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        水力清砂廢水及濕法除塵廢水綜合處理

        2013-09-20 00:25:10林靜郭海燕張壽通李明高
        關(guān)鍵詞:混凝濕法水力

        林靜,郭海燕,張壽通,李明高

        (大連交通大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院,遼寧大連116028)*

        0 引言

        水力清砂廢水和濕法除塵廢水是機(jī)加工企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生的兩類廢水.水力清砂是利用高壓水經(jīng)管道輸送到噴槍以形成高壓射流,射向鑄件表面清除型殼的一種方法.它的主要作用一是切割,二是沖刷.當(dāng)高速射流對(duì)砂塊所產(chǎn)生的沖擊力超過(guò)砂塊的抗剪強(qiáng)度時(shí),砂塊即被切碎.然后水流滲入砂塊的裂紋,破壞砂塊之間的聯(lián)系.砂塊被沖散,并隨水流一起洗刷下來(lái)形成水力清砂廢水.水力清砂廢水pH較大,往往含有大量的水玻璃和無(wú)機(jī)沙粒,水玻璃使水形成膠體,粘度增加,大大阻礙了泥砂的沉降.如將此類高堿性的膠液直接外排,將嚴(yán)重堵塞下水道及污染河流[1-2].濕法除塵是利用含塵氣體與水或其它液體相接觸時(shí),水滴和塵粒的慣性碰撞及其他作用而把塵粒從氣流中分離出來(lái).其突出優(yōu)點(diǎn)是可以同時(shí)對(duì)有害氣體進(jìn)行凈化,但易產(chǎn)生二次污染,耗能高.濕法除塵產(chǎn)生的除塵廢水往往含有較高的懸浮物,為黑褐色,且COD濃度很高.在對(duì)水力清砂產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行濕法去除時(shí)產(chǎn)生的廢水呈現(xiàn)堿性,直接排放將對(duì)環(huán)境造成較大的污染[3-4].

        目前,清砂廢水和濕法除塵廢水進(jìn)行處理一般采用沉降分離和機(jī)械分離相結(jié)合的工藝,但直接沉降工藝占地面積大,采用離心分離、真空過(guò)濾、自動(dòng)板框壓濾等機(jī)械分離工藝除設(shè)備投資高以外,其維護(hù)和運(yùn)行費(fèi)用都較大[5-6].為減少?gòu)U水排放,提高水資源利用效率,對(duì)以上兩類廢水進(jìn)行循環(huán)使用,實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)和企業(yè)節(jié)能減排目標(biāo).本文針對(duì)兩類廢水的水質(zhì)特征提出物化和生化聯(lián)合綜合處理方法,實(shí)驗(yàn)確定了最佳處理工藝及工藝參數(shù),為兩類廢水的治理和回用處理工程提供了技術(shù)支持.

        1 實(shí)驗(yàn)方法

        1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

        混凝條件確定采用燒杯實(shí)驗(yàn).生化處理實(shí)驗(yàn)裝置采用有機(jī)玻璃反應(yīng)器,平行設(shè)置三套,分別為單獨(dú)好氧處理、厭氧-好氧生物處理以及厭氧-好氧(回流)處理三種工藝流程[7].其中厭氧-好氧(回流)處理系統(tǒng)如圖1所示.經(jīng)混凝處理的廢水置于儲(chǔ)水池中,厭氧反應(yīng)器和好氧反應(yīng)器內(nèi)填充聚氨酯填料,表面生長(zhǎng)培養(yǎng)成熟的厭氧和好氧生物膜,有效容積分別為3L和6L,生化處理后出水流經(jīng)沉淀池沉淀后出水.生化反應(yīng)器內(nèi)水溫約為20℃.

        圖1 實(shí)驗(yàn)裝置

        1.2 實(shí)驗(yàn)用水

        實(shí)驗(yàn)用水來(lái)自某機(jī)加工企業(yè),其中,水力清砂廢水來(lái)源于高壓水清除鑄件表面水玻璃砂型殼操作過(guò)程,濕法除塵廢水來(lái)源于對(duì)人工清砂過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行濕法除塵的操作過(guò)程.廢水中含有石英砂、水玻璃(硅酸鈉)、甘油醋酸酯、丙烯碳酸酯難于生物降解的甘油酯類有機(jī)物[8-9],pH較高,懸浮物濃度較高.經(jīng)測(cè)定,兩類廢水混合后水質(zhì)指標(biāo)如附表所示.

        附表 實(shí)驗(yàn)用水水質(zhì)

        1.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與分析方法

        1.3.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

        (1)根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果選取混凝劑為聚合氯化鋁(PAC),助凝劑為陽(yáng)離子聚丙烯酰胺(PAM),采用燒杯實(shí)驗(yàn)優(yōu)化混凝條件,確定混凝劑和助凝劑的最佳投加量.

        (2)對(duì)混凝后廢水進(jìn)行生化處理,考察單獨(dú)好氧處理、厭氧—好氧處理和厭氧—好氧(回流)處理三種工藝條件下廢水的處理效果.其中,單獨(dú)好氧處理時(shí)好氧生物反應(yīng)器水力停留時(shí)間15h,厭氧-好氧處理時(shí),厭氧和好氧生化反應(yīng)器水力停留時(shí)間別為5h和10h,厭氧—好氧(回流)處理時(shí)厭氧和好氧生化反應(yīng)器水力停留時(shí)間別為4h和8h,回流率100%.

        (3)確定最佳處理工藝,使其出水達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002一級(jí)A),滿足水力清砂高壓水槍和濕法除塵用水的水質(zhì)要求.

        1.3.2 分析方法

        主要化學(xué)指標(biāo)分析方法參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》[10].

        2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

        2.1 混凝燒杯實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        采用水力清砂和濕法除塵混合廢水,廢水COD為220 mg/L,pH為11.首先調(diào)整廢水pH為7.0,在保持助凝劑PAM濃度為10 mg/L的條件下,投加不同量PAC,混凝效果如圖2(a)所示.保持PAC投加量為60 mg/L,不同PAM投量條件下混凝效果如圖2(b)所示.從圖2(a)可以看出,在混凝劑投加量為20~140 mg/L的范圍內(nèi),PAC投量對(duì)廢水COD去除和濁度影響較大,而圖2(b)顯示,在阻凝劑PAM投量為2~16 mg/L的范圍內(nèi),混凝后COD變化不大,而對(duì)濁度有較大影響.根據(jù)燒杯實(shí)驗(yàn)結(jié)果,確定最佳PAC和PAM投加量分別為100 mg/L和10 mg/L,COD和SS去除率分別達(dá)到28%和64%.

        圖2 投加不同物質(zhì)條件下混凝效果

        2.2 連續(xù)混凝處理效果

        根據(jù)最佳混凝條件,投加混凝劑PAC 100 mg/L和助凝劑PAM10 mg/L,調(diào)節(jié)pH值約7,對(duì)廢水進(jìn)行連續(xù)混凝預(yù)處理,處理效果如圖3所示.從圖可以看出,在進(jìn)水COD為150~450 mg/L的范圍內(nèi),經(jīng)混凝處理后出水COD降至120~270 mg/L,COD去除率一般保持在在15%~30%之間.

        圖3 連續(xù)混凝處理效果

        2.3 不同生化工藝處理效果

        廢水經(jīng)混凝后,平行采用三套生化處理裝置,對(duì)比考察了單獨(dú)好氧處理、厭氧—好氧處理和厭氧—好氧(回流)處理三種工藝條件下廢水的處理效果,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示.從圖可以看出,在混凝后出水COD濃度為120~270 mg/L,好氧處理進(jìn)水COD濃度不高,但出水COD濃度為60~70 mg/L,COD去除率基本上在65% ~75%之間.盡管曝氣長(zhǎng)達(dá)15 h,廢水中含難降解的有機(jī)物仍無(wú)法被微生物氧化去除,出水達(dá)不到一級(jí)A排放和回用的標(biāo)準(zhǔn).

        對(duì)混凝后出水采用厭氧-好氧生化處理,出水COD濃度較單度好氧生化處理要低,COD去除率基本上在75% ~80%之間,出水COD保持在50 mg/L左右.可見(jiàn),盡管總的水力停留時(shí)間沒(méi)變(厭氧5 h,好氧10 h),由于在好氧生化處理前先進(jìn)行厭氧(水解酸化)處理,可生化性差的高分子物質(zhì)經(jīng)過(guò)厭氧段的水解和酸化作用,使高分子有機(jī)物變成較小分子,改善廢水的可生化性,不僅提高了處理效果,而且節(jié)約了曝氣所需的動(dòng)力消耗.

        厭氧-好氧(回流)工藝將沉淀池沉淀的污泥回流至厭氧段,以提高生化反應(yīng)器內(nèi)生物量,同時(shí)提高進(jìn)水流速,增加了池內(nèi)的攪拌,使污泥與污水的接觸均勻.從圖5可以看出,在厭氧-好氧(回流)工藝中,盡管厭氧和好氧生化反應(yīng)器的總停留時(shí)間只有12 h,較厭氧-好氧工藝的總停留時(shí)間(15 h)有所減少,但增加回流后,處理效果較無(wú)回流工藝進(jìn)一步改善,COD去除率在85%以上,出水COD基本保持在40 mg/L以下,達(dá)到中水排放標(biāo)準(zhǔn)[11],出水可直接回用于水力清砂高壓水槍和濕法除塵用水.

        圖4 三種工藝條件下COD去除效果

        3 結(jié)論

        采用物化混凝和生化法結(jié)合的工藝處理水力清砂和濕法除塵混合廢水,確定了廢水處理工藝和工藝參數(shù),使處理出水達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn),主要結(jié)論有:

        (1)水力清砂廢水和濕法除塵廢水懸浮物含量大,可生化性能差,通過(guò)混凝-生化聯(lián)合工藝處理可以取得良好處理效果;

        (2)混凝處理可以去除大部分的懸浮物,在廢水pH為7左右,混凝劑PAC投量為100 mg/L、助凝劑PAM投量為10 mg/L條件下,COD和SS去除率分別達(dá)到28%和64%;

        (3)混凝-好氧工藝對(duì)廢水的COD去除率基本上在65% ~75%,混凝-厭氧-好氧工藝對(duì)廢水COD去除率75% ~80%.混凝-厭氧-好氧(回流)工藝COD去除率在85%以上,出水COD在40 mg/L以下,達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn),可回用于水力清砂高壓水槍和濕法除塵用水補(bǔ)充水.

        [1]劉艷杰,楊儉.高壓水射流清砂機(jī)的研究[J].煤炭技術(shù),2002,21(3):59-60.

        [2]冉興.熔模精密鑄件的水力清砂[J].特種鑄造及有色合金,2000(3):23-25.

        [3]劉精今.鍋爐濕法除塵廢水循環(huán)回用治理中的懸浮物處理技術(shù)研究[J].工業(yè)水處理,1999,19(2):22-23.

        [4]劉精今.燃煤鍋爐濕法除塵廢水循環(huán)回用后的水質(zhì)處理工藝和技術(shù)研究[J].四川環(huán)境,1998,17(3):27-31.

        [5]楊儉.新型高效水力清砂機(jī)的研究[J].煤礦機(jī)械,1996(5):25-27.

        [6]劉景華.自動(dòng)板框壓濾機(jī)在水力清砂廢水中的應(yīng)用[J].鐵道勞動(dòng)安全衛(wèi)生與環(huán)保,1989,60(2):22-23.

        [7]Metcalf& Eddy,George Tchobanoglous,F(xiàn)rankin Burton,et al.Wastewater Engineering Treatment and Reuse[M].[s.l.]:Boston Mc Graw-Hill,2003.

        [8]高廷耀,顧國(guó)維,周琪.水污染控制工程(下冊(cè))[M].北京:高等教育出版社,2007.

        [9]楊岳平,徐新華.廢水處理工程及案例分析[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.

        [10]魏復(fù)盛.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法[M].4版,北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2002.

        [11]張自杰.環(huán)境工程手冊(cè)[M].北京:高等教育出版社,1996.

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