回用城市生活污水处理技术

Posted 2023-01-12 催化剂

篇首语：木尺虽短，能量千丈。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了回用城市生活污水处理技术相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

生活污水是指城市机关、学校和居民在日常生活中产生的废水，包括厕所粪尿、洗衣洗澡水、厨房等家庭排水以及商业、医院和游乐场所的排水等。生活污水具有污染来源简单，污水可生化性好,处理难度较小的特点，从技术和成本角度考虑，生活污水处理后回用具有很高的技术可行性和社会价值。淄博市某小区拟将生活污水进行深度处理作为城市杂用水，用于绿化或冲厕，以节约淡水资源并减少污水排放。生活污水虽然处理难度较小，但传统生化处理方法具有基建费用高，占地面积大，处理时间长，受外部环境影响大的缺点。

Fenton 氧化是指由H2O2 和Fe2+ 的结合，二者反应生成氧化能力很强的·OH 自由基，可以氧化水中大多数有机物，能将大分子有机物降解为小分子有机物或完全矿化[1]，具有操作简单、反应迅速，且无二次污染等优点[2]。针对生活污水生化处理的缺点，本研究将采用纯物化的方法对生活污水进行回用处理，达到快速处理的目的。

1 试验材料与方法

1.1 试验药剂

聚合硫酸铁（SPFS）、聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铝铁（PAFS）、H2O2、硫酸铁、硫酸亚铁、聚丙烯酰胺（PAM）、硫酸、氢氧化钙。

1.2 试验污水水质

试验用水来源于小区生活污水管路排水，由于不同时段水质波动较大，多次取样充分混合后测定其指标平均值，水质如表1 所示。

表1 污水水质

1.3 污水处理回用流程

生活污水处理流程如图1 所示：通过隔栅去除生活污水大颗粒固体及垃圾，之后采用混凝沉淀法对废水中大颗粒悬浮物、固体COD 进行去除。出水调pH 后进入Fenton 氧化反应器，以Fe2+ 和Fe3+ 作为催化剂催化过氧化氢分解产生·OH，去除水中溶解性COD。氧化出水加入氢氧化钙调pH 至8- 10 并加入聚丙烯酰胺（PAM）进行混凝，用以去除水中过量的总磷及残余有机物。混凝沉淀后的上清液通过折点氯化法进行脱氮处理，出水经过消毒灭菌后作为城市杂用水回用。本文将以混凝和Fenton 氧化为重点研究对象，并对其条件进行优化。

图1 工艺流程

1.4 水质检测方法

COD 的测定方法：重铬酸钾法；氨氮的测定方法：纳氏试剂比色法；固形物的测定方法：重量法；磷酸盐的测定方法：钼锑抗分光光度法；BOD5 的测定方法：稀释与接种法；总大肠杆菌群：多管发酵法。

2 试验结果与讨论

2.1 生活污水混凝试验

生活污水含有较多的固体悬浮物，这也是造成生活污水CODCr、浊度较高的主要原因。本研究采用混凝沉淀法去除废水中悬浮物，选用聚合硫酸铁（SPFS）、聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铝铁（PAFS）、硫酸铁、复配混凝剂Ⅰ和复配混凝剂Ⅱ对生活污水进行混凝处理，试验结果如图2所示：

由图2 可以看出FP- 1 混凝剂混凝效果最好，在进水COD 浓度为350mg/L 时，出水COD 浓度可以降至110mg/L左右，COD 去除率可以达到68.2%。FP- 1 混凝剂为本公司研发的混合混凝剂，主要成分为硫酸铁、聚合硫酸铝铁和聚合硫酸铁，因此选择复配混凝剂FP- 1 对生活污水原水进行混凝。

2.2 混凝出水Fenton 氧化试验

生活污水经过混凝沉淀后大部分悬浮固体及有机物得以去除，剩余溶解性有机物拟通过Fenton 氧化进行去除，本研究通过大量试验对Fenton 氧化条件进行优化。

（1）Fenton 氧化pH 及反应时间的确定

混凝出水COD 约为110mg/L，以混凝出水作为原水进行Fenton 氧化试验。设定过氧化氢（30%）加入量为0.1%，催化剂采用硫酸亚铁，考察不同反应pH 对Fenton 氧化的影响，试验结果如图3 所示。

图2 不同混凝剂混凝效果比较

图3 pH 对COD 去除率的影响

结果表明：在反应pH 为3 时，反应120min 之后COD去除率达到66.3%，Fenton 氧化效果最好，反应pH 为4 时反应120min 后COD 去除率可达65.5%，Fenton 氧化效果随着pH 的升高逐渐降低。分析原因是因为pH 值过高时，OH- 会直接抑制·OH 的生成，同时Fe3+ 和Fe2+ 也会以氢氧化物的形式沉淀而降低或失去催化作用。在pH 为4，反应时间80min 时，COD 去除率为62.5%，剩余COD 浓度约为40mg/L，BOD5 浓度小于20mg/L，已经满足城市杂用水水质要求。因此，确定反应pH 为4，反应时间80min。

（2）Fenton 氧化H2O2 加量的确定

设定Fenton 氧化pH 为4，反应时间80min，催化剂采用硫酸亚铁，考察不同H2O2 （30%）加入量对COD 去除率的影响，试验结果如图4 所示。

由图4 可以看出：Fenton 氧化COD 去除率随H2O2（30%）加入量的增加而升高，当H2O2 （30%）加入量为0.1%时COD 去除率为63.1%，COD 降至40mg/L 以下，满足城市杂用水水质要求。过氧化氢加量继续增加，COD 去除率增幅逐渐减小，分析原因可能H2O2 作为·OH 的捕捉剂也会消耗·OH，过氧化氢的用量过高时，无效降解也变得越来越严重。因此确定Fenton 氧化的最佳过氧化氢的加入量为0.1%。

图4 H2O2 加量对COD 去除率的影响

（3）Fenton 氧化催化剂的选择

Fenton 试验结果表明：采用硫酸亚铁作为催化剂，氧化后混凝效果较差，出水中含有较多的Fe2+，呈黄绿色。因此考虑筛选一种类Fenton 催化剂，能够提高催化氧化效率或者提高氧化后混凝效果，试验结果如图5 所示。

图5 Fenton 氧化催化剂的筛选

由图5 可以看出采用锰砂或废铁屑作为催化剂，催化效率远低于硫酸亚铁。采用混合催化剂，Fenton 氧化COD去除率达到62.2%，略低于硫酸亚铁的63.6%，混合催化剂为含FeSO4 和Fe2 （SO4）3 的混合物，催化效率虽然略低，但是废水氧化后易进行混凝沉淀，出水澄清。因此，选用混合催化剂催化Fenton 氧化反应。

（4）Fenton 氧化催化剂加量的确定

设定H2O2 （30%）加入量为0.1%，反应pH4，反应时间80min，催化剂为混合催化剂，考察催化剂加量对Fenton 氧化的影响，试验结果如图6 所示。

图6 催化剂加量对COD 去除率的影响

由图6 可以看出：在0- 0.2g/L 范围内，COD 去除率随着催化剂加量的增加而迅速升高，当催化剂加量为0.2g/L时COD 去除率最高为63.8%，之后随着催化剂加量的继续增加，COD 去除率呈逐渐降低的趋势。这是由于催化剂加量过多，会造成过氧化氢的无效分解，反而不利于Fenton 氧化的进行，同时会造成混凝泥量大增。因此，确定催化剂的加入量为0.2g/L。。

3 污水的后续处理

通过混凝沉淀- Fenton 氧化- 混凝沉淀后，污水的主要指标COD、BOD5、悬浮物、总磷等均达到城市杂用水回用要求，只是氨氮浓度仍为30mg/L 左右，因此采用折点氯化法对水中过量氨氮进行去除。脱氮后将污水进行消毒处理，水质完全达到城市污水再生利用城市杂用水水质（B/T18920- 2002）标准，如表2 所示。

表2 处理后生活污水水质

4 结论

完全采用物化法对小区生活污水进行快速处理回用，以减少外部环境对污水处理效果的影响。筛选了适用于生活污水的FP- 1 复配混凝剂，有效降低生活污水中的固体悬浮物、COD 等指标。对于溶解性有机物、胶体等采用Fenton 氧化对其进行去除，通过大量试验得出了Fenton 氧化的优化条件为：pH4，反应时间80min，过氧化氢（30%）的加入量0.1%（体积分数），催化剂采用FeSO4 和Fe2（SO4）3 混合催化剂，催化剂加量为0.2g/L。经过后续折点氯化、消毒灭菌等工艺处理，污水水质达到城市污水再生利用城市杂用水水质（B/T18920- 2002）标准。此法虽然成本稍高，但仍具有良好的应用前景。