流体化床-Fenton化学氧化处理系统案例介绍.doc

流體化床Fenton化學氧化處理系統案例介紹工研院環安中心 助理研究員 夏工傑、經理 周珊珊、研究員 廖啟鐘成功大學化工系 助理教授黃耀輝前言工研院環安中心自83年度起，運用Fenton氧化法產生氫氧自由基（Hydroxyl Radical,OH）的原理，研發一系列低污泥量的廢水高級氧化處理技術，統稱為Fenton家族（Fenton Family）高級處理技術，目前已有3項，共獲得10國的專利。流體化床Fenton（FBR-Fenton）化學氧化處理技術，為Fenton家族的處理技術之一。某生產ABS樹脂的石化廠（簡稱案例廠）為提升放流水水質，欲新增廢水高級處理工程，特委託環安中心進行流體化床Fenton處理單元的工程評估、規劃、監造、施工及試車啟動，以尋求經濟、有效且操作穩定之廢水處理流程。本文乃以案例廠之實作案例，說明流體化床Fenton化學氧化處理系統的原理、案例廠處理流程、啟動試車及操作成本。Fenton法的原理Fenton化學氧化法係應用雙氧水（H2O2）與亞鐵（Fe2+）反應產生氫氧自由基之原理，進行氧化有機污染物反應。由於影響化學氧化效果較為顯著之因素為氧化劑加藥量（H2O2與Fe2+）、反應pH值及反應時間，因此只要把握這些操作條件即能穩定操作系統，發揮處理功能。理論上，1g COD需要2.2g以上之H2O2（100%）才能完全氧化；亦即100 mg/L之H2O2可去除47 mg/L之COD。依實際操作經驗，亞鐵加藥量為H2O2加藥量之1至2倍，但仍應視實際情況決定，以求得較佳的處理效果。Fenton化學氧化法雖具有系統操作簡易及初設成本較低之優點，然而處理系統亦同時產生大量化學污泥廢棄物（去除1kg COD污染量約會產生4至8kg之污泥量），造成需進一步處理及處置之困擾。流體化床Fenton法處理技術之應用原理與Fenton化學氧化技術類似，二者反應時均會產生氫氧自由基，以及氧化廢水中的有機污染物。然而前者於流體化床Fenton處理槽中進行Fenton反應時，所產生之鐵氧化物會在觸媒擔體上結晶，達到化學污泥減量之效益。此外，在觸媒擔體上形成之鐵氧化物亦具有異相催化效果，可節省亞鐵的加藥量，並減少化學污泥廢棄物處理及處置成本。處理流程案例廠的流體化床Fenton化學氧化處理流程如圖1所示。其中主要單元為兩個直徑2.5 m、高9 m的流體化床反應槽，設計之進流水量為4,000 m3/day，進流水COD及SS分別為130 mg/L及30 mg/L，而預計處理水質及雙氧水和硫酸亞鐵加藥量則分別為：出流水經pH調整並過濾後，COD去除率大於38%；氧化處理設備添加Fe2+H2O2之重量比值小於0.8；雙氧水耗用量在110 mg/L以下；以及硫酸亞鐵耗用量在88 mg/L以下。圖1 案例廠廢水三級處理流程試車啟動本案例試車啟動過程可分為兩階段，第一階段為養晶階段，第二階段為加藥量調整階段。由於流體化床Fenton系統是利用鐵氧化物結晶來達到化學污泥減量，且具有異相催化去除廢水中COD的效果，因此在啟動運轉的第一階段必須以高於設計值的加藥量及較低的廢水處理量操作，以利鐵氧化物在擔體上形成結晶。通常養晶階段約為1個月，養晶完成時擔體上的鐵氧化物結晶會成黑亮色。以本案例來說，在養晶階段，硫酸亞鐵和雙氧水的加藥量均為100 mg/L，操作進水量為設計水量之1/3至1/2，圖2為案例廠養晶階段氧化槽處理前後的COD濃度變化。系統於本階段已具備去除COD的效果，去除率約40%至50%，但相較於正常操作階段，其藥品耗用量則較高。圖2 養晶階段氧化槽處理前後的COD濃度變化 (91年)第二階段為養晶完成後的加藥量調整時期，此時期為操作人員視操作水量及COD的去除率來調整加藥量，以達到最適當的用藥量。圖3為案例廠系統正常操作階段氧化槽處理前後的COD濃度變化，可看出系統長晶完成後，處理水質趨於穩定。此外，加藥量亦明顯減少，由原先各約100 mg/L的硫酸亞鐵和雙氧水加藥量，降低至硫酸亞鐵50 mg/L、雙氧水87 mg/L，且COD去除率仍可達40至50%。圖3 正常操作階段氧化槽處理前後的COD濃度變化 (92年)表1為養晶階段和養晶完成後正常操作時，加藥量及處理效率上的比較。由於養晶階段槽體內的晶體並無處理作用，所以此兩階段也可視為傳統Fenton與流體化床Fenton對廢水COD處理效果及加藥量的比較。流體化床Fenton法在系統擔體上形成鐵氧化物結晶可幫助氧化去除COD，硫酸亞鐵平均可減量50%，雙氧水可減量13%，低於原先預計所需的加藥量。表1 養晶階段和正常操作階段COD去除率和加藥量的比較