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四氢呋喃废水预处理+厌氧组合工艺

中国污水处理工程网 时间:2022-6-15 10:28:43

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  四氢呋喃是一种重要的有机合成原料,属杂环类有机物。四氢呋喃及相关化工产品的生产和加工过程会产生高浓度的含四氢呋喃的废水。四氢呋喃属于难生物降解的物质,且对微生物具有抑制作用。目前关于高浓度四氢呋喃废水系统处理的文献报道不多,大多研究只是针对该高浓度废水的预处理方法,或低浓度废水的生物处理。因此,本文研究了高浓度四氢呋喃废水的系统处理,包括预处理方法选择及其经济性验证、高效的厌氧处理方法,以及预处理反应条件与厌氧反应器的有效组合,以探索出切实可行的预处理和生化处理组合方法以及工艺运行相关参数。

  1、材料与方法

  1.1 试验器材

  预处理试验使用带搅拌装置的烧杯。UASB反应器规格为Φ80mm×1000mm,设有加热及循环装置。

  1.2 废水及厌氧污泥来源

  废水取自宿迁某化工厂的四氢呋喃废水。厌氧污泥取自江苏某制药厂UASB反应器中的颗粒污泥。

  1.3 分析项目与方法

  主要的水质分析指标包括COD(化学需氧量)、pH、总磷、总氮等,测定方法依照《水和废水检测分析方法》(第四版)。

  2、结果与讨论

  2.1 铁碳微电解处理情况

  微电解反应前,在400mL烧杯里装入300mL原废水。微电解填料装填高度为液面高度的1/3,反应时间为3h。原废水COD为110000mg/L,pH为4.26,分别调节pH至2.0、3.0、4.0,考察pH对反应效果的影响,结果如表1所示。

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  试验结果显示,pH在2、3、4三个条件下的COD去除率相当。由于原废水pH在4左右,因此该废水进行微电解时,pH不做调整。经测定,微电解反应后废水pH为6.17。

  2.2 Fenton法处理微电解出水情况

  Fenton试剂是由过氧化氢和亚铁离子组成的具有强氧化性的体系。根据以往经验,Fenton反应条件为:首先调节pH至4左右,在搅拌的条件下加入Fe2+,再加入H2O2,反应3h。对于高浓度废水,Fenton试剂加药量控制方法为:H2O2投加量与拟去除的COD量为1:1,H2O2和Fe2+质量比为(10~12):1。反应结束后调节pH至中性,留取上清液,测定COD指标。

  Fenton催化氧化试验中所取原水为微电解出水,COD为77000mg/L、pH=6.17。首先调节pH至4.0左右,COD去除率按照10%、30%、50%进行控制,由此计算Fenton试剂的加药量。反应结果如表2所示。

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  由表2可以看出,Fenton药剂的投加量与COD去除率存在较好的相关性,实际运行中可通过控制加药量来获得所希望达到的COD去除效果。

  大批量收集上述编号2和3的出水,以便对厌氧反应器做进一步处理。

  2.3 UASB反应器运行情况

  上述废水分别采用1#和2#UASB进行试验。UASB的启动分两个阶段:一是接种污泥在葡萄糖模拟废水中进行驯化,逐步获得一个活性较高的微生物群体。二是在维持进水COD浓度和负荷相对稳定的前提下,逐渐提高待处理废水的比例,使反应器内微生物逐渐适应废水的水质。考察试验期间反应器内产气、出水COD、pH等情况及变化。

  2.3.1 反应器1运行情况

  反应器1启动方式如下:第一阶段为COD=5000mg/L的模拟废水,此阶段为驯化阶段;运行4d后,转入第二阶段,将COD调至10000mg/L;第二阶段运行稳定后进入第三阶段:加入一定比例Fenton出水(30%去除率条件的水样,COD约50000mg/L,稀释至10000mg/L左右),Fenton出水所占比例分别为10%、20%、40%……直至100%。主要阶段的运行状况如表3所示。

3.jpg

  试验结果分析如下:

  (1)第一阶段。进水COD在5000mg/L左右,COD负荷5kg/(m3·d),通过控制循环泵流量,控制反应器上升流速在0.7~1.0m/h。4d后,COD去除率逐渐提高。

  (2)第二阶段。调节进水COD浓度到10000mg/L,流量减半,此时COD负荷在5kg/(m3·d)左右。经过6d的运行,进水COD逐渐提高,去除率也相应好转,保持在70%~80%。

  (3)第三阶段。改配水为Fenton出水(30%去除率)和葡萄糖的混合水,综合COD控制在10000mg/L左右。初始混入的Fenton出水对混合COD的贡献值为10%。2d后,COD去除率达到近80%。而后提高比例到20%、40%……直至100%,运行状况良好,去除率稳定在75%左右。

  根据以上三个阶段的结果,UASB对此Fenton去除30%的废水适应性较好,运行过程中未受到冲击,而且在试验过程中,可以看到反应器侧面产气较好,比较均匀,可以断定菌种对该废水适应性较好。

  2.3.2 反应器2运行情况

  反应器2启动的前两阶段同反应器1的方式。第三阶段开始,加入一定比例Fenton(50%)出水和葡萄糖模拟废水混合,稳定后逐步提升Fenton出水的比例,直至100%为Fenton出水。整个过程维持综合COD在10000mg/L左右。各阶段的运行结果如表4所示。

4.jpg

  试验结果分析如下:

  (1)第一阶段。进水COD在5000mg/L左右,COD负荷为5kg/(m3·d),控制上升流速,使其保持在0.7~1.0m/h。4d后,COD去除率一直在40%~50%。

  (2)第二阶段。调高进水COD到10000mg/L,进水流量减半,此时COD负荷仍旧在5kg/(m3·d)左右。运行期间,COD去除率稳定在75%~80%。反应过程中产气量较明显,反应器运行状况良好。

  (3)第三阶段。初始混入的Fenton出水对混合COD的贡献值为5%,维持2d,COD去除率在80%左右。而后逐步提高,整个过程的COD指标如表4所示。

  当Fenton出水的比例提升到80%时,进水COD达到14000mg/L左右,此时COD容积负荷达到7kg/(m3·d),COD去除率在75%左右,效果良好。但当比例提升到100%时,COD去除率开始下降,持续了5d左右时间,COD去除率只有55%左右,其原因是废水Fenton试验时,采用了50%的去除率,加入的硫酸亚铁量太大,经计算,废水中的硫酸根浓度达到2500mg/L,硫酸根在厌氧条件下转化成硫离子,对反应器内部的产甲烷菌群产生了毒害作用,从而导致去除率下降。反应器后期几乎没有产甲烷菌的作用。

  根据上述试验结果分析,该废水采用Fenton预先去除50%COD,对四氢呋喃组分的破坏和分解是明显的,厌氧微生物对该废水具有良好的适应性。但是,废水中硫酸根含量较高,后期导致厌氧系统的恶化。在实际工程中,不建议Fenton催化氧化的去除率太高。

  3、结论

  铁他碳微电解的预处理方式效果稳定,多次试验表明,原水直接经微电解后,COD去除率稳定在30%左右。反应器1运行情况表明,原水经铁碳微电解+Fenton(COD去除30%)后,调节COD浓度10000mg/L左右,负荷在4~5kg/(m3·d)时,运行效果稳定,COD的去除率较好。

  反应器2运行情况表明,原水经铁碳微电解+Fenton(COD去除50%)后,调节COD浓度10000mg/L左右,负荷在4~5kg/(m3·d)时,运行效果稳定,COD的去除率可达到80%左右。后期硫酸根浓度较高,导致反应器恶化。根据前述分析,铁碳微电解是理想的预处理方式之一,Fenton法不仅在一定程度上去除了COD,更重要的是破坏了四氢呋喃组分,降低了厌氧生物毒性。实际工程中,Fenton去除率控制在30%以下即可,建议在20%~30%。(来源:无锡市滨湖区环境监察大队)

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