芬顿生物接触氧化法处理MDF纤维干燥尾气净化系统含污废水余晓

林业工程学报，2018，3(6):104－109JournalofForestryEngineeringdoi:10．13360/j．issn．2096－1359．2018．06．017收稿日期:2017－11－05修回日期:2018－06－28基金项目:国家重点研发计划项目(2016YFD0600703);江苏省科技支撑计划重点项目(BE2016304);江苏高校优势学科建设工程资助项目(PAPD)。作者简介:余晓，女，研究方向为材料学。通信作者:周培国，男，副教授。E-mail:[e-mail]芬顿-生物接触氧化法处理MDF纤维干燥尾气净化系统含污废水余晓1，朱南峰1，陆义磊2，张磊2，周培国2*(1．南京林业大学材料科学与工程学院，南京210037;2．南京林业大学生物与环境工程学院，南京210037)摘要:中密度纤维板(MDF)纤维干燥尾气净化系统产生的含污废水成分复杂，其甲醛质量浓度高达1080mg/L，COD质量浓度为20g/L，悬浮物含量为500mg/L，含盐量为300g/L，还含有氯仿、甲苯、4-异丙基甲苯等多种有机物，pH为6，属于难降解有机废水，很难用生物法直接处理。笔者利用Fenton氧化法和生物接触氧化法的组合工艺，探讨了对该废水的净化效果。试验结果表明，Fenton预处理的优选工艺条件:Fe2+/H2O2摩尔比为0．3∶1．0、初始pH为3、反应温度为40℃、反应时间为1h;处理后，该废水中甲醛质量浓度可以降到450mg/L，COD质量浓度降至10g/L。由于生物接触氧化法对进水的COD质量浓度要求为1500mg/L以下，故在进行生物处理前将该预处理废水稀释10倍左右。生物接触氧化法的优选工艺条件:COD质量浓度为1000mg/L、HＲT为10h、气水比为20∶1。研究发现，采用Fenton-生物接触氧化法处理该废水，甲醛去除率可达100%，达到《污水综合排放标准》(GB8978—1996)一级排放标准，说明Fenton-生物接触氧化法组合工艺的推广应用，将会有利于降低纤维板行业的环境污染风险，提高水资源利用率，推进纤维板行业向绿色、环保的产业升级，具有良好的社会、经济和环境效益。关键词:中密度纤维板;尾气净化系统;芬顿法;生物接触氧化法;甲醛废水中图分类号:TS653．6文献标志码:A文章编号:2096－1359(2018)06－0104－06TreatmentofmediumdensityfiberboardfiberdryexhaustpurificationsystemwastewaterbyFenton-biologicalmethodYUXiao1，ZHUNanfeng1，LUYilei2，ZHANGLei2，ZHOUPeiguo2*(1．CollegeofMaterialsScienceandEngineering，NanjingForestryUniversity，Nanjing210037，China;2．CollegeofBiologyandtheEnvironment，NanjingForestryUniversity，Nanjing210037，China)Abstract:Alargeamountofwastewatercontaininghigh-concentrationofformaldehydeashighas1080mg/Lcouldbegeneratedfromthesprayingoperationusedfordissolvingformaldehydeinthefiberdryingexhaustgaspurificationsys-temduringtheproductionofmediumdensityfiberboard(MDF)．Itisdifficulttobehandleddirectlybythetraditionalbiologicalmethodstoremoveformaldehyde，andalsocalledasarefractoryorganicwastewaterduetoitscomplexcom-ponentsincludingupto20g/LofCOD，500mg/Lofsuspendedsolids，300g/Lofsalinity，andafewkindsoforganiccompoundssuchaschloroform，tolueneand4-isopropyltoluene，withapHvalueof6．Inthisstudy，thecombinedprocessofFentonoxidationandbiologicalcontactoxidationwasusedtoinvestigatethepurificationeffectofthewastewater．TheresultsintheFenton-pretreatedexperimentsshowedthattheprocessingparameterswereoptimizedasfollows:0．3∶1．0ofFe2+/H2O2，theinitialpHvalueof3，thereactiontemperatureof40℃，andthereactiontimeof1h．Afterthetreatment，theformaldehydeconcentrationinthiswastewaterwasreducedto450mg/LandCODconcentra-tionwasdroppedto10g/L，whichindicatedthattheFentonreagentcaneffectivelyoxidizevariousrecalcitrantorganiccompoundsrapidlytogeneratehydroxylradicalsforthedecreaseofformaldehydeinwastewater．ThentheFenton-pre-treatedwastewaterwasdilutedby10timesorsoforthebiologicalcontactoxidation，ofwhichtheoptimumconditionsweretheinfluentCODconcentrationof1000mg/L，highresolutiontimeof10h，gas-waterratioof20∶1．Undertheseconditions，theformaldehydeinthewastewaterwasremovedcompletelywiththeremovalrateupto100%．Therefore，usingthecombinedprocessoftheFenton-pretreatmentandbiologicalcontactoxidation，theeffluentfromthefiberdr-yingexhaustpurificationsystemduringtheproductionoftheMDFcanmeettherequirementsoftheprimarydischargestandardsof“IntegratedWastewaterDischargeStandard”(GB8978—1996)．Alltheseresultssuggestedthattheappli-cationoftheFenton-biologicalcombinationprocessinginthetreatmentofthewastewatercouldbeconducivetoreducing第6期余晓，等:芬顿-生物接触氧化法处理MDF纤维干燥尾气净化系统含污废水theriskofenvironmentalpollutioninthefiberboardindustry，improvingtheutilizationrateofwaterresources，promo-tingtheenvironmentalprotectionandgreentransformationintheindustrialupgradingofthefiberboardindustry．Keywords:mediumdensityfiberboard;exhaustgaspurificationsystem;Fentonmethod;biologicalmethod;formalde-hydewastewater近年来，随着木材工业的迅速发展，中密度纤维板(mediumdensityfiberboard，MDF)的产量大幅度提高。由小径木、木材加工剩余物及纤维类植物经木片切削、蒸煮、热磨分离、施胶干燥、热压成型等工艺制成的纤维板，在其生产工艺阶段会产生大量的废气废水［1］。目前，针对纤维板制作各工艺阶段产生的有机废水的处理方法已有大量报道［2－3］，而对于纤维干燥尾气净化产生的高浓度甲醛有机废水，国内外相关的报道较少。因此寻找一种高效、环保的工艺方法处理该废水，迫在眉睫。MDF纤维干燥尾气净化系统含污废水是由生产厂家采用喷淋法处理纤维干燥尾气使其溶于溶剂产生的。该废水成分复杂，除含有高浓度甲醛外，还具有COD浓度高、悬浮物含量高、含盐量高、生物毒性高等特点［4］，直接进行生化处理并不能达到理想效果。因此，在进行生化处理前需要对废水进行适当的预处理，以分解部分难降解成分，降低生物毒性，提高可生化性，从而使其达到生物处理的要求。常见的甲醛废水预处理方法有吸附法、吹脱法、膜吸收法、石灰法、Fenton氧化法［5－6］等。吸附法采用高比表面积的物质吸附废水中的杂质［7］，达到水质净化的效果。该处理方法不会产生二次污染，但原材料制备工艺复杂、处理效果不稳定。吹脱法利用甲醛易溶于水、易挥发的性质，使其在高温条件下与氧气发生反应，生成水和二氧化碳。该方法工艺简单，废水中甲醛的去除效果显著，但能耗较高，极易产生二次污染。石灰法因其成本较低、易于操作、处理效果显著等特点，是目前应用最广泛的有机废水处理方法之一［8］，但本试验研究废水中存在树脂胶等干扰因子，不适用于该方法。相比之下，Fenton氧化法具有处理工艺过程易于控制，工艺条件温和，能够降解许多氧化剂无法氧化的难降解有机物，适应范围广等优点，已成为许多国内外学者的研究热点［9－10］。1894年，Fenton［11］发现采用Fe2+/H2O2体系能氧化多种有机物。后人为纪念他将亚铁盐和过氧化氢的组合称为Fenton试剂，它能有效氧化去除传统处理技术无法去除的难降解有机物，其实质是H2O2在Fe2+的催化作用下生成具有高活性的羟基自由基(·OH)，·OH可与大多数有机物作用使其降解。该过程主要的芬顿反应方程式［12］如下:Fe2++H2O2→·OH+OH－+Fe3+(1)Fe3++H2O2→Fe2++·O2H+H+(2)·O2H+H2O2→·OH+O2+H2O(3)反应产生的羟基自由基具有稍逊于氟［13］的强氧化性，可实现无选择性氧化分解有机物。其在废水处理中起主要氧化作用，能够快速氧化各种有机物，氧化效率高，所以常被用于处理工业废水等领域［14－15］。为提高H2O2在Fenton过程中的利用率，引入紫外线、超声波和电解等手段形成类Fenton法，可实现有机物的高效降解，但该方法仅限于试验探索阶段，未投入实际应用。本研究采用Fenton氧化法预处理与生物接触氧化法深度处理的组合工艺，探讨了处理MDF纤维干燥尾气净化系统含污废水的最佳工艺参数。Fenton氧化法与生物接触氧化法组合工艺在该废水中的推广应用，有利于缓解纤维板生产过程产生的水污染问题，进一步促进纤维板行业的绿色、环保发展，减少对周边居民的生活环境污染，具有一定的社会、环保效益。1材料与方法1．1废水水质本试验废水取自某中密度纤维板厂纤维干燥尾气净化系统处理产生的含污废水。施胶后的湿木