结合铁混凝、Fenton反应和活性污泥处理葡萄酒酿造废水的新方法外文翻译资料

 2022-01-21 22:11:30

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结合铁混凝、Fenton反应和活性污泥处理葡萄酒酿造废水的新方法

（努诺·阿马尔·席尔瓦 ；瑞茜·马丁斯； 拉乌迪亚帕瓦；卡斯特罗塞尔吉奥-席尔瓦；罗莎·M·昆塔·费雷拉）

摘要：采用两段混凝-芬顿类工艺处理酿酒废水。该序列的主要目的是提高生物降解能力，使后有氧生物净化成为可能。化学过程（初始pH值为3，（Fe2（SO4）3）=1500 ppm，2016年3月31日在线发布（H2O2）=1.18升m-3，以及8小时的氧化过程）导致全球COD去除率达56.6%。此外，生物降解性提高了60%，BOD5/COD比值达到0.4。对该阶段的运营成本进行了评估，表明所提出的方法需要每千克COD去除0.27s的成本。此外，使用顺序分批反应器（SBR）对冲剂进行进一步的重新处理，对去除COD有轻微的积极作用。最终的COD减少率为74%（145 mg O2 L-1）。此外，经过生物处理后，溶解铁的含量低于1 mg/L-1。在这些条件下，最终河流在直接排入水文资源的法律限制范围内。因此，研究结果表明，该方法即使在收获高峰期也能较好地处理酿酒厂废水。

关键词：芬顿处理；酒厂废水；综合生物处理；经济评价；水文资源流量

  1. 引言

目前，水资源稀缺性引发了一些与减少消耗和保护天然河道有关的重要问题。土地灌溉或公共供水的液体废水再利用将有助于更好地管理水资源，最大限度地减少将废水排入自然水文系统的生态问题[1]。

在葡萄酒生产中，葡萄酒酿造期只有3-4个月。在这一阶段，与酿酒剩余时间的溪流相比，产生的废水含有大量有机物和高流速。

酿酒厂废水的特点是pH值为4-5，生化和化学需氧量高[2]。此外，这些溪流的高季节性特征使其难以管理。多年来，提出了不同的治疗方法。其中，传统的生物厌氧和好氧工艺是研究最为广泛的[3]。

如今，酿酒厂废水处理厂（WWTP）通常是为葡萄酒酿造期设计的。因此，在一年的剩余时间里，它们的尺寸过大。这种设计增加了脚部植入和高投资成本。淡季期的特点是缺乏足够的有机负荷来维持生物反应器中的生物量浓度。此外，这些传统的处理系统无法消除顽固或高分子量化合物。为了解决这些问题，先进的氧化工艺作为合适的替代品出现。应该指出的是，它们的效率通常会随着之前用于去除固体和一些COD的凝血/反射阶段而提高[4-6]。在这些过程中，芬顿氧化[7–10]、臭氧氧化[11]、电化学氧化[12]、电化学凝固[13]和太阳照片Fenton[14–16]可以参考，因为它们在压力和温度的室内条件下操作。

芬顿氧化法（在酸性溶液中使用铁和过氧化氢）是一种广泛用于破坏几种有机化合物的技术。它是基于自由的产生羟基自由基HO·，具有很高的氧化电位。此外，在工艺结束时，碱性条件下促进的铁/铁混凝有助于分离一些悬浮有机物[17,18]。当目标是促进总矿化时，Fenton工艺可能会非常昂贵。因此，通常这项技术旨在促进部分氧化，相应提高废水的生物降解能力，有利于后处理[2,19,20]。

这项工作的主要目的是开发一种新的方法，使酿酒厂废水处理过程中，收获高峰季节对活性污泥反应器的影响最小化。这一新工艺可以作为一种集成、紧凑的技术应用于不同的酿酒厂。本研究评估了混凝、化学氧化和生物处理在实际应用中的整合。第一阶段采用铁基混凝，促进固体去除和部分COD去除。一定量的铁将保持溶解状态，可直接用作芬顿反应的催化剂。主要目的是验证提高生物降解能力的可能性，从而支持更有效和快速的后验生物处理[21-23]。在这种情况下，这项研究的新颖之处在于开发了一个紧凑的处理系统，能够适应一年中酿酒厂废水的流量和成分变化。此外，凝固步骤也将产生后芬顿过氧化反应的催化剂，这是过程整合中的一个重要步骤。该程序将允许在非季节期间设计生物池，并在收割期间应用化学工艺作为预处理。

  1. 材料和方法

2.1 酿酒厂废水特征

酿酒厂废水（WinW）于2011年3月从位于葡萄牙萨布罗萨附近的一家酿酒厂收集。其主要特征见表1。此外，化学和物理性质为：pH4.3；化学需氧量（COD）5180 mgO2 L-1；总悬浮固体（TSS）556 mg /L-1；总氮含量（TN）55.8（mg /L-1）和总氮含量磷含量（TP）5.49 mg /L-1。

2.2 试剂

所有试剂均为工业级试剂，并在收到时使用。过氧化氢（49.5%）、硫酸铁、氯化铁、硫酸（30%）和氢氧化钠从Quimit_CN-ica SA获得。

2.3.分析方法

对液体样品进行了COD、TSS、BOD5、TN和TP分析。所有参数均按照标准方法进行测量[24]。

采用5220D标准方法，使用COD热反应器（Hanna Hi 839800）和Hanna Hi 83224光度计测定COD。使用Hanna Hi 4421测量仪测量用于BOD5分析的溶解氧，使用Hanna Hi 4522酸度计测定pH。在处理过程中和处理后，使用试验条控制过氧化氢浓度。在实验过程中，用hi94767 a（0–25plusmn;0.5 mgN L-1）和hi94767 b（10–15plusmn;0 3 mgNLl-1）试剂盒完成总氮分析，而用hi 94763b（0–1.15plusmn; 0.02 mgPL-1）和hi 94763c反应物（0–32.6plusmn; 1 mgPL-1）试剂盒测定总磷浓度。所有测量都涉及汉娜Hi 839800热反应器和汉娜Hi 83224光度计。

总悬浮固体（TSS）通过标准方法获得：“2540D：在103–105○C下干燥的总悬浮固体”〔24〕。在Perkinelemer 3300装置中，用原子吸收法测定了液相铁含量。通过离子色谱法（水）获得氯化物。

所有参考测量值均在未过滤样品中测定。为了检查重复性，一些实验随机重复进行，并对样品进行三次分析，以尽量减少实验误差。对于COD和BOD5结果，执行的运行之间的偏差始终低于5%和12%。

2.4 混凝实验

在环境条件下，利用广口瓶试验进行了混凝实验。两种铁基混凝剂（Fe2（SO4）3·5H2O和FeCl3·6H2O）的剂量在500和2000 ppm范围内变化。同时评价了pH值（2～6）对COD和TSS去除的影响。在上述条件下，将每种凝固剂添加到250 ml回流液中。实验过程包括三个步骤：飞灰混合1分钟（120转/分），然后搅拌30分钟（20转/分），以促进凝固。之后，取了两个样品。首先直接分析产生的上清液（沉淀一小时后）。在第二种方法中，添加氢氧化钠直到达到10的pH值，以便促进铁沉淀。沉淀1小时后分析上清液。

2.5.芬顿氧化

将混凝后残留在溶液中的铁作为Fenton法的催化剂。氧化是在一个罐子测试系统中进行的。在玻璃反应器中加入了250毫升的废水。最初的酸碱度是凝固阶段的酸碱度。在实验期间（2.4和3.2之间），该参数可以自由运行。当反应器中加入特定量的H2O2时，反应开始（在室温条件下）。在处理过程中，提取样本进行分析。引入NaOH以促进铁氢氧化物的沉淀，去除部分有机物[25]，并淬火剩余的H2O2[20]。

2.6.生物处理

在连续生物反应器（SBR）中进行实验室规模的好氧生物处理，操作体积为150毫升。以150转/分的速度磁促进搅拌。使用空气扩散器维持有氧状态。温度保持在22 plusmn;2°C左右，同时保持ph值。通过添加30%的硫酸和50%的氢氧化钠，在pH7.5-8.5之间。

在控制时间后，将生物过程分为五个不同的阶段：过滤（5分钟）、曝气反应（19-20小时）、沉降（3小时）、抽吸和闲置（5分钟）。反应器的固体停留时间（SRT）为10天。从卡塔克索（葡萄牙）附近的一家酿酒厂污水处理厂的曝气池向SBR接种150 ml生物污泥（3000–4000 mg/l-1挥发性悬浮固体）。为了适应生物量的变化，将10天的HRT与酿酒厂废水氧化产生的处理水混合，与生酿酒厂混合。流动比率为1:10、2.5:10、5:10和10:10。

每天，对生物反应器的进水和进水的COD进行分析。此外，还对生物处理后的铁含量进行了评价。测定了活性污泥体积。此外，还通过Madoni分类[26]对污泥条件进行了指示。

  1. 结果和讨论

3.1 混凝实验

这一阶段的主要目的是实现有效的TSS去除和可接受的COD减少。此外，由此产生的条件应有利于应用后芬顿样反应。因此，最终pH值应在2.5–3.5[27,28]范围内。最重要的是，这项工作解决了维持最终铁浓度的可能性，能够启动芬顿的反应。

图1显示了当使用FeCl3·5H2O作为混凝剂时，pH对COD（a）和TSS（b）去除的影响。可以观察到，在5到6的pH范围内，去除COD更有效。此外，当使用1500 ppm的这种混凝剂时，在pH6下达到最佳消耗。当pH值从3%上升到6%时，COD去除效率从29.5%上升到42.5%。对于较低的测试pH值（3），混凝剂剂量将COD去除效率从24%提高到30.8%。然而，对于原始流动性pH（4.3）和pH6，混凝剂剂量的增加减少了COD的减少，这可能是因为pH是控制水解种类的关键参数。这些物种促进正电荷或负电荷取决于酸碱度。一般来说，这些物种的酸碱度低于6时带正电荷，高于6时带负电荷[29]。带正电荷的水解物质可以吸附在胶体颗粒表面，从而导致其失稳。这一机制被称为“电荷中和”。所形成的沉淀物可以使悬浮液中的胶粒物理凝聚，促进可沉淀的液塞[30]。

在pH6下，随着凝结剂剂量的增加，COD去除率增加，当施加1500 ppm时，最大COD去除率为42.5%；但是，对于更高的剂量，由于胶体的部分再稳定，COD去除率可能会下降[31,32]。

关于TSS的去除，图1（b）显示，固体的减少随着pH值的增加而增加。在两个pH值范围内发现了显著差异：低于或等于原pH值的值和高于原pH值的值。对于最低的pH值范围，当加入500 ppm的混凝剂（42.3%）时，在原始pH值下达到最佳去除效率。混凝剂负荷的进一步增加导致工艺效率下降。另一方面，对于较高的酸碱度，去除效率更具表现力。这一事实可以通过使用NaOH进行pH校正来证明。促进不溶性化合物的形成，使沉淀更有效，提高工艺效率[8,33]。根据使用FeCl3·5H2O获得的结果，可以得出以下结论：在试验中，在pH5（59.7%）下，获得了500 ppm的最佳TSS，在相同的pH2000 ppm（49.3%）下，获得了最差的结果。

另一种使用的混凝剂是硫酸铁。图2显示了几种混凝剂剂量和pH值对COD和TSS的去除情况。关于COD去除（图2（a）），使用1000 ppm混凝剂对初始pH值6达到最佳结果（44.1%）。对于这一pH值去除率表明，效率随着凝固剂剂量的增加而增加，直到1000 ppm；但是，由于上述胶体系统的部分再稳定，更高的负荷促进了治疗效果的降低。当反应物剂量为1000 ppm时，酸性更强的pH值的最差结果只有24.8%的COD去除率。

图2（b）所示的TSS去除方案与COD的去除方案相同，表明对于这种混凝剂，有机物的去除取决于固体的去除量。在原始pH值为500ppm的条件下进行的试验中，观察到了最高效率，导致COD减少高达45.4%。去除TSS的最坏条件是500ppm和pH6（35.8%）。

两种混凝剂均能有效去除TSS和COD。然而，这项研究的主要目标是获得一种作为凝结剂的前体，同时能够降低pH值（必须在2.5-3.5范围内），并确保最终的铁浓度允许随后的Fenton样氧化。

图3显示了混凝剂用量下的pH值变化。随着混凝剂用量的增加，处理后废水的pH值不断降低。对于氯化铁，其值在5（初始pH为6时为500 ppm）到2（初始pH为3时为1500和2000 ppm）之间。另一方面，对于硫酸铁，其值在5.1（初始pH为6时为500 ppm）到2.3（初始pH为3时为2000 ppm）之间。由于Fe3 阳离子为Lewis酸[5]，因此测试的混凝剂的酸性特性可以证明pH值的降低是合理的。

但应指出的是，在混凝过程后，混凝剂（硫酸盐和氯化物）的反离子仍在溶液中。众所周知，氯化物会干扰COD测量，建议不要将其用于浓度超过2000 mg/ L-1[24]的情况。此外，氯化物是一个法定参数，其临界值必须充分确定，以便排出流质。因此，对凝结水上的残留氯化物浓度进行了跟踪，并在图4中显示了不同的pH值。

结果表明，溶液中氯化物的浓度主要取决于混凝剂的加入量，而不是初始pH值。事实上，对于相同混凝剂浓度，不同初始pH值测定结果之间的

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资料编号：[759]

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