楊維星 王鉦文

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高濃度有機(jī)廢水的治理是現(xiàn)階段國內(nèi)外環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域亟待解決的一個難題。有機(jī)化工廢水污染物濃度高、毒性大、可生化性差,因此一般很難進(jìn)行生物處理。特別是有些有機(jī)廢水COD高達(dá)幾萬至幾十萬毫克升,成分復(fù)雜,我們將稱之為高濃度有機(jī)廢水,常規(guī)方法幾乎不能用來直接處理。高濃度有機(jī)廢水主要來自化工行業(yè),如含有機(jī)磷、酚的農(nóng)藥廢水;含酸、堿、鹽、高色度的染料顏料廢水等。

1 高濃度有機(jī)化工廢水水質(zhì)特點及危害

(1)有機(jī)物濃度高,可生化性差:COD一般在幾萬至幾十萬毫克升,相對而言,BOD5較低,BOD5/COD的比值往往小于0.3。(2)成分復(fù)雜,含有毒性物質(zhì):廢水中有機(jī)物以芳香族化合物和雜環(huán)化合物居多,往往還含有生產(chǎn)原料、半成品、副反應(yīng)產(chǎn)物和多種無機(jī)鹽,成分復(fù)雜。廢水中還多含有硫化物、氮化物、重金屬和有毒有機(jī)物。(3)色度高,有異味:一般來說,高濃度有機(jī)廢水色度在幾百倍以上,有的甚至達(dá)到幾萬倍。有些廢水散發(fā)出刺鼻的惡臭,給周圍環(huán)境造成不良影響。(4)具有強(qiáng)酸強(qiáng)堿性:工業(yè)產(chǎn)生的高濃度有機(jī)廢水,酸、堿、鹽類眾多,往往具有強(qiáng)酸、堿性。(5)需氧性危害:由于生物降解作用,高濃度有機(jī)廢水會使受納水體缺氧甚至厭氧,多數(shù)水生物將死亡,并產(chǎn)生惡臭,惡化水質(zhì)和環(huán)境。(6)感觀性污染:高濃度有機(jī)廢水會造成受納水體變黑臭,不但是水體失去使用價值,更嚴(yán)重影響人居環(huán)境。(7)致毒性危害:高濃度有機(jī)廢水中含有大量有毒有機(jī)物,會在水體、土壤等自然環(huán)境中不斷累積、儲存,然后通過食物鏈作用進(jìn)入生物體并逐漸富集,最后進(jìn)入人體,危害人體健康。

2 高濃度廢水的實驗裝置和實驗原理

2.1 實驗器材 蠕動泵(YZ15 BT100)、時間控制器、一級厭氧裝置、二級厭氧裝置(有機(jī)玻璃)、攪拌器(D90-2F 90 W,4000 r/min)、好氧桶、曝氣器(增氧機(jī))、曝氣頭、水桶(5個)、水泵(HQB-3900)、空氣壓縮機(jī)、臭氧發(fā)生器(CF-G-3-20g型)、臭氧+活性炭反應(yīng)柱裝置(有機(jī)玻璃管高3 m)、水槽、PH 計、測量CODcr的儀器等

2.2 實驗藥品 顆?；钚蕴?、粉末活性炭、鹽酸、硫酸、硫酸銀、硫酸汞、重鉻酸鉀、硫酸亞鐵銨、葡萄糖、尿素、磷酸二氫鉀、硫代硫酸鈉等

2.3 實驗裝置與實驗工藝

圖2 -1連續(xù)運行的反應(yīng)裝置及工藝流程

3 高濃度廢水工藝流程探索優(yōu)化實驗

3.1 綜合高濃度廢水成分及水質(zhì)分析 某化工廠綜合高濃度廢水組分為:(1)混合水CODcr:181760 mg/L,PH值:8-9;(2)陰離子水CODcr:45200 mg/L,PH 值:3-4;(3)陽離子水CODcr:146500 mg/L,PH 值:12-13,綜合廢水按混合廢水:陰離子廢水:陽離子廢水=2:2:1的比例。其中混合水組成由丁烯醛、煮洗廢水、PTMEG 廢水、3.5 萬/Nm3焦?fàn)t氣PSA 裝置脫脫萘再生廢水、GBL廢水、V-3410酯類側(cè)有機(jī)廢水、污水池廢液(按1.2:

0.2 66:2:6:1:1.4 4:1.2 的比例混合),其中陰離子廢水有一些的泡沫。

圖2 -2空氣壓縮機(jī)+臭氧發(fā)生器+有機(jī)玻璃反應(yīng)柱

高濃度廢水的水質(zhì)有以下幾個特點:

*廢水的成分復(fù)雜、有機(jī)污染物種類繁多,亦夾帶有部分無機(jī)物和揮發(fā)性氣體

*有機(jī)物濃度非常高,其CODcr濃度高達(dá)120000 mg/L

*廢水的可生化性差,因此該廢水屬于不宜直接生物降解的廢水*廢水的顏色呈紅棕色,色度極高,臭味比較大

*綜合高濃度廢水屬于強(qiáng)堿性廢水(PH 值9-11之間)

3.2 探究溫度對厭氧反應(yīng)的影響實驗 在一級厭氧裝置、二級厭氧裝置中分別采用2個恒溫棒,控制反應(yīng)裝置的溫度,監(jiān)測溫度對厭氧處理效果的影響:

表3-1 溫度對厭氧去除效果影響的對比實驗

★數(shù)據(jù)分析:在32℃-35℃的溫度環(huán)境下的去除效果較好,比18℃-20℃條件下的去除率高12%以上。一般認(rèn)為厭氧消化的最佳溫度是30～35℃,若低于30℃,處理效果便會降低,若低于16℃基本上沒有效果。

3.3 連續(xù)反應(yīng)裝置的實驗 連續(xù)反應(yīng)裝置即:一級厭氧(有效體積17L)→二級厭氧(有效體積13L)→好氧(有效體積6L),以下為連續(xù)1個月監(jiān)測的實驗數(shù)據(jù):

在連續(xù)反應(yīng)裝置中(一級厭氧+二級厭氧+一級好氧),每天給一級厭氧進(jìn)預(yù)處理后的綜合廢水1L:

表3-2 連續(xù)反應(yīng)裝置每天進(jìn)水1L的實驗數(shù)據(jù)

★數(shù)據(jù)分析:◆一級厭氧反應(yīng)CODcr去除率在61.22%～65.38%之間,容積負(fù)荷在0.39kg CODcr/(m3.d)左右,水力停留時間17 d;◆二級厭氧反應(yīng)CODcr去除率在67.97%～71.48%之間,容積負(fù)荷在0.21kg CODcr/(m3.d)左右,水力停留時間13 d;◆好氧反應(yīng)CODcr去除率在58.07%～68.33%之間,容積負(fù)荷在0.10kg CODcr/(m3.d)左右,水力停留時間6 d.

3.4 臭氧和曝氣預(yù)處理綜合廢水對比實驗 在臭氧反應(yīng)柱中綜合廢水曝氣1h后做極限好氧和臭氧45 min+曝氣15 min處理后做極限好氧,臭氧濃度為150g/h,水量分別為8L:

表3-3 預(yù)處理方式對比實驗

★數(shù)據(jù)分析:通過去除率對比可以看出曝氣1h的處理效果與臭氧處理45 min+曝氣15 min的去除率高1.25%,再考慮到運行成本的因素,最終采用曝氣1h的預(yù)處理方法。

表3-4 綜合廢水曝氣1h極限好氧

★數(shù)據(jù)分析:通過以上兩個折線圖可以看出極限好氧在8天以后就基本上沒有去除效果了,他們CODcr(mg/L)去除率分別為42%、47.7%,綜合考慮處理效果和運行成本最終采取曝氣吹脫的預(yù)處理方法。

3.5 厭氧上清液和好氧上清液高級化學(xué)氧化對比實驗 此處的厭氧上清液是連續(xù)反應(yīng)裝置二級厭氧的上清液,好氧上清液是連續(xù)裝置一級好氧的上清液,進(jìn)行高級化學(xué)氧化臭氧濃度控制在150g/h,處理水量分別為8L:

圖3 -1厭氧上清液和好氧上清液高級氧化后極限好氧對比

★數(shù)據(jù)分析:從以上數(shù)據(jù)表和對比曲線圖分析可知:好氧上清液和厭氧上清液高級化學(xué)氧化后極限好氧除去率高,去除效果明顯。所以高級化學(xué)氧化應(yīng)放在好氧之后比較合理,并且能夠使綜合廢水的CODcr降到500 mg/L以下。

3.6 本章小結(jié) 經(jīng)過六個月的研究性實驗,通過對實驗數(shù)據(jù)整理和分析,綜合考慮技術(shù)可行,經(jīng)濟(jì)合理的原則,確定了廢水實驗優(yōu)化工藝流程:

首先綜合高濃度廢水充分混合調(diào)節(jié)PH 值至7左右,在生化反應(yīng)過程中溫度控制在30℃-35℃的環(huán)境下,進(jìn)行曝氣1h的吹脫預(yù)處理(去除一些揮發(fā)性有機(jī)物),然后廢水依次經(jīng)過一級厭氧、二級厭氧、一級好氧,再經(jīng)高級化學(xué)氧化(臭氧+活性炭裝置)后進(jìn)行二級好氧,能使高濃度廢水CODcr從120000 mg/L下降到500 mg/L左右,CODcr去除率達(dá)92%以上。

附工藝流程圖:

圖3 -2工藝流程圖

4 結(jié)論及建議

(1)實驗表明,本實驗中的臭氧+活性炭組合的高級化學(xué)氧化處理高濃度廢水效果較好,能使難降解的大分子有機(jī)物分解成小分子可降解的物質(zhì),改善廢水的可生化性,活性炭的催化作用使臭氧處理效果更好且能吸附一些有機(jī)物和有害物質(zhì);

(2)在曝氣之前,綜合高濃度廢水PH值太高9-11應(yīng)先中和調(diào)節(jié)至7左右,再進(jìn)行曝氣效果會更好。在曝氣中主要吹脫的是一些揮發(fā)性有機(jī)物(主要是甲醛、丁烯醛等醛類物質(zhì));

(3)厭氧反應(yīng)的最適溫度控制在30℃-35℃,PH值控制在6.8-7.2,效果最好,厭氧污泥與污水中有機(jī)物充分混合(采用低速攪拌)可以提高容積負(fù)荷;

(4)在實際工藝中可以采用上流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB),分段厭氧處理法(厭氧接觸法和UASB的串聯(lián))等高污泥負(fù)荷的厭氧處理方法;

(5)在好氧污泥、厭氧污泥的培養(yǎng)過程中,注意營養(yǎng)物質(zhì)的添加,主要是添加少量的N、P物質(zhì)(尿素、磷酸二氫鉀),注意C:N:P比;

(6)由于厭氧污泥的培養(yǎng)過程是很長的,本實驗厭氧反應(yīng)階段的容積負(fù)荷還很小,實際工藝中厭氧容積負(fù)荷可達(dá)10-20kg COD/(m3·d),這樣水力停留時間就會大大的縮短。