61.275.814943.230.429. 63295. 1129.0146.3258.0平均值5. 721064.237. 139. 55324.693.9117.9366. 1設(shè)計值120200100350從上表可以看出，1、芬頓試劑法對進一步去除cod效果明顯，其平均去 除率為39. 55%,出水cod平均為37. lmg/1,均在50mg/l以內(nèi)，完全達到國際一 級a排放標準要求。2、藥劑投加量：藥劑投加量與設(shè)計值差別較大，其中濃硫酸投加量比設(shè) 計投加量大200mg/l,硫酸亞鐵投加量比設(shè)計投加量少10mg/l,兩者誤差較大; 雙

21、氧水、熟石灰投加量基本符合設(shè)計投加量。（四）、運行成本分析1、藥劑成本分析藥劑名稱濃硫酸雙氧水熟石灰硫酸亞鐵成本合計單耗(rag/l)單價（元/噸）單方成木（元/m3）單耗(rag/1)單價元/噸）單方成本（元）單耗(mg/1)單價（元/噸）單方成本（元/m）單耗(mg/1)單價（元/噸）單方成本（元/n?）元/卅單耗324.64600. 149117.912000.141366. 15340.19593.91250.0120.4972、電成本分析序號構(gòu)筑物名禰設(shè)備名稱使用臺敷設(shè)備功率（k<>功率合計（如）運行時間（h）h電耗(kwh)電價（元/kh）電費（元1芬頓反應(yīng)池框式攪拌機

22、85. 5442410560. 8024847. 33渦輪式攪拌器47.530247200. 8024577. 73雙氧水卸料泵111111110. 80248. 83硫酸卸料泵115152300. 802424. 07雙氧水投加泵20. 370. 742417. 760. 802414. 25硫酸投加泵20. 370. 742417. 760. 802414. 252芬頓加藥間硫酸亞鐵投加泵22.24.424105.60. 802484. 73熟石灰投加泵248211920. 8024154. 06攪拌機47.530247200. 8024577. 73熟石灰千粉投加系統(tǒng)2714121680. 8024134. 80空壓機17.57.512900. 802472. 22軸流風(fēng)機40. 371.482435. 520. 80242& 50空調(diào)12224480. 802438. 523合計3470.31168. 86243321210.4312