某化工廠綜合高濃度廢水的處理工藝方案研究

楊維星 王鉦文

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高濃度有機廢水的治理是現階段國內外環保技術領域亟待解決的一個難題。有機化工廢水污染物濃度高、毒性大、可生化性差,因此一般很難進行生物處理。特別是有些有機廢水COD高達幾萬至幾十萬毫克升,成分復雜,我們將稱之為高濃度有機廢水,常規方法幾乎不能用來直接處理。高濃度有機廢水主要來自化工行業,如含有機磷、酚的農藥廢水;含酸、堿、鹽、高色度的染料顏料廢水等。

1 高濃度有機化工廢水水質特點及危害

(1)有機物濃度高,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)成分復雜,含有毒性物質:廢水中有機物以芳香族化合物和雜環化合物居多,往往還含有生產原料、半成品、副反應產物和多種無機鹽,成分復雜。廢水中還多含有硫化物、氮化物、重金屬和有毒有機物。(3)色度高,有異味:一般來說,高濃度有機廢水色度在幾百倍以上,有的甚至達到幾萬倍。有些廢水散發出刺鼻的惡臭,給周圍環境造成不良影響。(4)具有強酸強堿性:工業產生的高濃度有機廢水,酸、堿、鹽類眾多,往往具有強酸、堿性。(5)需氧性危害:由于生物降解作用,高濃度有機廢水會使受納水體缺氧甚至厭氧,多數水生物將死亡,并產生惡臭,惡化水質和環境。(6)感觀性污染:高濃度有機廢水會造成受納水體變黑臭,不但是水體失去使用價值,更嚴重影響人居環境。(7)致毒性危害:高濃度有機廢水中含有大量有毒有機物,會在水體、土壤等自然環境中不斷累積、儲存,然后通過食物鏈作用進入生物體并逐漸富集,最后進入人體,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(有機玻璃)、攪拌器(D90-2F 90 W,4000 r/min)、好氧桶、曝氣器(增氧機)、曝氣頭、水桶(5個)、水泵(HQB-3900)、空氣壓縮機、臭氧發生器(CF-G-3-20g型)、臭氧+活性炭反應柱裝置(有機玻璃管高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連續運行的反應裝置及工藝流程

3 高濃度廢水工藝流程探索優化實驗

3.1 綜合高濃度廢水成分及水質分析 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焦爐氣PSA 裝置脫脫萘再生廢水、GBL廢水、V-3410酯類側有機廢水、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+臭氧發生器+有機玻璃反應柱

高濃度廢水的水質有以下幾個特點:

*廢水的成分復雜、有機污染物種類繁多,亦夾帶有部分無機物和揮發性氣體

*有機物濃度非常高,其CODcr濃度高達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堿性廢水(PH 值9-11之間)

3.2 探究溫度對厭氧反應的影響實驗 在一級厭氧裝置、二級厭氧裝置中分別采用2個恒溫棒,控制反應裝置的溫度,監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

★數據分析:在32℃-35℃的溫度環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 連續反應裝置的實驗 連續反應裝置即: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1個月監測的實驗數據:

在連續反應裝置中(一級厭氧+二級厭氧+一級好氧),每天給一級厭氧進預處理后的綜合廢水1L:

表3-2 連續反應裝置每天進水1L的實驗數據

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

3.4 臭氧和曝氣預處理綜合廢水對比實驗 在臭氧反應柱中綜合廢水曝氣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 預處理方式對比實驗

★數據分析: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的預處理方法。

表3-4 綜合廢水曝氣1h極限好氧

★數據分析: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處理方法。

3.5 厭氧上清液和好氧上清液高級化學氧化對比實驗 此處的厭氧上清液是連續反應裝置二級厭氧的上清液,好氧上清液是連續裝置一級好氧的上清液,進行高級化學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

★數據分析:從以上數據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氧化后極限好氧除去率高,去除效果明顯。所以高級化學氧化應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 經過六個月的研究性實驗,通過對實驗數據整理和分析,綜合考慮技術可行,經濟合理的原則,確定了廢水實驗優化工藝流程:

首先綜合高濃度廢水充分混合調節PH 值至7左右,在生化反應過程中溫度控制在30℃-35℃的環境下,進行曝氣1h的吹脫預處理(去除一些揮發性有機物),然后廢水依次經過一級厭氧、二級厭氧、一級好氧,再經高級化學氧化(臭氧+活性炭裝置)后進行二級好氧,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92%以上。

附工藝流程圖:

圖3 -2工藝流程圖

4 結論及建議

(1)實驗表明,本實驗中的臭氧+活性炭組合的高級化學氧化處理高濃度廢水效果較好,能使難降解的大分子有機物分解成小分子可降解的物質,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物和有害物質;

(2)在曝氣之前,綜合高濃度廢水PH值太高9-11應先中和調節至7左右,再進行曝氣效果會更好。在曝氣中主要吹脫的是一些揮發性有機物(主要是甲醛、丁烯醛等醛類物質);

(3)厭氧反應的最適溫度控制在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物充分混合(采用低速攪拌)可以提高容積負荷;

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

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

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