四氫呋喃廢水預處理+厭氧組合工藝
四氫呋喃是一種重要的有機合成原料，屬雜環(huán)類有機物。四氫呋喃及相關(guān)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)和加工過程會產(chǎn)生高濃度的含四氫呋喃的廢水。四氫呋喃屬于難生物降解的物質(zhì)，且對微生物具有抑制作用。目前關(guān)于高濃度四氫呋喃廢水系統(tǒng)處理的文獻報道不多，大多研究只是針對該高濃度廢水的預處理方法，或低濃度廢水的生物處理。因此，本文研究了高濃度四氫呋喃廢水的系統(tǒng)處理，包括預處理方法選擇及其經(jīng)濟性驗證、高效的厭氧處理方法，以及預處理反應條件與厭氧反應器的有效組合，以探索出切實可行的預處理和生化處理組合方法以及工藝運行相關(guān)參數(shù)。
1、材料與方法
1.1 試驗器材
預處理試驗使用帶攪拌裝置的燒杯。UASB反應器規(guī)格為Φ80mm×1000mm，設有加熱及循環(huán)裝置。
1.2 廢水及厭氧污泥來源
廢水取自宿遷某化工廠的四氫呋喃廢水。厭氧污泥取自江蘇某制藥廠UASB反應器中的顆粒污泥。
1.3 分析項目與方法
主要的水質(zhì)分析指標包括COD(化學需氧量)、pH、總磷、總氮等，測定方法依照《水和廢水檢測分析方法》(第四版)。
2、結(jié)果與討論
2.1 鐵碳微電解處理情況
微電解反應前，在400mL燒杯里裝入300mL原廢水。微電解填料裝填高度為液面高度的1/3，反應時間為3h。原廢水COD為110000mg/L，pH為4.26，分別調(diào)節(jié)pH至2.0、3.0、4.0，考察pH對反應效果的影響，結(jié)果如表1所示。
試驗結(jié)果顯示，pH在2、3、4三個條件下的COD去除率相當。由于原廢水pH在4左右，因此該廢水進行微電解時，pH不做調(diào)整。經(jīng)測定，微電解反應后廢水pH為6.17。
2.2 Fenton法處理微電解出水情況
Fenton試劑是由過氧化氫和亞鐵離子組成的具有強氧化性的體系。根據(jù)以往經(jīng)驗，F(xiàn)enton反應條件為：首先調(diào)節(jié)pH至4左右，在攪拌的條件下加入Fe2+，再加入H2O2，反應3h。對于高濃度廢水，F(xiàn)enton試劑加藥量控制方法為：H2O2投加量與擬去除的COD量為1：1，H2O2和Fe2+質(zhì)量比為(10～12)：1。反應結(jié)束后調(diào)節(jié)pH至中性，留取上清液，測定COD指標。
Fenton催化氧化試驗中所取原水為微電解出水，COD為77000mg/L、pH=6.17。首先調(diào)節(jié)pH至4.0左右，COD去除率按照10%、30%、50%進行控制，由此計算Fenton試劑的加藥量。反應結(jié)果如表2所示。
由表2可以看出，F(xiàn)enton藥劑的投加量與COD去除率存在較好的相關(guān)性，實際運行中可通過控制加藥量來獲得所希望達到的COD去除效果。
大批量收集上述編號2和3的出水，以便對厭氧反應器做進一步處理。
2.3 UASB反應器運行情況
上述廢水分別采用1#和2#UASB進行試驗。UASB的啟動分兩個階段：一是接種污泥在葡萄糖模擬廢水中進行馴化，逐步獲得一個活性較高的微生物群體。二是在維持進水COD濃度和負荷相對穩(wěn)定的前提下，逐漸提高待處理廢水的比例，使反應器內(nèi)微生物逐漸適應廢水的水質(zhì)?？疾煸囼炂陂g反應器內(nèi)產(chǎn)氣、出水COD、pH等情況及變化。
2.3.1 反應器1運行情況
反應器1啟動方式如下：第一階段為COD=5000mg/L的模擬廢水，此階段為馴化階段;運行4d后，轉(zhuǎn)入第二階段，將COD調(diào)至10000mg/L;第二階段運行穩(wěn)定后進入第三階段：加入一定比例Fenton出水(30%去除率條件的水樣，COD約50000mg/L，稀釋至10000mg/L左右)，F(xiàn)enton出水所占比例分別為10%、20%、40%……直至100%。主要階段的運行狀況如表3所示。
試驗結(jié)果分析如下：
(1)第一階段。進水COD在5000mg/L左右，COD負荷5kg/(m3?d)，通過控制循環(huán)泵流量，控制反應器上升流速在0.7～1.0m/h。4d后，COD去除率逐漸提高。
(2)第二階段。調(diào)節(jié)進水COD濃度到10000mg/L，流量減半，此時COD負荷在5kg/(m3?d)左右。經(jīng)過6d的運行，進水COD逐漸提高，去除率也相應好轉(zhuǎn)，保持在70%～80%。
(3)第三階段。改配水為Fenton出水(30%去除率)和葡萄糖的混合水，綜合COD控制在10000mg/L左右。初始混入的Fenton出水對混合COD的貢獻值為10%。2d后，COD去除率達到近80%。而后提高比例到20%、40%……直至100%，運行狀況良好，去除率穩(wěn)定在75%左右。
根據(jù)以上三個階段的結(jié)果，UASB對此Fenton去除30%的廢水適應性較好，運行過程中未受到?jīng)_擊，而且在試驗過程中，可以看到反應器側(cè)面產(chǎn)氣較好，比較均勻，可以斷定菌種對該廢水適應性較好。
2.3.2 反應器2運行情況
反應器2啟動的前兩階段同反應器1的方式。第三階段開始，加入一定比例Fenton(50%)出水和葡萄糖模擬廢水混合，穩(wěn)定后逐步提升Fenton出水的比例，直至100%為Fenton出水。整個過程維持綜合COD在10000mg/L左右。各階段的運行結(jié)果如表4所示。
試驗結(jié)果分析如下：
(1)第一階段。進水COD在5000mg/L左右，COD負荷為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)第二階段。調(diào)高進水COD到10000mg/L，進水流量減半，此時COD負荷仍舊在5kg/(m3?d)左右。運行期間，COD去除率穩(wěn)定在75%～80%。反應過程中產(chǎn)氣量較明顯，反應器運行狀況良好。
(3)第三階段。初始混入的Fenton出水對混合COD的貢獻值為5%，維持2d，COD去除率在80%左右。而后逐步提高，整個過程的COD指標如表4所示。
當Fenton出水的比例提升到80%時，進水COD達到14000mg/L左右，此時COD容積負荷達到7kg/(m3?d)，COD去除率在75%左右，效果良好。但當比例提升到100%時，COD去除率開始下降，持續(xù)了5d左右時間，COD去除率只有55%左右，其原因是廢水Fenton試驗時，采用了50%的去除率，加入的硫酸亞鐵量太大，經(jīng)計算，廢水中的硫酸根濃度達到2500mg/L，硫酸根在厭氧條件下轉(zhuǎn)化成硫離子，對反應器內(nèi)部的產(chǎn)甲烷菌群產(chǎn)生了毒害作用，從而導致去除率下降。反應器后期幾乎沒有產(chǎn)甲烷菌的作用。
根據(jù)上述試驗結(jié)果分析，該廢水采用Fenton預先去除50%COD，對四氫呋喃組分的破壞和分解是明顯的，厭氧微生物對該廢水具有良好的適應性。但是，廢水中硫酸根含量較高，后期導致厭氧系統(tǒng)的惡化。在實際工程中，不建議Fenton催化氧化的去除率太高。
3、結(jié)論
鐵他碳微電解的預處理方式效果穩(wěn)定，多次試驗表明，原水直接經(jīng)微電解后，COD去除率穩(wěn)定在30%左右。反應器1運行情況表明，原水經(jīng)鐵碳微電解+Fenton(COD去除30%)后，調(diào)節(jié)COD濃度10000mg/L左右，負荷在4～5kg/(m3?d)時，運行效果穩(wěn)定，COD的去除率較好。
反應器2運行情況表明，原水經(jīng)鐵碳微電解+Fenton(COD去除50%)后，調(diào)節(jié)COD濃度10000mg/L左右，負荷在4～5kg/(m3?d)時，運行效果穩(wěn)定，COD的去除率可達到80%左右。后期硫酸根濃度較高，導致反應器惡化。根據(jù)前述分析，鐵碳微電解是理想的預處理方式之一，F(xiàn)enton法不僅在一定程度上去除了COD，更重要的是破壞了四氫呋喃組分，降低了厭氧生物毒性。實際工程中，F(xiàn)enton去除率控制在30%以下即可，建議在20%～30%。(來源：無錫市濱湖區(qū)環(huán)境監(jiān)察大隊)