污水及废水处理工艺方法氧化工艺详解1 / 19 目录1.概述32.反应原理33.进水水质要求41).氧化法进水应满足下列条件：42). 当氧化法进水不满足条件时 5 4.影响的因素 51)、温度 62)、pH 63)、有机底物 74)、过氧化氢及催化剂用量 8 5.工艺操作与设计 81)、酸度的调节 92)、催化剂的搅拌 93)、氧化反应 104)、中和 115)、固液分离 126)、试剂投加 127)、试剂的调制 138)、试剂溶解罐及溶液罐的容积计算 14 6.设备及材料选择 151)、本体 152)、泵阀 163)、机械搅拌器 164)、管道 17 7.污泥的计算及处置 172 / 19 1.概述 氧化法可作为废水生化处理前的预处理工艺，也可作为废水生化处理后的深度处理工艺。 氧化主要适用于处理含有难降解有机物的废水，如造纸工业废水、染整工业废水、煤化工工业废水、石油化工工业废水、精细化工工业废水、发酵工业废水、垃圾渗滤液等废水及工业园区集中污水处理厂废水。2、反应原理过氧化氢（H2O2）和二价铁离子的混合溶液具有强氧化性，能将羧酸、醇、酯等许多已知的有机物氧化成无机状态，氧化效果十分显著。
这种氧化剂由于氧化能力太强，一直没有受到重视，试剂在环境化学中找到了属于自己的一席之地。试剂对难降解有机污染物有很高的去除能力，被广泛应用于印染废水、含油废水、含酚废水、焦化废水、含硝基苯废水、二苯胺废水等废水的处理。发现试剂时，并不清楚过氧化氢和二价铁离子反应生成的氧化剂究竟是什么，有如此强的氧化能力。人们推测，反应中可能生成了羟基自由基，否则氧化能力不会这么强。3 / 19因此，后来人们采用了一个被广泛引用的化学反应方程式来描述试剂中发生的化学反应：（Fe2+）+（H2O2→Fe3+）+（OH）-（+OH·）。 氧化法是在酸性条件下，H2O2在Fe2+存在下生成具有强氧化能力的羟基自由基（·OH），并引发更多的其他活性氧，达到降解有机物的目的。氧化过程是一个链式反应，·OH的生成是链的开始，而其他活性氧和反应中间体构成了链的节点，每一个活性氧被消耗掉，反应链就终止。
其反应机理相对复杂，这些活性氧物种仅仅提供有机分子，并将其矿化为CO2和H2O等无机物质，因而该氧化法成为重要的高级氧化技术之一。3、进水水质要求1).氧化法进水应满足以下条件：a)酸性条件下易产生有毒有害气体的污染物(如硫离子、氰离子等)不得进入氧化工艺单元；b)进水中悬浮物含量应小于200mg/L；c)应控制进水中Cl-、H2PO-、HCO3-、油类等影响氧化反应的无机离子或污染物的浓度，并根据试验结果确定限值浓度。2). 当进水不满足 氧化法条件时，应根据进水水质采取相应的预处理措施：a） 氧化法用于生化处理预处理时，可设置粗细格栅、沉砂池、沉淀池或混凝沉淀池，去除漂浮物、砂石、悬浮物等易去除的污染物； 氧化法用于深度废水处理时，宜设置混凝沉淀或过滤工艺进行预处理；b）当进水中可溶性磷酸盐浓度过高时，应投加消石灰，通过混凝沉淀去除部分可溶性磷酸盐；c）当进水中含有油时，应设置隔油池，去除油；d）当进水中含有硫离子时，应采用化学沉淀或化学氧化去除；当进水中含有氰离子时，应采用化学氧化去除； e)当进水中含有其他影响氧化反应的物质时，应根据水质情况采取适当的去除措施，消除对氧化反应的影响。
氧化法用于生化处理的预处理时，若进水水质、水量变化较大，应在氧化工序前设置调节池。4.影响因素5 / 191）温度温度是反应的重要影响因素之一，一般化学反应随温度的升高而加速，反应也不例外。温度的升高会加速·OH的生成速度，有利于·OH与有机物发生反应，提高氧化效果和COD去除率；但对于试剂这样一个复杂的反应体系，温度的升高不仅会加速正反应，而且会加速副反应，温度的升高还会加速H2O2分解成O2和H2O，不利于·OH的生成。不同类型的工业废水反应适宜的温度也存在一定的差异。 处理聚丙烯酰胺水溶液时温度控制在30℃～50℃，在研究处理洗胶废水时发现温度为85℃。处理三氯苯酚时，当温度低于60℃时有利于反应进行，反之高于60℃时不利于反应进行。2）pH值一般来说，试剂在酸性条件下进行反应，在中性和碱性环境下，Fe2+不能催化H2O2氧化生成·OH，会产生氢氧化铁沉淀而失去催化能力。当溶液中H+浓度过高时，Fe3+不能顺利还原为Fe2+，催化反应受到阻碍。
6 / 19众多研究结果表明，试剂在酸性条件下有很强的氧化能力，尤其在pH为3-5时，此时有机物的降解速度很快，只需几分钟即可降解，而此时有机物的反应速率常数与Fe2+和过氧化氢的初始浓度成正比。因此，在工程中使用工艺时，建议将废水调节为=2-4，理论上以3.5时最佳。3）有机底物针对不同类型的废水，试剂的投加量和氧化效果是不同的，这是因为不同类型的废水中有机物的种类不同。对于醇类（甘油）、糖类等碳水化合物，在羟基自由基作用下，分子发生脱氢反应，进而发生CC键断裂；对于大分子糖，羟基自由基使糖分子链中的糖苷键断裂，降解生成小分子物质； 对于水溶性高分子及乙烯基类化合物，羟基自由基使C=C键断裂；而且羟基自由基可以开芳香族化合物的环，生成脂肪族化合物，从而消除和降低该类废水的生物毒性，提高其可生化性；对于染料，羟基自由基可以打开染料中功能团的不饱和键，使染料氧化分解，达到脱色、降低COD的目的。利用试剂降解壳聚糖的实验表明，当介质pH值为3～7/195，多糖、H2O2和催化剂的摩尔比为240∶12～24∶1～2时，反应可以打断壳聚糖分子链中的糖苷键，从而生成小分子产物。
4）双氧水和催化剂的投加量法处理废水时，需要确定试剂的投加量和经济性。H2O2的投加量越大，废水的COD去除率越高，但当H2O2投加量增加到一定程度后，COD去除率会慢慢下降。因为在反应中，H2O2投加量的增加，会使·OH生成增多，COD去除率会升高，但H2O2浓度过高时，双氧水会发生分解，不会产生羟基自由基。催化剂的投加量也与双氧水投加量相同。一般废水COD去除率会随着Fe2+投加量的增加而升高，当Fe2+增加到一定程度后，COD去除率开始下降，其原因是：当Fe2+浓度升高时，H2O2生成的·OH增多； 氧化废水处理工程工艺流程主要包括调酸、催化剂混合、氧化反应、中和、固液分离、药剂投加及污泥处理系统等环节，其工艺流程图如图所示。 1）调酸 根据氧化反应池最佳pH值的要求，通过投加浓硫酸或稀硫酸来调节废水的pH值，pH值控制在3.0~4.0。
酸调节槽应采用液压、机械或气动搅拌方式，搅拌时间不少于2min。浓硫酸或稀硫酸应采用计量泵投加，投加量应采用在线pH控制器等自动控制系统调节。2）催化剂混合催化剂可为硫酸亚铁，混合过程在催化剂混合槽内完成。催化剂混合槽应采用液压、机械或气动搅拌方式，搅拌时间不少于2min。硫酸亚铁溶液的质量百分比浓度应小于30%，宜采用计量泵定量投加。3）氧化反应中应加入双氧水溶液，氧化反应在氧化反应槽内完成。氧化反应槽可为完全混合式或推流式，完全混合式氧化反应槽不宜少于2段，采用溢流或穿孔壁连接。氧化反应槽型式应根据废水处理规模、占地面积、经济性等因素综合确定。 当氧化反应池采用塔式时，宜采用上流式反应器，钢结构塔体采用不锈钢316L并涂玻璃鳞片防腐处理。塔反应器包括试剂混合区、水分配区和反应区。
混合区混合速度梯度G值应不小于500s-1，布水区分布均匀，布水孔出口速度为1.0m/s～1.5m/s，回流比不小于100%。塔反应器高径比宜在1.0～5.0之间，高度不宜高于15m。氧化反应池有效容积可按下式计算： = … … … … … … (1) 式中：V — 池子有效容积，m3；Q — 设计水量，m3/h；T — 水力停留时间，h。氧化反应池有效面积可按下式计算： = /… … … … … … … (2) 式中：F — 池子有效面积，m2；H — 池子有效水深，m，全混合型宜为2.5m～6.0m。 氧化反应池水力停留时间应根据进水水质、成分及出水要求通过试验确定。用于预处理时，氧化反应池水力停留时间宜为2.0h～8.0h；用于深度处理时，氧化反应池水力停留时间宜为2.0h～6.0h。
搅拌可采用水力搅拌、机械搅拌或空气搅拌等方式进行，保证混合均匀，防止出现短路和死水区。氧化反应中药剂的投加量及配比应通过实验确定，在没有实验资料的情况下，投加量比例为：c(H2O2，mg/L)：COD(mg/L)应为1：1～2：1；c(H2O2，mg/L)：c(Fe2+，mg/L)应为1：1～10：1。4)中和在中和池中加入碱溶液调节pH值至中性。碱溶液应为氢氧化钠溶液、碳酸钠溶液、氢氧化钙溶液。氧化法出水直接外排时，应调节pH值以满足固液分离要求和排放要求；氧化法出水进入后续处理工艺时，应调节pH值以满足固液分离要求和后续处理工艺要求。 中和槽可采用液压搅拌、机械搅拌或气动搅拌，搅拌时间不少于2分钟。
当氧化反应及中和工序不采用空气搅拌时，应设置空气搅拌脱气池，水力停留时间不小于15min，气水比不小于5∶1。5）固液分离可用沉淀或浮选法完成，若分离效果不佳，可投加混凝剂或助凝剂。混凝剂采用聚合氯化铝（PAC），投加量为100mg/L～200mg/L；助凝剂采用聚丙烯酰胺（PAM），投加量为3mg/L～5mg/L。有条件的应通过试验确定药剂种类及投加量配比。6）试剂、酸碱试剂、混凝剂、助凝剂等药剂的投加量，应根据废水性质经试验确定。 试剂和助凝剂的投加方式应采用计量泵，并应安装流量计。12 / 19 试剂和助凝剂投加系统应包括试剂的贮存、配制、运输、计量和投加设施（配制）。
采用液压搅拌、机械搅拌或空气搅拌进行药物混合时，搅拌速度梯度G值应控制在1000s-1～500s-1之间。采用液压搅拌、机械搅拌或空气搅拌进行化学反应或缩合反应时，搅拌速度梯度G值应控制在70s-1～50s-1之间，并逐渐减小。7）药物配制a）药物（如硫酸亚铁、氢氧化钠、PAC和PAM等）的溶解和稀释方法，应根据用量、药物的性质等确定。溶解和稀释应采用机械搅拌，也可以采用液压搅拌或空气搅拌；b）应根据不同的溶解度和凝固点，合理选择溶剂的浓度。硫酸浓度应保证硫酸凝固点低于冬季最低温（硫酸凝固点见表1）； 硫酸亚铁溶剂浓度按质量百分比浓度≤30%配制，水温较低时按质量百分比浓度≤20%配制；双氧水质量百分比浓度≤30%；液碱浓度≤30%。
若配药所用水碱度过高造成硫酸亚铁结晶，可在溶解时加入适量硫酸，减少溶解槽和加药槽中硫酸亚铁晶体的析出； 表：不同质量分数下硫酸的凝固点（0.1 MPa） 质量分数 0 12.525 37.550 62.575 87.598（%） 凝固点 0 -8-27 -70-36 -29-40 -146（℃） c)水力调制水压应大于0.2 MPa； d)水量较大的污水处理厂（站）配药可采用压缩空气调制，曝气强度控制在：3 L/（m2·s）～5 L/（m2·s）； e) 硫酸溶液应为成品溶液,避免在污水处理厂内稀释、调制,当不具备成品供应条件,需要现场配制时,应考虑溶解过程中的腐蚀性和放热性,采用专用设备配制;f) 过氧化氢的储存装置应远离热源,避免阳光直射。
8）药剂溶解罐、溶液罐容积的计算 1.溶液罐容积按下式计算： 1=（0.2～0.3）2（3）式中： W1——溶液罐容积，m3； W2——溶解罐容积，m3。 2.溶解罐容积按下式计算： 14/192=（2400××）/（××）=（×）/（417××）…… （4）式中： a——药剂最大用量，以无水产品计，mg/L； Q——设计水量，m3/h； c——溶液浓度，%； n——日调制次数，应根据药剂用量、配制情况等因素确定，一般不宜超过 3 次。 6、设备、材料的选择1）主体建（构）筑物池体可采用钢筋混凝土结构或钢结构，处理规模较大时可采用钢筋混凝土池体，处理规模较小时可采用钢制罐体。各单元建（构）筑物的池体及所用材料、设备、连接管道等应具有相应的耐酸碱腐蚀和抗氧化腐蚀性能。
钢筋混凝土罐内壁可采用环氧树脂玻璃纤维防腐涂层，钢制罐内壁可采用防腐316L不锈钢或涂覆玻璃鳞片。药剂加药系统的溶解罐、溶液罐内壁可采用环氧玻璃纤维、辉绿岩、耐酸水泥砖或聚氯乙烯板内衬，当所用药剂腐蚀性不强时，可采用耐酸水泥砂浆。药剂加药系统的设备、管道应根据药剂的性质采取相应的保温或隔热措施。2）泵、阀门、废水提升泵的过流部件应耐酸碱腐蚀；氧化反应罐循环泵的过流部件应耐酸碱、耐氧化，应采用316L不锈钢。 药剂加药系统中的加药泵应采用耐腐蚀材料制造。浓硫酸溶液加药泵过流部件可采用聚四氟乙烯、铸铁；双氧水加药泵过流部件可采用316L不锈钢；硫酸亚铁溶液加药泵过流部件可采用316L不锈钢、聚丙烯、聚氯乙烯；氢氧化钠溶液加药泵过流部件可采用304不锈钢。药剂加药系统中阀门过流部件内衬材料可与相应的提升泵、加药泵一致。 3）机械搅拌器 机械搅拌器（如框式搅拌器、桨叶式搅拌器等）的功率、转速应根据工艺设计要求选择，宜采用无级调速16/19搅拌器 机械搅拌器的水下部分应采用316L不锈钢、玻璃钢 4）管道