Fenton+SMBBR组合工艺处理有机废水

高级氧化技术作为一种深度处理工艺，应用越来越广泛，现已成为处理难降解有机物的研究热点。高级氧化技术是利用芬顿试剂使Fe2+催化H2O2在水中生成OH自由基，从而获得更强的氧化能力，降解污水中的污染物。生成的Fe3+同时具有混凝沉淀功能，可以去除有机物和磷酸盐。在这个过程中，芬顿具有强氧化和混凝两种作用，同时不会造成二次污染。

特定移动床生物膜反应器(SMBBR)是在传统MBBR的基础上改进而来的一种新工艺，兼有传统流化床和生物接触氧化的优点。它依靠曝气和水流使悬浮填料流化。生物膜充满整个反应空间，填料与废水接触次数多且频繁，反应时间长，能耗低。

安徽池州某化工厂要求进一步提高出水标准，实现零排放目标。本文对该公司污水站出水进行了中试研究，采用Fenton +SMBBR+AMBBR+SMBBR工艺，探索该工艺的较佳处理参数，为该工艺的调试运行提供技术支持。

1.实验部分

1.1材料和仪器

SDC-03填料(六棱柱多孔结构，H=10mm，比表面积约585m2/m3，ρ=0.97g/cm3，比容0.1cm3/g，可降解塑料生物膜载体)；进水水质见表1。

1.2实验过程

中试装置主要由芬顿反应设备和生化反应设备(即SMBBR)两部分组成。设备由不锈钢板制成，其中Fenton反应池的有效容积为0.432m3，SMBBR1的有效容积为0.208m3，AMBBR的有效容积为0.396m3，SMBBR2的有效容积为0.448m3，原水通过提升泵从污水站调节池进入Fenton反应器，Fenton反应后的上清液通过小型潜水泵泵入SMBBR1，再从SMBBR1流入AMBBR。从AMBBR上端流出，经水解酸化后，从下端流入东砂沉淀池，再从上端通过进水三通流入SMBBR2底部，从SMBBR2上端流入出水二沉池。出水经过二沉池后，出水的SS更低，出水水质得到保证。

1.3分析方法

采用国标法检测Fenton和SMBBR反应器进出口的COD、NH3-N、TN等指标。

2.结果和讨论

2.1芬顿测验

中试中过氧化氢的投加量按进水COD质量浓度的1∶1计算，Fe2+的投加量按H2O2摩尔浓度的1∶3计算。H2O2浓度为30%，Fe2+试剂为FeSO4 7H2O。取5个500mL的原水样品进行梯度实验。调节原水pH至3.5 ~ 4，加入芬顿试剂(先加入FeSO4 7H2O，再加入H2O2)，搅拌约40min，调节pH至8 ~ 9，加入絮凝剂。结果如表2所示。

从表2可以看出，随着双氧水用量的增加，COD含量逐渐降低，氨氮含量逐渐升高，说明进水中含有一定的有机氮。当过氧化氢的投加量大于400mg/L时，氨氮含量的增加趋势不明显，说明此时废水中大部分有机氮被氧化。因此，H2O2的用量为400毫克/升..

2.2挂膜阶段

实验于2017年7月开始。启动期(1 ~ 34d)，进水流量为300mL/min，厌氧AMBBR停留时间为1d，好氧SMBBR1停留时间为0.5d，好氧SMBBR2停留时间为1.5d上清液的回流比为1∶1；AMBBR反应器中污泥浓度保持在3000 ~ 4000mg/L；AMBBR反应器中溶解氧为0.2 ~ 0.5 mg/L，SMBBR反应器中溶解氧为3 ~ 5 mg/L。水温25 ~ 28℃。在启动过程中，DNF409菌株以50g/d的剂量投加到AMBBR反应器中

连续进水9 ~ 11天后，观察SMBBR反应器中的填料，发现其内表面有淡褐色斑点。20天后，填料内表面的生物膜厚度约为0.5 ~ 0.7毫米，30天后，填料内的生物膜厚度约为1.5 ~ 2毫米，通过显微镜观察，发现其内表面附着有许多丝状细菌，并观察到大量的钟虫和轮虫。AMBBR采用完全厌氧工艺挂膜。与好氧工艺相比，厌氧降解有机物过程中，微生物细胞活性不足，微生物生长缓慢，难以附着在填料表面生长，导致挂膜时间相对较长。此时观察AMBBR反应器中的填料，发现其内表面只有黄色斑点状的细菌胶束，没有发现致密的生物膜。而AMBBR中MLSS较高，搅拌器和填料起到了均匀活化污泥的作用，使反应器中的污泥极其活跃，具有显著的去除污染物的能力。当出水污染物去除率显著提高，水质趋于稳定时，表明挂膜完成，此时进入稳定运行阶段。

2.3稳定运行阶段

2 . 3 . 1 Fenton+SMB BR组合工艺对COD的去除效果

Fenton+SMBBR对COD的去除效果见图2。

从图2可以看出，控制HRT=5d时，Fenton+SMBBR工艺COD平均去除率为91.45%，稳定运行时出水COD浓度为22 ~ 120 mg/L。20天后出水稳定，平均浓度为28.35 mg/L，随着反应时间的增加，COD的去除率逐渐增加，说明在生化反应器内部污泥流失的过程中，系统中的微生物逐渐适应了环境。随着填料上生物膜厚度的增加，整个反应器的生物量和生物相也随之增加，出水COD逐渐降低，去除率达到峰值并趋于稳定。

2 . 3 . 2 Fenton+SMB BR组合工艺对氨氮的去除效果

温度控制在25 ~ 28℃，AMBBR中溶解氧为3 ~ 5 mg/L，SMBBR中溶解氧为0.2 ~ 0.5 mg/L，Fenton+SMBBR去除NH3-N的效果如图3所示。

从图3可以看出，HRT=5d时，NH3-N平均去除率为93.33%，出水NH3-N浓度为0.68 ~ 5.45 mg/L，平均浓度为2.5 mg/L，微生物同化是反应器中去除NH3-N的主要方法。组合工艺取得了良好的硝化效果，主要是由于废水中的有机氮经过Fenton催化氧化后转化为无机氮，废水的可生化性大大提高。同时，高亲水性填料的加入有利于增加反应器中微生物的数量和富集反硝化细菌，其上成熟的生物膜富含大量硝化细菌，其生物量可高达活性污泥的5 ~ 20倍，从而保证了出水NH3-N浓度的稳定。

2 . 3 . 3 Fenton+SMB BR组合工艺对总氮的去除效果

Fenton和SMBBR对TN的去除效果见图4。

从图4中可以看出，HRT=5d时，TN平均去除率为86.85%，出水TN浓度为5 ~ 11.5 mg/L，稳定期内平均浓度为7.74 mg/L，随着反应时间的增加，系统内生物量和生物相开始增加，反应器内溶解氧含量相对降低，O2不易渗入生物膜，填料内表面形成的兼氧环境适合反硝化菌生存。反硝化细菌和硝化细菌在生物膜上的竞争加强，不利于硝化细菌的生长，TN的去除率在稳步上升。

3.结论

(1)组合工艺对该有机废水有较好的处理效果，H2O2投加量为400 mg/L时预处理效果较好

(2)经过20天的稳定运行，SMBBR工艺中的生物膜基本成熟。系统中微生物对废水的适应性增强，出水逐渐稳定，各项污染指标的去除率明显提高。

(3)经过Fenton反应预处理后，废水的可生化性得到改善。当HRT=5d，温度为25～28℃时，COD、NH3-N和TN的平均去除率分别为91.45%、93.33%和86.65%。两者都优于一级A标准。

(4) Fenton +SMBBR组合工艺对有机废水的处理效果和成本均优于该厂现有工艺，可为今后的升级改造提供技术支持和指导。(来源:内蒙古科技大学能源与环境学院、钟丹康灵(京)生物科技有限公司)

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