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火炸藥工業廢水“內電解-高效芬頓-生物強化”低成本處理技術與工藝

火炸藥工業廢水中通常含有高濃度硝基化合物、硫酸鹽和硝酸鹽,水質波動,基質失衡,組分復雜,是國內外環境工程領域污染治理的重點和難點。“內電解還原-芬頓氧化-生化處理”組合工藝是我國火炸藥工業廢水的主流處理工藝。通過內電解還原作用,廢水中的硝基化合物可被還原為氨基化合物;氨基化合物在后續的芬頓氧化系統中可通過氧化聚合/開環降解等機理去除;經“內電解還原-芬頓氧化”預處理后廢水可生化性可得到一定程度的提高,經后續生化處理工藝處理后達標排放。

火炸藥工業廢水“內電解-高效芬頓-生物強化”低成本處理技術與工藝

然而,在火炸藥廢水處理系統運行過程中,“內電解還原-芬頓氧化-生化處理”存在諸多問題:其一,由于火炸藥工業廢水中污染物濃度高、水質波動大,芬頓工段Fe2+(催化劑)和雙氧水(氧化劑)投加量無法精確控制,過高的雙氧水投加量條件下Fe2+易轉化為Fe3+導致催化劑失活,Fe2+需要持續補加,導致后續混凝沉淀工段產生了大量的含鐵污泥(屬于危險廢物);其二,過高的雙氧水投加量往往導致廢水中小分子碳源的氧化,造成過高的藥劑消耗和高品質的小分子碳源的過度消耗;其三,火炸藥工業廢水中碳源品質較低,生化系統往往需要補充葡萄糖等高品質碳源以維持生化系統的穩定性,但外加碳源的大量投加易導致厭氧系統中H2S的產生。

為了解決“內電解還原-芬頓氧化”預處理工段的加藥控制問題,沈錦優課題組發明了內電解還原-芬頓氧化一體化反應自控系統,通過內電解和芬頓工藝單元的優化匹配和自動化控制,有效應對水質波動,保障了硝基化合物的選擇性去除;在零價鐵輔助芬頓系統中實現了芬頓反應催化劑Fe3+的原位還原轉化,提升了芬頓反應催化劑Fe2+的利用效率,避免了Fe2+的持續投加;提出了氧化還原電位作為控制指標的雙氧水自動加藥方法,有效節約了雙氧水投加量,減少了芬頓鐵泥的產生量。

為了解決預處理出水中低品質碳源的有效利用的問題,沈錦優課題組開發了以低品質碳源營養型反硝化菌株Enterobacter sp. NJUST15為主體的復合菌劑NJUST-S1、以硝基酚類污染物礦化菌株Rhodococcus sp. NJUST16為主體的復合菌劑NJUST-S2,發展了基于功能菌群代謝活動差異性的調控方法,實現了微生態優勢群落的快速區域化,開發了“零價鐵(ZVI)輔助缺氧-低品質碳源反硝化-好氧深度降解”工藝,實現了低品質碳源的梯度去除,建立了提升生物系統穩定性的可靠途徑。

集成了內電解-芬頓一體化技術和功能菌群區域化強化生物處理技術,開發了針對高濃度DNAN生產廢水、混合起爆藥生產廢水、單質起爆藥生產廢水等難降解火炸藥工業廢水的低成本處理新工藝,在不同水質條件下開展了6項工程應用,驗證了“內電解-高效芬頓-生物強化”處理技術與工藝的經濟性和穩定性。火炸藥工業廢水經組合工藝處理后穩定達到《兵器工業水污染物排放標準》,雙氧水用量和危廢鐵泥的產生量分別是傳統工藝的40%和25%;運行費用在80元/噸水以內,是傳統工藝的50%以下。相關技術于2017年通過了國家國防科技工業局組織的國防科學技術成果鑒定。