章鵬鵬，魏瑞霞，馬路寧，劉楚楚

(華北理工大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，河北 唐山 063210)

混凝-水解酸化-好氧生化工藝處理山楂果脯生產(chǎn)廢水

章鵬鵬，魏瑞霞，馬路寧，劉楚楚

(華北理工大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，河北 唐山 063210)

分質(zhì)處理；PAC；PAM；水解酸化；好氧生化

山楂果脯生產(chǎn)廢水有機(jī)物濃度高、SS高，易對(duì)環(huán)境造成污染。本實(shí)驗(yàn)采用混凝-水解酸化-好氧生化工藝處理該廢水。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該工藝操作簡單，運(yùn)行穩(wěn)定，混凝降低了廢水中有機(jī)物濃度，水解酸化提高了廢水的可生化性，處理后出水COD≤60 mg/L，去除率達(dá)99.4%，BOD≤25 mg/L，SS≤30 mg/L。

果脯作為我國的特色食品具有悠久的歷史，在清洗、浸漬等多個(gè)工序中有廢水產(chǎn)生。山楂果脯生產(chǎn)廢水具有有機(jī)物濃度高、懸浮物濃度高、成分復(fù)雜等特征，不達(dá)標(biāo)排放對(duì)環(huán)境造成很大的污染。

目前國內(nèi)處理這類有機(jī)廢水基本上都是采用混凝+生化處理的方法。本實(shí)驗(yàn)針對(duì)果脯生產(chǎn)廢水排放特點(diǎn)和水質(zhì)特點(diǎn)，采取分質(zhì)處理，廢水中濃渣先進(jìn)行預(yù)處理，再運(yùn)用混凝+水解酸化+好氧生化處理工藝。經(jīng)處理，廢水中絕大部分污染物被去除，再經(jīng)過后續(xù)的處理可以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)并實(shí)現(xiàn)廢水的回用，節(jié)約大量的水資源，為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供有利條件。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)用水

實(shí)驗(yàn)所用廢水取自承德某山楂果脯生產(chǎn)廠的混合廢水。由于第1次洗煮罐廢水中含有大量的污染物，COD約為40 000 mg/L，SS約為100 000 mg/L，廢水具有高污染性，其排放具有間歇性，如與果品清洗等其他廢水混合處理勢(shì)必會(huì)增大后續(xù)處理工藝負(fù)荷。因此，第1次洗煮罐廢水先用板框壓濾機(jī)去除絕大部分的固體懸浮物，濾液與其他廢水再混合處理，濾液產(chǎn)生量約占總水量的5%，本實(shí)驗(yàn)研究混合后的廢水。其水質(zhì)見表1。

表1 山楂果脯生產(chǎn)廢水水質(zhì)

1.2 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器

藥品：氫氧化鈉、濃硫酸、硫酸亞鐵銨、硫酸銀、硫酸汞、重鉻酸鉀均為分析純；聚合氯化鋁、陽離子型聚丙烯酰胺為工業(yè)品。

儀器：電子分析天平、恒溫水浴鍋、pHS-3C型pH計(jì)、722S型可見分光光度計(jì)、90-1型恒溫磁力攪拌器，JJ-1型精密增力電動(dòng)攪拌器，增氧泵。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 PAC投加量的影響

取100 mL果脯生產(chǎn)廢水置于250 mL錐形瓶中，分別控制10%PAC溶液投加量為2.5 mg/L、5.0 mg/L、10.0 mg/L、12.5 mg/L、15.0 mg/L、20.0 mg/L、25.0 mg/L，置于磁力攪拌器上快速攪拌30 s，中速攪拌1.5 min，慢速攪拌3 min，靜置30 min后取上層清液于550 nm處測(cè)其透光率和COD。

1.3.2 pH的影響

取100 mL果脯生產(chǎn)廢水置于250 mL錐形瓶中，分別用硫酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)廢水pH為4.0、5.0、6.0、7.0、8.0，10%PAC溶液投加量為10.0 mg/L，置于磁力攪拌器上快速攪拌30 s，中速攪拌1.5 min，慢速攪拌3 min，靜置30 min后取上層清液于550 nm處測(cè)其透光率和COD。

1.3.3 PAC和PAM的協(xié)同作用

取100 mL果脯生產(chǎn)廢水置于250 mL錐形瓶中， 10%PAC投加量為10 mg/L，置于磁力攪拌器上快速攪拌20 s，然后分別加入0.01%PAM0.3 mg/L、0.5 mg/L、1.0 mg/L、1.5 mg/L、2.0 mg/L，快速攪拌30 s，中速攪拌1.5 min，慢速攪拌3 min，靜置30 min后取上層清液于550 nm處測(cè)其透光率和COD。

1.3.4 溫度的影響

取100 mL果脯生產(chǎn)廢水置于250 mL錐形瓶中，分別置于恒溫水浴鍋中，調(diào)節(jié)溫度為20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃，然后加入10%PAC 10 mg/L，0.01%PAM 2.0 mg/L，置于磁力攪拌器上快速攪拌30 s，中速攪拌1.5 min，慢速攪拌3 min，靜置30 min后取上層清液于550 nm處測(cè)其透光率和COD。

1.3.5水解酸化實(shí)驗(yàn)

分別取一定量經(jīng)馴化的水解酸化污泥于1 L的燒杯中，加入經(jīng)混凝處理后的山楂果脯生產(chǎn)廢水，分別調(diào)節(jié)污泥MLSS為2 000 mg/L、3 000 mg/L、4 000 mg/L、5 000 mg/L、6 000 mg/L、7 000 mg/L左右，用保鮮膜密封燒杯口，用電動(dòng)增力攪拌機(jī)攪拌，每隔1 h取樣，取上清液測(cè)定廢水COD值，分析水解酸化處理效果最佳時(shí)的污泥濃度和處理時(shí)間。

1.3.6好氧生化實(shí)驗(yàn)

分別取一定量經(jīng)馴化的活性污泥于1 L的燒杯中，加入經(jīng)水解酸化處理的山楂果脯生產(chǎn)廢水，分別調(diào)節(jié)污泥MLSS為3 000 mg/L、3 500 mg/L、4 000 mg/L、5 000 mg/L、6 000 mg/L、7 000 mg/L左右，曝氣，每隔1 h取樣，取上清液測(cè)定廢水COD值，分析好氧法處理效果最佳時(shí)的污泥濃度和處理時(shí)間。

1.4 分析方法

COD：重鉻酸鉀法[1]，pH：復(fù)合電極法，透光率：分光光度法。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 PAC投加量的影響

PAC投加量對(duì)混凝效果有至關(guān)重要的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 PAC投加量的研究

由圖1可知，隨著PAC投加量的增加，透光率升高，COD值下降，當(dāng)PAC投加量為10 mg/L時(shí)，透光率達(dá)到最大值88.5%，COD達(dá)到最小值3 964 mg/L，此時(shí)混凝效果最好。隨著PAC投加量的增加，透光率增加到一定程度后又略微降低，COD值也呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。因此確定PAC最佳投加量為10 mg/L。

山楂果脯生產(chǎn)廢水中的懸浮顆粒帶有負(fù)電荷，加入的PAC中的Al3+起到電中和和壓縮雙電層的作用，使顆粒的電動(dòng)電位下降，斥力減少，進(jìn)而結(jié)合成絮體而沉降下來，使水體變澄清[2]。當(dāng)PAC的投加量不足時(shí)，負(fù)電荷不能被完全中和，無法形成較大的絮體，此時(shí)混凝效果較差[3]。隨著PAC投加量增大，電中和作用增強(qiáng)，混凝效果增強(qiáng)，但藥劑投加量過大，處理效果變差，這是由于膠體有吸附架橋的作用，有過量藥劑的加入，使膠體粒子被大量高分子聚合物圍繞，原來已形成的顆粒體系失穩(wěn)，甚至形成新的穩(wěn)定狀態(tài)，影響絮凝效果[4]。

2.2 pH的影響

pH對(duì)混凝效果的影響結(jié)果如圖2所示。

圖2 pH的影響

由圖2可知，隨著pH升高，透光率下降，尤其是pH>6時(shí)，水樣透光率直線下降。這是因?yàn)樯介懈缓介t色素，其主要成分為失菊色素-3-半乳糖苷、矢車菊色素的雙塘或三糖苷等花色苷類化合物，該色素對(duì)pH值敏感，隨pH值的變化呈現(xiàn)出不同顏色[5-6]。當(dāng)水樣pH>6時(shí)呈現(xiàn)棕色并逐漸加深，因此水樣透光率下降。當(dāng)pH為5時(shí)，混凝后的廢水COD達(dá)到最小值3 895 mg/L，此時(shí)處理效果最好?？紤]到pH為4時(shí)更易腐蝕設(shè)備，pH為6、7、8時(shí)混凝后COD去除率相差不大，并且廢水原始pH為5，因此無需調(diào)節(jié)廢水pH。

當(dāng)pH<7時(shí)，山楂果脯生產(chǎn)廢水的電勢(shì)電位絕對(duì)值低，加入PAC后容易達(dá)到等電點(diǎn)，體系失穩(wěn)，水中的懸浮顆粒物絮凝成較大的絮體發(fā)生沉淀而得以去除；當(dāng)水樣pH值偏強(qiáng)堿性時(shí)，多鋁核羥基配合物會(huì)生成Al(OH)3溶膠，降低混凝效果[7]。

2.3 PAC和PAM的協(xié)同作用

PAC和PAM的協(xié)同作用實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 PAC和PAM的協(xié)同作用

由圖3可知，投加PAM后水樣透光率和COD均處于波動(dòng)狀態(tài)，變化范圍不大。單獨(dú)使用PAC即可達(dá)到理想的處理效果，聯(lián)合使用PAM會(huì)增加處理成本并且混凝效果沒有顯著改善，而且PAM投加量過大會(huì)增大出水COD，反而降低出水水質(zhì)。

2.4 溫度的影響

溫度的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 溫度的影響

由圖4可知，水溫從20 ℃升高到50 ℃，透光率和COD去除率均沒有顯著差異。因此，在實(shí)際工程中無需調(diào)節(jié)水溫。

2.5 水解酸化實(shí)驗(yàn)

山楂果鋪生產(chǎn)廢水水解酸化過程可以將大分子、難降解有機(jī)物分解成小分子易生化性物質(zhì)，為后續(xù)好氧生物處理的穩(wěn)定運(yùn)行提供有利條件。水解酸化實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同污泥濃度水解酸化處理效果

污泥濃度較低時(shí)處理效果差，這是因?yàn)闆]有足夠的微生物降解廢水中大分子有機(jī)物，水解酸化趨于穩(wěn)定時(shí)所需的水力停留時(shí)間長，出水COD偏高。污泥濃度過大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)污泥上浮的的情況，剩余污泥多，沉降效果不好，導(dǎo)致水解酸化效果變差，出水COD也偏高。

由圖5可知，隨著水解酸化時(shí)間的延長，廢水COD呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢(shì)，水力停留時(shí)間超過4 h后，水解酸化達(dá)到最大限度，此時(shí)COD去除率增長不明顯，COD最終穩(wěn)定在700 mg/L左右。因此，確定最佳水力停留時(shí)間為4 h。

為驗(yàn)證分質(zhì)處理的必要性與合理性，實(shí)驗(yàn)研究了濃渣不預(yù)處理的情況，第1次煮洗罐廢水直接與其他廢水混合。經(jīng)混凝處理，廢水的COD和SS仍然很高，在水解酸化階段出現(xiàn)微生物活性差并且死亡嚴(yán)重的情況。這是因?yàn)?，?次煮洗罐廢水COD約為40 000 mg/L，有機(jī)污染物濃度很高，山楂中富含山楂酸、熊果酸、棕櫚酸、綠原酸等多種有機(jī)酸[8]，對(duì)微生物有毒害作用，嚴(yán)重影響水解酸化效果。采取分質(zhì)處理，第1次煮洗罐廢水經(jīng)板框壓濾機(jī)處理，產(chǎn)生的濾液再與其他廢水混合，大大降低了廢水中有機(jī)物的濃度，有利于生物處理工藝的平穩(wěn)運(yùn)行。

在考慮到實(shí)際情況和經(jīng)濟(jì)投入的基礎(chǔ)上，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，對(duì)該山楂果脯生產(chǎn)廢水水解酸化處理最佳污泥濃度為(MLSS，mg/L)4 000～5 000 ，水力停留時(shí)間4 h。

2.6 好氧生化實(shí)驗(yàn)

活性污泥法是通過污泥中好氧微生物的新陳代謝來降解廢水中有機(jī)物的，微生物的含量及其活性是廢水處理的重要影響因素。好氧生化實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同污泥濃度好氧生化處理效果

由圖6可知，隨著曝氣時(shí)間的延長，出水COD逐漸降低，4 h穩(wěn)定在一定水平。在相同的曝氣時(shí)間內(nèi)，COD去除率隨污泥濃度的增加呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)。這是因?yàn)椋勰酀舛鹊蜁r(shí)生物量低，水中有機(jī)物不能及時(shí)被好氧微生物所消耗；污泥濃度高時(shí)，微生物處于饑餓狀態(tài)，活性降低，沉淀效果差，處理效果不佳。污泥濃度為4 030 mg/L時(shí)，曝氣4 h后廢水COD由755 mg/L降到46 mg/L，COD去除率達(dá)93.9%，BOD≤25 mg/L ，SS≤30 mg/L，此時(shí)可生物降解部分基本被消耗殆盡?？紤]到實(shí)際情況，污泥濃度為保持在3 500～4 000 mg/L范圍內(nèi)曝氣4 h即可保證處理效果。

3 結(jié)論

(1)采取分質(zhì)處理，第1次煮洗罐廢水經(jīng)板框壓濾機(jī)處理后再與其他廢水混合，COD由40 000 mg/L降低至7 500 mg/L左右，降低了廢水中有機(jī)物對(duì)微生物的毒性，為后續(xù)處理創(chuàng)造了有利條件。

(2)采用混凝-水解酸化-好氧生化工藝處理山楂果脯生產(chǎn)廢水是可行的，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，處理后出水COD≤60 mg/L，去除率達(dá)99.4%，BOD≤25 mg/L，SS≤30 mg/L。

(3)混凝的最佳條件：20 ℃、pH5.0、PAC投加量10 mg/L、PAM投加量2 mg/L。廢水COD由7 500 mg/L降到3 797 mg/L，去除率達(dá)49.4%。

(4)水解酸化最佳條件：污泥濃度為(MLSS)4 000～5 000 mg/L，水力停留時(shí)間4 h，COD去除率達(dá)82.3%，為后續(xù)好氧法處理創(chuàng)造了條件。

(5)好氧生化最佳條件：污泥濃度為(MLSS)3 500～4 000 mg/L，曝氣4 h，出水COD為45.8 mg/L。

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Treatment of Hawthorn Preserves Wastewater by Coagulation-Hydrolysisand Acidification-Aerobic Biochemical Process

ZHANG Peng-peng, WEI Rui-xia, MA Lu-ning, LIU Chu-chu

(College of Chemical Engineering, North China University of Science and Technology,Tangshan Hebei 063210, China)

segregated treatment; PAC; PAM; hydrolysis and acidification; aerobic biochemical

The industrial wastewater of hawthorn preserved fruit has high organic concentration, high SS, and is easy to cause pollution to the environment. In this experiment, the wastewater is handled by coagulation-hydrolysis and acidification-aerobic biochemical process. The result shows that the operation of the technological operation is simple with stable operation. The organic matter concentration in the wastewater is reduced by coagulation and the biodegradability of the wastewater is improved by hydrolysis acidification with COD≤60 mg/L for the after-treatment water and the removal rate up to 99.4%, BOD≤25 mg/L,SS≤30 mg/L.

2095-2716(2017)02-0066-06

2016-11-06

2017-03-23

華北理工大學(xué)2015年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃資助項(xiàng)目(X2015120)。

X703.1

A