涂料添加剂生产废水处理技术

宋晓智

(1．帕克环保技术(上海)有限公司，上海 201319;2．同济大学环境科学与工程学院，上海 200092)

涂料添加剂在生产过程，特别是清洗罐体和反应器的时候，会排出少量废水。这些废水中含有反应残渣以及碳化稳定剂，如异噻唑酮、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸脂、丙烯酸丁酯、醋酸乙烯酯。该类废水的特点是排放量少、有机物浓度高、可生化性非常差(一般 B/C 小于0．2)。

1 试验部分

1．1 废水水质

试验废水取自江苏某外资化工企业的涂料添加剂生产车间，该企业紧邻长江，环保要求高，业主希望废水经过处理后能达到中水回用的目的。原水水质与出水要求水质如表1所示。

1．2 试验方案

根据废水特点和已有资料，计划采用如下两个工艺路线对该废水进行处理:(1)Fenton氧化—好氧曝气法—Fenton氧化—活性炭吸附;(2)好氧曝气法—Fenton氧化—好氧曝气法—活性炭吸附。Fenton氧化作为高级氧化技术，在本试验中除了用来去除难以生物降解的COD外，还用来将大分子有机物分解成小分子有机物，提高废水的可生化性，作为生物处理的预处理。

表1 污水进水质与出水要求Tab．1 Wastewater Quality and Effluent Requirement

2 试验结果与讨论

在确定工艺路线后，针对两个工艺路线，在实验室中进行了小试，对比两个工艺的运行效果。

2．1 工艺路线一

2．1．1 Fenton 试验

1894年首次研究表明，H2O2在Fe2+离子的催化作用下具有氧化多种有机物的能力。过氧化氢与亚铁离子的结合即为Fenton试剂，其中Fe2+离子主要是作为同质催化剂，而H2O2则起氧化作用。Fenton试剂具有极强的氧化能力，特别适用于某些难生物降解的或对生物有毒性的工业废水处理，所以Fenton氧化法越来越受到人们的广泛关注［1，2］。

用3只250 mL烧杯各量取150 mL废水，投加H2SO4调节 pH 至 2．5［3］，然后按照表 2 中的加药量分别投加不同浓度的H2O2、FeSO4，快速搅拌反应40 min，然后投加NaOH调节pH至7左右，然后再投加2 mg/L的PAM(阴离子)，缓慢搅拌15 min，然后静止沉淀30 min，取上清液测试 CODCr、BOD5，结果如表2所示。

表2 Fenton试验条件和处理效果Tab．2 Fenton Experimental Conditions and Treatment Effect

由表2可知通过Fenton氧化能降解废水中的CODCr，并提高废水的可生化性。

2．1．2 好氧曝气试验

实验2．1．1中试验批次2处理后的B/C最大，重复批次2试验多次，收集其上清液5 L用于好氧曝气试验。好氧试验在7 L的曝气池中进行，污泥来自于某啤酒厂，采用闷曝的方式，污泥负荷为0．1 kg BOD/kg MLVSS·d。接种驯化后每天取样测试过滤后的CODCr，连续两天数值接近，则视为好氧试验到达终点。第5 d和第6 d的出水CODCr基本接近，在第六天将实验结束，取样过滤后测试第六天的BOD5，实验结果如图1所示。

图1 好氧曝气处理效果Fig．1 Treatment Effect with Aeration

从以上试验结果可以看出，好氧曝气对Fenton出水有较好的处理效果，COD去除率达63%，BOD5去除率达97%。

2．1．3 Fenton 试验

取好氧曝气试验的过滤液继续Fenton试验。用3只250 mL烧杯各量取150 mL废水，投加H2SO4调节pH至2．5，然后按照表3中的加药量分别投加不同浓度的 H2O2、FeSO4，快速搅拌反应40 min，然后投加NaOH调节pH至7左右，然后再投加2 mg/L的PAM(阴离子)，缓慢搅拌15 min，然后静止沉淀30 min，取上清液测试 CODCr、BOD5，结果如表 3所示。

从表3中可以看出，好氧曝气后的废水再用Fenton氧化效果一般，COD仍然高达135 mg/L。

2．1．4 活性炭吸附试验

试验2．1．3中试批次2的COD去除率最高，重复批次2试验多次，收集其上清液用于活性炭吸附试验。

活性炭是用于水和废水处理较为理想的一种吸附剂，研究活性炭用于水和废水处理已有十年的历史。近二十年来，由于活性炭的再生问题得到了较为满意的解决，同时，活性炭的制造成本也有了降低，活性炭吸附技术在国内外才逐渐推广使用，目前使用最多的是在三级废水处理中［4］。

本试验中活性炭吸附的目的有两个:一是进一步去除有机物，二是去除废水中的色度。

污水处理中常用的活性炭有果壳颗粒、椰壳颗粒、煤质颗粒三种，试验先对三种活性炭进行了定性试验，判断哪种活性炭适合该废水。根据平衡时间试验，确定达到平衡的时间为1 h。

表3 二次Fenton试验条件和处理效果Tab．3 Second Fenton Experimental Conditions and Treatment Effect

用3只250 mL烧杯各量取150 mL废水，分别投加三种活性炭各0．5 g，搅拌反应1 h，然后静止沉淀0．5 h，取上清液测试CODCr，结果如表4所示。

表4 不同种类活性炭的处理效果Tab．4 Treatment Effect with Different Kind of Activated Carbon

由表4可知椰壳颗粒对该废水有较好的去除率。采用不同的活性炭和废水比率又进行了几组试验，最终的上清液COD都高于70 mg/L，达不到设计要求。

2．2 工艺路线二

在进行工艺路线一试验的同时，在实验室中进行了工艺路线二。

2．2．1 好氧曝气试验

取原水进行好氧曝气试验。好氧试验在7 L的曝气池中进行，污泥来自于某啤酒厂，采用闷曝的方式，污泥负荷为0．1 kg BOD/kg MLVSS·d。接种驯化后每天取样测试过滤后的CODCr，连续两天数值接近，则视为好氧试验到达终点。第8 d和第9 d的出水CODCr基本接近，在第9 d将试验结束，取样过滤后测试第9 d的BOD5。CODCr的测试结果如图2所示。

图2 好氧曝气处理效果Fig．2 Treatment Effect with Aeration

从以上试验结果可以看出，好氧曝气对原水有去除效果，COD去除率达 67%，BOD5去除率达96%。

2．2．2 Fenton 试验

取好氧曝气试验的过滤液继续Fenton试验。用3只250 mL烧杯各量取150 mL废水，投加H2SO4调节pH至2．5，然后按照表5中的加药量分别投加不同浓度的 H2O2、FeSO4，快速搅拌反应40 min，然后投加NaOH调节pH至7左右，然后再投加2 mg/L的PAM(阴离子)，缓慢搅拌15 min，然后静止沉淀30 min，取上清液测试 CODCr、BOD5，结果如表5所示。

表5 Fenton试验条件和处理效果Tab．5 Fenton Experimental Conditions and Treatment Effect

由表5中可知好氧曝气后的废水再用Fenton氧化效果较好，除了可以进一步去除CODCr外，还可以提高废水的B/C，提高可生化性。

2．2．3 好氧曝气试验

试验2．2．2中批次2的COD去除率最高，重复批次2试验多次，收集其上清液5 L用于好氧曝气试验。好氧试验在7 L的曝气池中进行，污泥来自某啤酒厂，采用闷曝的方式，污泥负荷为0．1 kg BOD/kgMLVSS·d。接种驯化后每天取样测试过滤后的CODCr，连续两天数值接近，则视为好氧试验到达终点。第4 d和第5 d的出水CODCr基本接近，在第5 d将试验结束，取样过滤后测试第5 d的BODCr，试验结果如图3所示。

图3 二次好氧曝气处理效果Fig．3 Treatment Effect with Second Aeration

从以上试验结果可以看出，好氧曝气对Fenton出水有进一步的去除果，COD去除率达32．6%，BOD5去除率达97%。

2．2．4 活性炭吸附试验

曝气试验后的出水CODCr仍未达到业主要求，肉眼观察色度较高，为了进一步去除CODCr，并去除色度，采用活性炭吸附作为后续的深度处理。

根据2．1．4的试验结论，椰壳活性炭对该废水有较好的去除率。试验直接采用椰壳活性炭，按照活性炭投加量为 0．2 g/L、0．4 g/L、0．6 g/L 进行试验，结果如表6所示。

表6 椰壳活性炭处理效果Tab．6 Treatment Effect with Coconut Activated Carbon

从以上试验结果可知，废水经活性炭吸附后出水CODCr可以进一步降低，当活性炭投加量为0．4 g/L以上时经活性炭吸附后的出水CODCr小于70 mg/L。

3 结语

涂料添加剂废水中含有高分子有机物，可生化性低，属于难降解化工废水。通过实验室试验，确定采用好氧曝气—芬顿试剂氧化—好氧曝气—活性炭吸附工艺能将该废水处理至CODCr小于70 mg/L。

各工艺单元的主要参数为:

第一级好氧曝气的污泥负荷采用0．1 kg BOD/kg MLVSS·d;Fenton试剂氧化的反应pH为2．5，Fenton试剂投加量按照 Fe2+∶H2O2∶COD=1．2∶0．6∶1，反应后pH回调至7;第二级好氧曝气的污泥负荷采用0．1 kg BOD/kg MLVSS·d;活性炭吸附采用椰壳活性炭，活性炭投加量按照0．4 g/L，反应时间为1 h。

鉴于废水量少，建议第二段的好氧曝气在实际项目中采用MBR，既可以提高系统的自动化程度，又能降低好氧系统出水的悬浮物，减少悬浮物对活性炭吸附过程传质的影响。

［1］Pignatello J J．Dark and photoassisted Fe3+-catalyzed degradation ofchlorophenoxy herbicides by hydrogen peroxide ［J］．Environmental Science＆ Technology，1999，26(5):944-951．

［2］孙艳慧，张卿，季常青．Fenton试剂在有机炭水处理中的应用［J］．净水技术，2014，33(1):25-29．

［3］齐建华，韩晋英，陈福川．Fenton试剂氧化机理及在水处理中的应用现状［J］，工业水处理，2012:76-80．

［4］高廷耀，顾国维．水污染控制工程(下册)［M］．北京:高等教育出版社，1999．