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混合化工廢水處理工藝的研究

分類:行業(yè)熱點(diǎn) > 技術(shù)論壇    發(fā)布時(shí)間:2018年2月24日 9:39    作者:來源:《給水排水》 作者:徐文英等     文章來源:北極星固廢網(wǎng)

位于某工業(yè)區(qū)排放的污水以化工和醫(yī)藥廢水為主,此兩種廢水的排放量占污水總量的75 % 以上。這些廢水進(jìn)入該區(qū)污水廠集中處理。該區(qū)污水廠采用的是SBR 法,目前處理水量為5 萬m3/d ,工業(yè)廢水占80 % 。設(shè)計(jì)進(jìn)水COD 為800mg/L,要求出水小于200 mg/L。目前出水不能達(dá)標(biāo),主要原因是進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)大,且含有有毒有害及難降解的物質(zhì)。本研究嘗試用催化鐵內(nèi)電解法對(duì)該工業(yè)區(qū)廢水進(jìn)行預(yù)處理,以提高全流程的處理效率。在探索性試驗(yàn)的基礎(chǔ)上又進(jìn)行了中試連續(xù)流試驗(yàn)。

1.催化鐵內(nèi)電解法

預(yù)處理工藝的選擇首先應(yīng)針對(duì)進(jìn)水中對(duì)生物處理有抑制作用和難生物降解的物質(zhì),其中主要包括偶氮結(jié)構(gòu)的物質(zhì)和硝基苯類物質(zhì),色度也是預(yù)處理中重點(diǎn)考慮的對(duì)象。

某些生物難降解物質(zhì)的化學(xué)氧化是比較困難的,但通過還原反應(yīng)可以把該類物質(zhì)還原成較易生物降解的化合物。處理有毒、難降解的有機(jī)污染物,現(xiàn)有技術(shù)中較為有效的是鐵碳還原法工藝,但鐵碳還原法存在著:鐵的消耗量大,產(chǎn)生大量的污泥,反應(yīng)一段時(shí)間后鐵易于板結(jié),從而降低了處理效果;只適用于pH 低的廢水,中和廢水需要大量的酸、堿等缺點(diǎn)。

為了克服鐵碳法缺點(diǎn),在鐵內(nèi)電解反應(yīng)器中加入一定量的催化劑銅,擴(kuò)大了兩極之間的電位差,使電化學(xué)反應(yīng)的效率進(jìn)一步提高,這樣就有更多種類的重金屬及有機(jī)污染物能在電極上得到還原。在反應(yīng)中生成的Fe2 + 有較強(qiáng)的還原能力,也能幫助還原污染物,使部分難降解的環(huán)狀有機(jī)物環(huán)裂解,生成相對(duì)易降解的開環(huán)有機(jī)物,從而改善廢水的可生化性。在pH 為8. 0 ~8. 5 時(shí)產(chǎn)生具有較強(qiáng)絮凝作用的Fe(OH)3沉淀,將污水中的懸浮固體和膠體等凝聚沉淀,同時(shí)吸附大量可溶性有機(jī)污染物一起沉淀,使污水得到凈化。電極反應(yīng)如下:

陽極(鐵):Fe -2e→Fe2 +

陰極(銅):難降解有機(jī)物+ ne→易降解有機(jī)物

總的來說,催化鐵內(nèi)電解法比鐵碳法有效得多:①處理難降解污染物的能力更強(qiáng),脫色效果顯著,在工程上長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行也不結(jié)塊板結(jié);②整個(gè)反應(yīng)是在不曝氣的缺氧情況下進(jìn)行的,沒有溶解氧參與原電池的電極反應(yīng),污染物在催化劑表面上得到還原;③金屬鐵和Fe2 + 也不會(huì)大量與O2反應(yīng)作無謂的消耗,所以鐵的消耗量和反應(yīng)產(chǎn)生的污泥量都比鐵碳法要少得多;④催化鐵內(nèi)電解法適用的pH 范圍較大(pH= 4 ~11 ),通常反應(yīng)可在中性和弱堿性條件(處理后出水的pH 標(biāo)準(zhǔn))下進(jìn)行;⑤低廉的運(yùn)行費(fèi)用。鐵刨花是金屬工件加工的廢料,非常便宜。本試驗(yàn)中的銅催化劑也是金屬工件加工的廢料,在污水處理過程中不消耗,連續(xù)運(yùn)行數(shù)月未發(fā)生鈍化,可以是一次性的投資。溴化十六烷基三甲胺改性的沸石的價(jià)格也不貴,可以長(zhǎng)期使用。催化鐵內(nèi)電解法常用于預(yù)處理,幫助先行除去對(duì)微生物有毒有害的難降解物質(zhì),改善污水的可生化性,有利于最終出水達(dá)標(biāo)。

2 試驗(yàn)部分

2. 1 試驗(yàn)材料:①上海市某一工業(yè)區(qū)污水處理廠進(jìn)水;②鑄鐵件加工過程中產(chǎn)生的鐵刨花和鑄銅件加工過程中產(chǎn)生的銅屑,均取自同濟(jì)大學(xué)機(jī)電廠;③溴化十六烷基三甲胺改性的沸石。

2. 2 試驗(yàn)方法:將銅屑和鐵刨花按W銅/W鐵= 0. 3 比例秤量好,加入3 % 的溴化十六烷基三甲胺改性的沸石(沸石的作用:吸附有機(jī)物,可能有催化作用),充分混合,放入矩形預(yù)處理反應(yīng)器中。原廢水pH在6 ~9之間。用5:1 的回流比讓廢水在上述反應(yīng)器內(nèi)反復(fù)循環(huán),在常溫下不曝氣HRT 為2h,使廢水在反應(yīng)器中充分的反應(yīng)。

預(yù)處理后接懸浮載體生物膜法。所用懸浮填料呈球形和圓柱形,比表面積為350 m2/m3 。中試流程見圖1 。


進(jìn)水來自沉砂池出水。中試過程中水進(jìn)入調(diào)節(jié)池,然后用泵打至高位水箱,流量為0. 25 m3/h,再進(jìn)入預(yù)處理反應(yīng)器和生化池,然后經(jīng)二沉池出水。中試預(yù)處理反應(yīng)器容積0. 5 m3 ,生化池容積4 m3 左右。預(yù)處理反應(yīng)器裝置:HRT 為2h,沿池長(zhǎng)方向用板均隔為4 格;水進(jìn)入池后呈推流態(tài)至出水;池內(nèi)裝有以鐵刨花為主的填料,總填充率約在70 % 。生化池中的停留時(shí)間約為12h。

2. 3 測(cè)試指標(biāo)及方法:COD:標(biāo)準(zhǔn)重鉻酸鉀法; OD:標(biāo)準(zhǔn)稀釋倍數(shù)法;pH:p HS-3 精密數(shù)顯酸度計(jì)。

2. 4 連續(xù)流試驗(yàn)結(jié)果和討論:連續(xù)流試驗(yàn)在上海市某一工業(yè)區(qū)污水處理廠進(jìn)行。中試研究了催化還原內(nèi)電解工藝對(duì)該工業(yè)區(qū)污水處理廠主要污染成份的降解過程和降解效率,預(yù)處理段還原耗材鐵刨花的消耗量及對(duì)預(yù)處理效果的影響。

在試驗(yàn)過程中不加熱,水溫為10 ~30 C,進(jìn)水水質(zhì)為COD 200 ~800 mg/L, OD/COD 約為0. 4 ,SS 50 ~200 mg/L,NH3 - N 20 ~50 mg/L。

2. 4. 1 COD 和BOD 的去除:6 個(gè)星期的中試表明了良好的運(yùn)行效果。圖2所示是中試時(shí)COD 的去除效果。從圖2 可以看出,除第一個(gè)星期,因生物膜未掛好的緣故,出水COD略微偏高外,以后的出水COD 均在100 mg/L 以下,平均為70. 5 mg/L。預(yù)處理段的處理效率為34. 6 % ,全流程的去除率為78. 3 % ,且出水較為穩(wěn)定,而現(xiàn)行的SBR 法COD 去除率不到60 % 。這樣的出水水質(zhì)和處理率,已達(dá)到了一般城市污水處理廠的處理水平。當(dāng)進(jìn)水COD 濃度突然增加時(shí),COD的去除率基本不受影響。


從圖3 可知,生化處理后出水的BOD 也相當(dāng)平穩(wěn),最大值為12. 5 mg/L,平均值為6. 9 mg/L??偺幚砺蕿?4. 1 % 。


2. 4. 2 氨氮的去除:從圖4 可知,在6 月24 日之前,系統(tǒng)幾乎沒有去除氨氮的效果,且經(jīng)常出現(xiàn)出水氨氮略高于進(jìn)水的情況。為了強(qiáng)化硝化效果,24 日起將生化段的停留時(shí)間從12H延長(zhǎng)至16H 。改變系統(tǒng)后的第一個(gè)星期情況沒有什么變化,從7 月2 日開始明顯出現(xiàn)了生物脫氮的跡象,到了7 月10 日,生物脫氮效果明顯,出水氨氮小于5 mg/L。7 月23 日后達(dá)到了很好的生物硝化效果。此后氨氮的平均出水濃度只有2. 9 mg/L,去除率達(dá)88. 8 % 。


2. 4. 3 預(yù)處理工藝對(duì)p~ 的影響:從圖5 可以看出,生化出水的p~ 有所提高,但相對(duì)傳統(tǒng)的鐵碳法來說,提高的幅度不很大。在預(yù)處理過程中,F(xiàn)e 被氧化成Fe2 + 。在生化段好氧曝氣的過程中,分子態(tài)的氧繼續(xù)氧化Fe2 + ,p ~得到提高?;瘜W(xué)反應(yīng)如下:4Fe2+ + O2 + H2O →4Fe3+ + 4OH-隨著Fe2 + 的氧化,pH升高。而pH的升高,又促使三價(jià)鐵沉淀:

Fe3+ + 3OH- -→Fe(OH)3↓


2.4. 4 預(yù)處理工藝對(duì)磷、硝基苯的去除:pH的升高對(duì)去除磷酸根非常有利。鐵與PO3 +4生成沉淀物。對(duì)PO3 +4的測(cè)定結(jié)果見表1 。


由表1可見,該預(yù)處理工藝有較好的除磷效果,經(jīng)生化處理后PO3 +4達(dá)到二級(jí)排放的水平。另外由表2 可見預(yù)處理對(duì)硝荃苯的去除也有很好的效果。


2. 4. 5 預(yù)處理對(duì)鐵和色度的去除:通常鐵鹽可以改善活性污泥的沉降性能。在本次試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),生物膜的固著性能大大提高,大量的生物膜固定在懸浮填料上,使曝氣池中幾乎無懸浮污泥,處理水清沏透明。經(jīng)過曝氣池,F(xiàn)e2 + 被氧化成Fe3 + ,沉淀去除。試驗(yàn)測(cè)得生化段出水總鐵離子濃度為3. 85—8. 55mg/L,滿足二級(jí)排放要求。催化鐵內(nèi)電解法具有顯著的脫色效果(見表3 )。


該化學(xué)工業(yè)區(qū)污水色度變化劇烈。2001 年下半年廢水以深桃紅色進(jìn)水較為多見,今年還經(jīng)常出現(xiàn)暗綠色、粟褐色等,但不論何種顏色,經(jīng)預(yù)處理段后色度均大大降低,特別是對(duì)桃紅色,本底顏色基本不見,生化出水僅有一點(diǎn)淡黃色。

2. 4. 6 試驗(yàn)結(jié)果討論:試驗(yàn)研究表明,催化還原鐵內(nèi)電解法+ 生化法對(duì)綜合化工廢水的處理是有效的。關(guān)于持續(xù)運(yùn)行效果問題,從試驗(yàn)結(jié)果來看,運(yùn)行一段時(shí)間后效果會(huì)更好。分析其原因是:取出部分鐵刨花觀察發(fā)現(xiàn),其表面生長(zhǎng)著一層較薄的厭氧生物膜,將鐵刨花水洗過濾后,用顯微鏡觀察過濾物,發(fā)現(xiàn)有微生物存在,表明此時(shí)的催化鐵內(nèi)電解反應(yīng)器可能不僅是單純的催化鐵內(nèi)電解反應(yīng)器,同時(shí)還成為以鐵為載體的生物厭氧反應(yīng)器,即此時(shí)系統(tǒng)已成為一個(gè)“復(fù)合反應(yīng)器”。Fe2 + 的存在可以幫助去除廢水中所含的S2 - ,在厭氧狀態(tài)下的預(yù)處理段不會(huì)產(chǎn)生H2S 氣體,所以預(yù)處理出水中S2 - 的濃度很低。試驗(yàn)至今,未發(fā)現(xiàn)催化劑和溴化十六烷基三甲胺改性的沸石的鈍化問題。因此,在生產(chǎn)實(shí)踐中陽離子表面活性劑改性的沸石和催化劑除機(jī)械損耗無大損失,不產(chǎn)生固體廢渣。只要保證鐵屑的及時(shí)投加,不會(huì)影響處理效果。預(yù)處理似乎沒有提高BOD/COD 的比值,這可能是因?yàn)槲鬯写罅繎腋∥锖湍z體粒子被混凝的原因,也可能是因?yàn)橄到y(tǒng)穩(wěn)定后,由于生化作用,部分易生化降解的有機(jī)物被降解,且還原產(chǎn)物Fe2 + 也影響COD 的測(cè)定。

催化鐵內(nèi)電解由于其原電池效應(yīng)、吸附作用、絮凝作用和厭氧作用等多方面的協(xié)同效應(yīng),對(duì)去除化學(xué)工業(yè)區(qū)污水廠的色度,降低廢水中有機(jī)物濃度效果顯著。預(yù)處理與生物處理結(jié)合對(duì)色度、COD、硝基苯、磷都有很好的去除效果,可以達(dá)到二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。但預(yù)處理無去除氨氮的能力,因此氨氮的去除必須靠生物法解決。

2.5 直接運(yùn)行成本估算:根據(jù)中試結(jié)果,對(duì)日處理5 萬m3 的污水場(chǎng)的直接運(yùn)行成本進(jìn)行了估算。計(jì)算結(jié)果:①電耗:5 萬m3/d 處理工程總裝機(jī)容量約為960 kW,正常開機(jī)容量按總裝機(jī)容量的70 % 和工業(yè)用電按0. 60 元/(kW˙h )計(jì)算,則耗電為0. 194 元/m3 。②鐵刨花:平均每m3 水耗鐵刨花量按40 g 計(jì),每噸鐵刨花按800 元計(jì)算,則鐵刨花費(fèi)為0. 032 元/m3 。兩者合計(jì)0. 226 元/m3 。

3 結(jié)語

(1 )催化鐵內(nèi)電解法作為預(yù)處理可以改善廢水的可生化性,提高全流程的處理效率。本文所介紹的混合化工廢水處理中試工藝流程,COD 的去除率達(dá)78. 3 % ,BOD 的去除率達(dá)94. 1 % ,出水COD 平均值為70. 5 mg/L,達(dá)到了出水水質(zhì)要求。(2 )試驗(yàn)表明:催化鐵內(nèi)電解預(yù)處理對(duì)生化處理有抑制作用的硝基苯的去除率可達(dá)70 % —80 % ;降低色度的效果好;具有除磷功能,PO3 -4可達(dá)到小于1. 0 mg/L 的水平。(3)鐵鹽的存在對(duì)后續(xù)生化工藝有利,可大大改善活性污泥的沉降性能以及生物膜的固著性能。(4 )催化鐵內(nèi)電解法預(yù)處理化學(xué)工業(yè)區(qū)廢水是經(jīng)濟(jì)且有效的。


來源:《給水排水》  作者:徐文英等 

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