铁碳耦合Fenton试剂氧化处理轴承厂污水工程

张盼盼，郑荣跃，王金辉，郑琦宏，徐继荣

（宁波大学建筑工程与环境学院，浙江宁波315211）

铁碳耦合Fenton试剂氧化处理轴承厂污水工程

张盼盼，郑荣跃，王金辉，郑琦宏，徐继荣

（宁波大学建筑工程与环境学院，浙江宁波315211）

介绍了某轴承厂以铁碳耦合Fenton试剂高级氧化为主体工艺的轴承生产污水处理工程。采用隔油调节、溶气气浮、水解酸化、铁碳耦合Fenton试剂氧化、絮凝沉淀、活性炭罐吸附等工艺，处理后COD、SS、石油类、TP、阴离子表面活性剂、总铬、总镍去除率分别为95.7%、98.6%、95.8%、97.2%、90.3%、92.7%、93.3%，达到《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）一级排放标准的要求。该工程具有投资省、占地面积少、运行稳定、抗冲击负荷等优点。

轴承污水；高级氧化；溶气气浮；污水处理

我国轴承企业总数居世界第一位，但多数为中、小规模企业，生产集中度较低，导致产生的废水难以集中处理〔1〕。中、小规模轴承厂产生的废水大致包括2部分：（1）高浓度工艺废水，主要来自除油、磷化、清洗工序；（2）低浓度废水，主要来自车间冲洗水和洗涤水。其生产工艺废水中通常含有胺类、醇类、阴离子表面活性剂、活化油及芳香族化合物，组成较为复杂，水质波动大，可生化降解性能差，采用常规的物化、生化等工艺处理难以达到排放水质要求。因此，开发高效、经济的轴承生产废水处理技术，对轴承行业的健康发展具有积极意义。

铁碳耦合Fenton试剂氧化是指铁碳微电解和Fenton法协同氧化。铁碳微电解的作用机理是低电位的铁和高电位的碳在废水中产生电位差，具有一定导电性的废水充当电解质，形成无数原电池并由此引发絮凝、吸附、卷扫、共沉、电沉积、电化学还原等多种综合作用，改变废水中污染物的性质，从而达到处理废水的目的〔2-3〕。Fenton法采用Fe2+和H2O2混合氧化有机物。在铁碳微电解法中，铁作为阳极被腐蚀掉，使溶液中含有一定浓度的Fe2+，将铁碳微电解与Fenton法耦合，即利用微电解析出的Fe2+直接加入H2O2，便可形成良好的Fenton氧化条件。这样不仅省去了FeSO4〔4〕，发挥铁碳微电解与Fenton氧化法的双重优势，同时还可利用产生的大量Fe3+在碱性条件下生成絮状沉淀，进一步提高废水的处理效果〔5-6〕。

笔者介绍了某轴承厂以铁碳耦合Fenton试剂氧化为主体工艺的生产废水处理工程。1年多的生产运行证明，采用溶气气浮+铁碳耦合Fenton试剂氧化工艺处理轴承厂废水有较好的处理效果，具有投资省、占地面积少、运行稳定、抗冲击负荷特点，对规模较小且场地紧缺的轴承生产企业工艺废水处理有一定的应用与参考价值。

1　废水水质水量

浙江某轴承公司年产轴承10万套，各工段污水混合产生的工艺废水量为20 m3/d，处理工程要求出水达到《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）Ⅰ级排放标准的要求。废水所含污染物和排放标准见表1。

表1　进水水质和排放标准

从表1可以看出，该轴承厂废水pH较高、水质波动较大，且水量较小仅为20 m3/d，其中COD、SS、石油类、TP较高，同时铬、镍重金属超标。

2　废水处理工艺

2.1工艺流程的确定

轴承厂产生的废水pH较高、可生化性差、水量较少，故主体工艺考虑采用物化和高级氧化法；轴承生产过程中由于需要间断、集中洗涤及冲洗、磷化等工艺，废水水质、水量波动变化较大，因此要求工艺具备较强的耐冲击负荷能力。为降低高级氧化工艺的处理负荷及提高处理效果，考虑采用隔油、溶气气浮、水解酸化等过程作为预处理。因此确定工艺流程如图1所示。

图1　轴承厂废水处理工艺流程

废水经格栅拦截较大漂浮物后进入隔油调节池，均质除油后泵入溶气气浮池，去除水中大部分石油类、SS和COD，其出水进入水解酸化池。水解酸化过程可将大分子难降解物质分解为小分子易降解物质，并降低废水pH，利于后续氧化反应的进行，同时可减少试剂用量，节省处理成本。经水解酸化池水解后的废水进入铁碳耦合Fenton试剂氧化池中氧化，其出水用Ca（OH）2溶液调节pH并添加聚丙烯酰胺进行絮凝沉淀，沉淀后的污泥经板框压滤机压滤后外运，滤出液泵回隔油调节池。由于出水直排天然水体，因此在絮凝沉淀工序后添加活性炭罐，以保障出水稳定达标排放。

2.2主要构筑物及参数

（1）格栅。1套，尺寸为0.3 m×0.3 m×0.5 m，地下钢混结构。采用细格栅，设在处理构筑物之前，栅隙为4 mm，主要拦截污水中的较大漂浮物，保证后续处理设施的正常运行。

（2）隔油调节池。1座，地下钢混结构，尺寸为2.0 m×1.2 m×1.5 m，水力停留时间6 h。设污水泵和污泥泵各2台，1用1备。轴承车间水质、水量波动较大，含油量较高，设置隔油调节池可以均匀水质、调节水量并去除浮油。

（3）溶气气浮机。采用平流式溶气气浮机，1座，钢制结构，有效水深1.8 m，有效容积2 m3。气浮池的表面负荷为2.0 m3/（m2·h），有效水力停留时间为30 min。采用先进的多相溶气气浮泵（功率为0.5 kW），同时向气浮池内投加PAM。

（4）水解酸化池。1座，地下钢混结构，有效容积为20 m3，平面尺寸为2.0 m×2.5 m，平均水力停留时间为24 h，COD容积负荷为1.36 kg/（m3·d），COD污泥负荷为0.6 kg/（kg·d）。对水解酸化池内的pH和温度进行连续监控。

（5）铁碳耦合Fenton试剂氧化反应池。设2座（桶Ⅰ和桶Ⅱ），地上圆柱形聚乙烯桶，两桶上部串联，桶高2 m，有效容积3 m3，平均水力停留时间45 min；桶底均匀布置10个微孔曝气器，罗茨风机风量0.35 m3/min，风压为45 kPa，配套电机为1.0 kW，1用1备；曝气器上布置20 cm厚鹅卵石，鹅卵石上部放置2 t铁碳〔山东某环保公司提供，采用多元金属合金融合催化剂并用高温微孔活化技术生产而成，m（Fe）∶m（C）为1∶1，物理强度1 000 kg/cm2〕。桶顶上部外接体积分数为10%过氧化氢溶液、5%硫酸溶液，用电磁计量泵使药剂溶液与废水同步泵入反应桶Ⅰ。保持桶Ⅰ内废水pH为3，过氧化氢溶液质量浓度为200 mg/L，桶Ⅱ出水pH为6左右。

（6）絮凝沉淀池。1座，地上聚乙烯桶，桶高2 m，有效容积3 m3。桶顶上部外接计量泵，泵入适当浓度的氢氧化钙溶液、PAM溶液，絮凝溶液pH调至8。

（7）活性炭罐。1座，地上不锈钢容器，高4 m，有效容积2 m3。

（8）脱水机房。设置BAMY8/450-30U型板框压滤机1台，压滤面积为8 m2。

3　工程运行效果

工程完工后经过3个月的调试运行，监测出水各项指标平均值：pH为8.00、COD 68.0 mg/L、SS 5.0 mg/L、石油类4.9 mg/L、TP 0.34 mg/L、阴离子表面活性剂3.8 mg/L、总铬0.8 mg/L、总镍0.6 mg/L，各项污染物指标均达到排放标准，其监测结果见表2。

表2　出水水质监测结果

该工程总投资10.8万元，其中土建构筑物3.8万元，设备及材料费4.7万元，其他费用共计2.3万元，折合单位废水投资为5 400元/m3。总装机容量为2.5 kW，折合单位废水运行费用为7.9元/m3。

4　结论

（1）采用隔油+溶气气浮+水解酸化+铁碳耦合氧化+活性炭吸附工艺处理高浓度轴承厂工艺废水，其对COD、SS、石油类、TP、阴离子表面活性剂、总铬、总镍的去除率分别为95.7%、98.6%、95.8%、97.2%、90.3%、92.7%、93.3%，达到《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）的一级排放标准要求。

（2）采用该工艺处理轴承厂污水具有投资省、水质水量适应范围广、运行稳定的特点，在没有集中纳管处理的中小轴承生产企业及其他相关制造企业中具有较好的推广价值。

［1］袁艺.中国轴承工业的发展与对外贸易研究［D］.郑州：河南农业大学，2013.

［2］Kallel M，Belaid C，Boussahel R，et al.Olive mill wastewater degradation by fenton oxidation with zero-valent iron and hydrogen peroxide［J］.Journal of Hazardous Materials，2009，163（2/3）：550-554.

［3］杨鑫，杨世迎，邵雪停，等.利用活性炭催化过氧化物高级氧化技术降解水中有机污染物［J］.化学进展，2010，22（10）：2071-2078.

［4］鲁风芹，李忠杰，王娟，等.用Fenton试剂处理丙烯腈废水的动力学研究［J］.青岛科技大学学报：自然科学版，2007，28（3）：216-218.

［5］Módenes A N，Espinoza-Quinones F R，Manenti D R，et al.Performance evaluation of a photo-Fenton process applied to pollutant removal from textile effluents in a batch system［J］.Journal of Environmental Management，2012，104：1-8.

［6］张石磊，江旭佳，洪国良，等．电絮凝技术在水处理中的应用［J］．工业水处理，2013，33（1）：10-14．

Project on the treatment of wastewater from a bearing factory by iron-carbon coupling Fenton oxidation

Zhang Panpan，Zheng Rongyue，Wang Jinhui，Zheng Qihong，Xu Jirong
（Faculty of Architectural Engineering and Environment，Ningbo University，Ningbo 315211，China）

The project on the treatment of wastewater from bearing production is introduced.Its principal technologies are iron-carbon coupling Fenton advanced oxidation.Technologies，such as the regulation of oil removal，dissolved air floatation，hydrolytic acidification，iron carbon coupling Fenton reagent oxidation，flocculation and precipitation，charcoal canister adsorption.etc.have been used.After the treatment，the removing rates of COD，SS，petroleum substances，TP，anionic surfactants，total chromium，and total nickel of the effluent are 95.7%，98.6%，95.8%，97.2%，90.3%，92.7%and，93.3%，respectively，meeting the requirements for the first level discharge standard，specified in the Integrated Wastewater Discharge Standard（GB 8978—1996）.The project has advantages as follows：less investment，small coverage of area，stable operation，strong anti-shock loading capacity，etc.

bearing wastewater；advanced oxidation；dissolved air flotation；wastewater treatment

X703

B

1005-829X（2016）08-0106-03

国家科技支撑计划项目（2013BAJ10B06）

张盼盼（1988—），硕士，E-mail：978196578@qq.com。通讯作者：徐继荣，研究员，E-mail：xujirong@nbu.edu.cn。

2016-07-08（修改稿）