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对紫外线吸收剂2,4-二羟基二苯甲酮(2,4-dihydroxybenzophenone简称BP-1)生产过程中产生的废水,进行了预处理及生化处理研究,并在此基础上,提出了工业化应用设计方案。
BP-1生产废水中含有的主要成分有乙酸、苯甲酸、三氯苄、间苯二酚及一些中间产物,pH<1、CODcr约29990mg/L。废水预处理工艺采用化学氧化法,涉及铁碳微电解、Fenton氧化、微波辐照和曝气处理,采用不同的组合,通过小试试验,确定了最合适的预处理工艺及参数。在试验条件下预处理结果如下:
1、Fenton试剂法预处理工艺
单纯Fenton试剂法:在pH=3.20,H2O2(30%)投加量1.0%(体积比),H2O2/Fe2+摩尔比为13.2:1的条件下,反应90min时CODcr最大去除率为21.9%,为Fenton法最佳条件。同时确定H2O2/Fe2+的最佳摩尔比为13.2:1,在最佳摩尔比下CODcr的去除率随着H2O2用量的增加几乎成正比增大。
Fenton试剂+微波法:在最佳Fenton条件下,引入微波处理,当活性碳用量为3g,微波功率800W,辐照时间90s,经絮凝沉淀,CODcr去除率达到最大23.8%,与不经絮凝沉淀的去除率18.4%相比,提高5.4%。
Fenton试剂+曝气充氧:结果表明在最佳Fenton条件下,曝气充氧时间40min,CODcr去除率达到33.7%,为最佳Fenton试剂预处理工艺。
2、铁-炭微电解预处理工艺
铁-炭微电解+H2O2:实验结果表明,在pH=3.0,铁碳混合物中铁碳质量比为10:1,H2O2(30%)投加量1.5%,反应2h后,有最大CODcr去除率12.49%。
微波辅助铁-炭微电解+H2O2:在铁-炭微电解+H2O2最佳处理条件下,800w微波功率辐照30s,CODcr的去除率最大22%。
曝气充氧+铁-炭微电解:在铁-炭微电解+H2O2最佳处理条件下,进行间隔曝气充氧(曝气时间90s/10min),在反应时间为1h时,CODcr去除率为38.01%,为最佳铁-炭微电解预处理工艺;不加H2O2时,反应时间3h,CODcr的去除率21%。曝气充氧的协同作用明显。
综合比较,合适的预处理工艺Fenton试剂+曝气充氧和曝气充氧+铁-炭微电解+H2O2,其中采用铁碳微电解+H2O2+曝气充氧相结合的预处理工艺,间隔曝气,反应时间为1h,此时CODcr去除率为38.01%,比Fenton法+曝气CODcr去除率高,处理成本较低,考虑综合因素,选择该预处理工艺作为工程实际应用的工艺。
生化处理工艺采用水解酸化+厌氧+生物接触氧化的组合处理工艺。经过生化处理试验确定的工艺参数:水解酸化停留时间HRT=20h,CODcr去除率10.2%。厌氧停留时间HRT=40h,容积负荷为:2.8kgCODcr/m3·d,CODcr去除率60%左右。好氧生物接触氧化停留时间HRT=36h,预计CODcr去除率78%。
根据实验确定的最佳预处理工艺、生物处理工艺及各工艺参数,参考其他工程实际应用的设计参数,考虑到安全系数,完成了该废水处理的工程初步设计,工程总投资124.14万元,占地面积400m2,处理成本8.94元/m3,工程投入应用后,预计每年可消减CODcr排放量243.4t。