芬頓-生化工藝處理香料廢水

逯 飛，李 瑋，李 丹，程 景，馬蓮菊

(1.河北省生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院，河北 石家莊 050035；2.河北省平山縣林業(yè)工作總站，河北 石家莊 050035;3.河北廣利環(huán)保工程有限公司，河北 石家莊 050000；4.河北如是環(huán)境檢測(cè)服務(wù)有限公司，河北 石家莊 050000)

1 引言

合成香料是許多輕工業(yè)和食品的原輔材料。在香料的合成過程中涉及多種化學(xué)原料及多個(gè)合成，所以合成香料廢水中通常含有多種芳香化合物、多環(huán)芳香烴和雜環(huán)類有機(jī)物，廢水中COD高，且色度高、毒性大、難生化降解，屬于典型的高濃度難降解有機(jī)廢水[1～4]。目前對(duì)高濃度的香料廢水的處理大都采用化學(xué)法和物理-生化法[5～9]。

石家莊某有限公司以生產(chǎn)香草醇丁醚、羥基噻唑和吡嗪為主，水量水質(zhì)比較復(fù)雜。擬采用芬頓-厭氧-好氧相結(jié)合的工藝來處理生產(chǎn)香料中產(chǎn)生的廢水，以滿足公司的排放要求。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 試驗(yàn)用水

取香料污水處理水樣做為試驗(yàn)用水，廢水水質(zhì)見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)用水水質(zhì)

將香草醇丁醚、羥基噻唑和噻唑廢水按比例進(jìn)行混合，混合后稀釋到COD濃度為8100 mg/L，此水樣進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

2.2 分析項(xiàng)目及方法

試驗(yàn)分析項(xiàng)目主要包括：化學(xué)需氧量(CODcr)、氨氮(納氏試劑分光光度法)。

3 結(jié)果與討論

3.1 芬頓試驗(yàn)

根據(jù)芬頓的反應(yīng)機(jī)理，確定芬頓試驗(yàn)的主要因素是：H2O2的投加量、H2O2/Fe2+比例、pH值、反應(yīng)時(shí)間及反應(yīng)溫度等?？紤]到實(shí)際應(yīng)用的條件局限，本次試驗(yàn)中暫不考慮反應(yīng)溫度的影響。

3.2.1 最佳H2O2投加量的確定

首先試驗(yàn)條件初步訂為：反應(yīng)初始pH值4.0，H2O2/Fe2+為5∶1，反應(yīng)時(shí)間為1 h。分析在上述條件不變的情況下，改變H2O2投加量對(duì)COD去除效果的影響。

根據(jù)表2可知，隨著H2O2投加量增加，COD的去除效率逐漸升高。當(dāng)H2O2投加量為4.0 mL/L時(shí)，出水COD為5271 mg/L，COD去除率達(dá)到34.9%，此后隨著H2O2投加量增加COD去除率未發(fā)生明顯變化因此確定H2O2最佳投加量4.0 mL/L。

表2 H2O2投加量與COD去除率的關(guān)系

3.2.2 最佳H2O2/Fe2+的確定

試驗(yàn)控制條件為：反應(yīng)初始pH值4.0，H2O2投加量為4.0 mL/L，反應(yīng)時(shí)間1 h。分析在上述條件不變的情況下，不同H2O2/Fe2+對(duì)COD去除效果的影響。結(jié)果見表3。

表3 H2O2/Fe2+比例與COD去除率的關(guān)系

根據(jù)表3可知，隨著H2O2/Fe2+的增加，COD去除率增大，當(dāng)H2O2/Fe2+達(dá)到5∶1后COD的去除率開始降低。試驗(yàn)中H2O2/Fe2+為5∶1時(shí)，COD去除率最高，可達(dá)到35.2%。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定的最佳H2O2/Fe2+為5∶1。

3.2.3 最佳pH值的確定

試驗(yàn)控制條件為：H2O2投加量4.0 mL/L，H2O2/Fe2+為5∶1，反應(yīng)時(shí)間為1 h時(shí)，考察不同初始pH值對(duì)COD去除率的影響，確定最佳初始pH。結(jié)果見表4。

表4 pH值與COD去除率的關(guān)系

根據(jù)表4可見，在初始pH值為2～4時(shí)，COD去除率基本相同，當(dāng)pH值為4.0時(shí)，COD去除率達(dá)到34.4%。出水COD為5313 mg/L。隨著pH值繼續(xù)升高，COD去除率開始下降，因此確定反應(yīng)初始pH值為4.0。

3.2 厭氧試驗(yàn)

將廢水經(jīng)過上述芬頓試驗(yàn)確定的處理?xiàng)l件處理后，進(jìn)行厭氧藥瓶試驗(yàn)。處理后的廢水：pH值8.5，COD為5370 mg/L，試驗(yàn)控制條件為：溫度35 ℃，HRT為24 d，污泥取自某淀粉廠顆粒污泥，運(yùn)行32 d。厭氧試驗(yàn)運(yùn)行效果如圖1所示。

圖1 厭氧試驗(yàn)COD去除情況

由圖1可知，在反應(yīng)器運(yùn)行前期(1～10 d)，COD的去除效率從88.20%逐漸降低到60%左右，反應(yīng)器運(yùn)行初期COD去除率波動(dòng)較大，是由于微生物需要一段時(shí)間適應(yīng)廢水水質(zhì)。從第11～32 d試驗(yàn)中COD去除率基本穩(wěn)定，出水COD為2300～2600 mg/L左右，進(jìn)出水氨氮幾乎沒有變化。在厭氧試驗(yàn)中，廢水中易降解的有機(jī)物基本消耗完全，部分難降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為易降解的，為后續(xù)處理提供保證。

3.3 好氧實(shí)驗(yàn)

對(duì)厭氧出水進(jìn)行收集，將收集好的厭氧出水進(jìn)行進(jìn)一步的好氧處理。為達(dá)到較好的試驗(yàn)?zāi)康?，好氧反?yīng)器預(yù)先進(jìn)行15 d的馴化培養(yǎng)。污泥取自某污水處理廠二沉池污泥，培養(yǎng)液為人工配置的含COD和氨氮廢水。

試驗(yàn)控制條件為： 混合水樣pH值8.0，COD為2573 mg/L，氨氮264 mg/L，試驗(yàn)所采用的反應(yīng)器為SBR，有效容積為3 L，曝氣時(shí)間為10 h，運(yùn)行21d。好氧試驗(yàn)運(yùn)行效果如圖2所示。

圖2 好氧試驗(yàn)COD去除情況

由圖2可知，在反應(yīng)器運(yùn)行前期(1～10 d)，每次進(jìn)水量為300 mL，出水COD基本穩(wěn)定在350 mg/L，去除效率逐漸穩(wěn)定在87%左右，出水氨氮基本穩(wěn)定在3 mg/L以下，去除率基本穩(wěn)定在98%左右。從第11～23 d反應(yīng)器進(jìn)水量調(diào)整為600 mL，出水COD基本穩(wěn)定在430 mg/L以下，去除率基本穩(wěn)定在83%，氨氮去除率沒有變化，依然穩(wěn)定在98%左右。已經(jīng)能夠達(dá)到企業(yè)所要求的排放標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)確定芬頓處理的最佳條件：在H2O2投加量為4.0 mL/L，H2O2/Fe2+為5∶1，初始pH值為4的條件下，廢水COD去除率為35%左右。

(2)廢水經(jīng)芬頓處理后，進(jìn)行厭氧搖瓶試驗(yàn)運(yùn)行32 d，COD去除率穩(wěn)定在57%左右。收集的厭氧出水進(jìn)一步好氧處理，出水COD小于450 mg/L，COD去除率穩(wěn)定在83%左右；氨氮小于5 mg/L，氨氮去除率穩(wěn)定在98%左右，能夠滿足排放要求。