COD 深度處理——Fenton流體化床高級氧化處理技術
更新時間：2012-05-25 16:49
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1．前言
工業廢水處理后所排放的COD幾乎是所有工業污染排放水的管控指標。隨著工業持續的發展，各種有機溶劑及化學合成有機物被大量使用，也因此嚴重的污染了自然環境，因此如何有效去除這些污染物是現今廢水處理技術的一大課題。另外由于環境意識的提高，政府環保部門對廢水排放的管制日趨嚴格,以電鍍線路板以及電鍍行業的排放標準而言,2010年7月起COD將由現行的標準100mg/L改為80mg/L。尤其在一些環境敏感地區如太湖流域的廠家，COD的標準更降到不得超過50mg/L。
以上述標準而言,現有絕大部分廠家將面臨廢水處理系統之整改的問題,否則將無法達到新的法規要求。
基于此，本文介紹一種針對COD深度處理的技術——Fenton流體化床(FBR)高級氧化技術，提高COD的深度處理，以達到政府排放標準的要求。
2．Fenton法的原理
Fenton化學氧化法是應用雙氧水(H2O2)與亞鐵(Fe2+)反應產生氫氧自由基的原理，進行氧化有機污染反應，將廢水中有機物污染氧化成二氧化碳和水的一種高級氧化處理技術。其化學反應機制如下：
H2O2+Fe2+→•OH+OH-+Fe3+→Fe(OH)3↓
影響Fenton法氧化反應效果與速率因子：反應物本身的特性，H2O2的劑量，Fe2+的濃度，pH值，反應時間，溫度
3．Fenton法的優點
①對環境友善：處理后不像其它的化學藥品，如漂白水(次氯酸鈉)，易產生氯化有機物等毒性物質，對環境造成傷害。
②占地空間小：有機物氧化的速度相當快，所需的停留時間短,約0.5~2小時即可，不像一般的生物處理約需12~24小時，因時間短，相對反應槽容積不需太大，可節省空間。
③操作彈性大：可依進流水水質的好壞來改變操作條件，提高處理量。而一般的生物處理難以彈性操作。針對較高的污染量只需提高亞鐵及H2O2加藥量及適當的pH控制即可。
④初設成本低：與一般的生物處理系統相較，約只須其投資成本的1/3~1/4。
⑤氧化能力強：所產生的氫氧自由基（•OH）氧化能力相當強。可處理多種毒性物質，如氯乙烯、BTEX、氯苯、1，4Dioxane，酚、多氯聯苯、TCE、DCE、PCE等，另EDTA和酮類MTBE、MEK等亦有效。
4．傳統Fenton法缺點
①瓶頸1：Fe2+為催化劑,使H2O2產生成•OH及OH-，但同時也伴隨著大量污泥,Fe(OH)3的產生成為應用中的一大缺點。
②瓶頸2：COD達一定的去除率后，無法再繼續去除有機物，易造成H2O2用藥的消耗。
5．傳統Fenton法改良
針對污泥含量高的缺點，臺灣工研院陸續開發了改良式低污泥的廢水高級氧化處理技術，其中之一就是流體化床-Fenton法。
（一）流體化床-Fenton法
原理：利用0.2~0.5mm硅砂擔體在結晶槽中作為結晶核種，將要處理的廢水及添加藥劑由反應池底部進入并向上流動。而反應槽外接有一回流水回路，用以調整進流水過飽和度及達到擔體上流速度，使待處理的無機離子于硅砂擔體表面形成穩態結晶體，當晶體粒徑達1~2mm后，排出槽外進行回收再利用或達到廢棄物減排的目的。
反應機制：H2O2+Fe2+→•OH+Fe(OH)2+→……FeOOH,H2O2+FeOOH→……
技術特點：同相及異相的催化反應，污泥減少70%。減少H2O2用藥的浪費。
適用廢水COD濃度：50~1000mg/l。
（二）深度處理規劃構想
A.現有工廠的廢水處理系統，一般為二沉池后直接排放。因此擬規劃一套流體化床系統直接將現在放流水排至FBR進流暫存池，接續后段FBR-Fenton反應。FBR-Fenton系統包含進流水調節池，FBR反應槽，脫氣池，中和池，慢混池，快沉池，泡藥系統與加藥系統。經FBR-Fenton處理后的水排回原來排放口排放。
B.Fenton流體化床系統須新設一套FeSO4泡置系統供應系統所須的亞鐵，一套H2O2儲存與加藥系統，一套Ca(OH)2加藥系統。
C.考慮現場用地，為節省空間采用機器式快沉槽作為污泥沉降用。
D.預估各階段水質：
項目化學反應系統出水
(即FBR-Fenton進水)FBR-Fenton出水
S.S(mg/l)<30<30
COD(mg/l)80~110<50
6．單元說明與設備規范
PCB及電鍍產業而言廢水因為用水減量的緣故,經化學與生物處理后的排放水，無法達到COD小于50mg/L的法規標準。需增設高級氧化系統降解COD，使其穩定達到50mg/L以下排放值。采用流體化床（Fenton-FBR）做為高級氧化處理系統。Fenton處理程序是利用雙氧水在酸性系統下，經亞鐵離子的催化產生氫氧自由基（OH．），能有效降解環類、苯基、螯合機等極難分解的化合物。而流體化的目的為降低亞鐵用量與鐵污泥減量。其原理如下：
流體化床-Fenton是利用流體化床的模式使Fenton法所產生的三價鐵大部份得以結晶或沉淀披覆在流體化床的擔體表面上，是一項結合了同相化學氧化（Fenton法）、異相化學氧化（H2O2/FeOOH）、流體化床結晶及FeOH的還原溶解等功能的新技術。這項技術將傳統的Fenton氧化法作了大幅度的改良，如此可減少Fenton法大量的化學污泥產量，同時在擔體表面形成的鐵氧化物具有異相催化的效果，而流體化床的模式亦促進了化學氧化反應及質傳效率，使COD去除率提升。其反應后的出流水經pH調整后會產生含鐵污泥。選用此系統另一優勢為可利用雙氧水加藥量調整，調整COD去除量。如此將可有效控制廢水的COD排放濃度。
7．應用案例
目前，Fenton流體化床法在臺灣地區廣泛使用，使用廠家有楠梓電子，岡山空軍，聯華電子，遠東化纖，臺化寧波ABS廠，在珠三角地區也逐漸被推廣，如東莞瑞升電子等。
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工業廢水處理后所排放的COD幾乎是所有工業污染排放水的管控指標。隨著工業持續的發展，各種有機溶劑及化學合成有機物被大量使用，也因此嚴重的污染了自然環境，因此如何有效去除這些污染物是現今廢水處理技術的一大課題。另外由于環境意識的提高，政府環保部門對廢水排放的管制日趨嚴格,以電鍍線路板以及電鍍行業的排放標準而言,2010年7月起COD將由現行的標準100mg/L改為80mg/L。尤其在一些環境敏感地區如太湖流域的廠家，COD的標準更降到不得超過50mg/L。
以上述標準而言,現有絕大部分廠家將面臨廢水處理系統之整改的問題,否則將無法達到新的法規要求。
基于此，本文介紹一種針對COD深度處理的技術——Fenton流體化床(FBR)高級氧化技術，提高COD的深度處理，以達到政府排放標準的要求。
2．Fenton法的原理
Fenton化學氧化法是應用雙氧水(H2O2)與亞鐵(Fe2+)反應產生氫氧自由基的原理，進行氧化有機污染反應，將廢水中有機物污染氧化成二氧化碳和水的一種高級氧化處理技術。其化學反應機制如下：
H2O2+Fe2+→•OH+OH-+Fe3+→Fe(OH)3↓
影響Fenton法氧化反應效果與速率因子：反應物本身的特性，H2O2的劑量，Fe2+的濃度，pH值，反應時間，溫度
3．Fenton法的優點
①對環境友善：處理后不像其它的化學藥品，如漂白水(次氯酸鈉)，易產生氯化有機物等毒性物質，對環境造成傷害。
②占地空間小：有機物氧化的速度相當快，所需的停留時間短,約0.5~2小時即可，不像一般的生物處理約需12~24小時，因時間短，相對反應槽容積不需太大，可節省空間。
③操作彈性大：可依進流水水質的好壞來改變操作條件，提高處理量。而一般的生物處理難以彈性操作。針對較高的污染量只需提高亞鐵及H2O2加藥量及適當的pH控制即可。
④初設成本低：與一般的生物處理系統相較，約只須其投資成本的1/3~1/4。
⑤氧化能力強：所產生的氫氧自由基（•OH）氧化能力相當強。可處理多種毒性物質，如氯乙烯、BTEX、氯苯、1，4Dioxane，酚、多氯聯苯、TCE、DCE、PCE等，另EDTA和酮類MTBE、MEK等亦有效。
4．傳統Fenton法缺點
①瓶頸1：Fe2+為催化劑,使H2O2產生成•OH及OH-，但同時也伴隨著大量污泥,Fe(OH)3的產生成為應用中的一大缺點。
②瓶頸2：COD達一定的去除率后，無法再繼續去除有機物，易造成H2O2用藥的消耗。
5．傳統Fenton法改良
針對污泥含量高的缺點，臺灣工研院陸續開發了改良式低污泥的廢水高級氧化處理技術，其中之一就是流體化床-Fenton法。
（一）流體化床-Fenton法
原理：利用0.2~0.5mm硅砂擔體在結晶槽中作為結晶核種，將要處理的廢水及添加藥劑由反應池底部進入并向上流動。而反應槽外接有一回流水回路，用以調整進流水過飽和度及達到擔體上流速度，使待處理的無機離子于硅砂擔體表面形成穩態結晶體，當晶體粒徑達1~2mm后，排出槽外進行回收再利用或達到廢棄物減排的目的。
反應機制：H2O2+Fe2+→•OH+Fe(OH)2+→……FeOOH,H2O2+FeOOH→……
技術特點：同相及異相的催化反應，污泥減少70%。減少H2O2用藥的浪費。
適用廢水COD濃度：50~1000mg/l。
（二）深度處理規劃構想
A.現有工廠的廢水處理系統，一般為二沉池后直接排放。因此擬規劃一套流體化床系統直接將現在放流水排至FBR進流暫存池，接續后段FBR-Fenton反應。FBR-Fenton系統包含進流水調節池，FBR反應槽，脫氣池，中和池，慢混池，快沉池，泡藥系統與加藥系統。經FBR-Fenton處理后的水排回原來排放口排放。
B.Fenton流體化床系統須新設一套FeSO4泡置系統供應系統所須的亞鐵，一套H2O2儲存與加藥系統，一套Ca(OH)2加藥系統。
C.考慮現場用地，為節省空間采用機器式快沉槽作為污泥沉降用。
D.預估各階段水質：
項目化學反應系統出水
(即FBR-Fenton進水)FBR-Fenton出水
S.S(mg/l)<30<30
COD(mg/l)80~110<50
6．單元說明與設備規范
PCB及電鍍產業而言廢水因為用水減量的緣故,經化學與生物處理后的排放水，無法達到COD小于50mg/L的法規標準。需增設高級氧化系統降解COD，使其穩定達到50mg/L以下排放值。采用流體化床（Fenton-FBR）做為高級氧化處理系統。Fenton處理程序是利用雙氧水在酸性系統下，經亞鐵離子的催化產生氫氧自由基（OH．），能有效降解環類、苯基、螯合機等極難分解的化合物。而流體化的目的為降低亞鐵用量與鐵污泥減量。其原理如下：
流體化床-Fenton是利用流體化床的模式使Fenton法所產生的三價鐵大部份得以結晶或沉淀披覆在流體化床的擔體表面上，是一項結合了同相化學氧化（Fenton法）、異相化學氧化（H2O2/FeOOH）、流體化床結晶及FeOH的還原溶解等功能的新技術。這項技術將傳統的Fenton氧化法作了大幅度的改良，如此可減少Fenton法大量的化學污泥產量，同時在擔體表面形成的鐵氧化物具有異相催化的效果，而流體化床的模式亦促進了化學氧化反應及質傳效率，使COD去除率提升。其反應后的出流水經pH調整后會產生含鐵污泥。選用此系統另一優勢為可利用雙氧水加藥量調整，調整COD去除量。如此將可有效控制廢水的COD排放濃度。
7．應用案例
目前，Fenton流體化床法在臺灣地區廣泛使用，使用廠家有楠梓電子，岡山空軍，聯華電子，遠東化纖，臺化寧波ABS廠，在珠三角地區也逐漸被推廣，如東莞瑞升電子等。
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