论水解酸化-PACT/SBR工艺处理光敏剂化工废水研究与工程实践
目录
1 分流处理与分散预处理
2 综合废水处理试验研究
2•1 水质特征综合
2•2 试验方法和结果
3 综合废水处理工程
3•1 设计基础
3•2 废水处理工艺
3•3 运行结果和讨论
4 结语
关键词 光敏剂化工废水 水解酸化 PACT/SBR
化学除磷天津某光敏剂化工厂废水中含羧酸、酰胺、酰卤、硫醇、硫醚、芳烃等有机原材料,含苯、石油醚、二氯乙烷、苯胺等有机溶剂以及PCl3,AlCl3,NaOH,NaCl等无机物,COD 3 000~6 000 mg/L,BOD/COD<0•1,NaCl 2•5%~3•3%。该企业已建有主体工艺为混凝沉淀-生物接触氧化-活性炭吸附的污水处理系统,在运转过程中无微生物生长,曝气时大量释放臭气。2001年,对该企业废水产生过程实地考察发现,不同车间排放的废水具有迥然不同的性质。因此,本研究提出“分流处理+分散预处理+综合处理”的废水处理技术路线,并在实验室对“综合处理”工艺进行了试验研究,根据研究成果对原有废水处理工艺进行了设计和改造,经8个月的生产调试和运转,改造工程实现了达标排放。
1 分流处理与分散预处理
1•1 含盐废水的分流处理光敏剂废水中NaCl来自卤代烃的碱解、产品精制和洗涤过程,浓度和产生量分别为33%和3•6m3/d,20%和4 m3/d,8%和5 m3/d。根据含盐废水浓度高且相对集中的特点,可利用生产中排放的热蒸汽对碱解和精制废水进行加热浓缩和高温灼烧无害化处理,灼烧后的固体NaCl含量>95%。而将NaCl浓度相对较低的洗涤废水直接排入调节池,此时综合废水NaCl浓度降至0•4%~0•6%。
1•2 含硫生产废水的分散预处理含硫生产废水中有大量硫醚、硫醇类物质,臭味很重,外观呈黑色。为了消除易挥发硫醚、硫醇对环境的影响,本研究采用氯氧化法处理该车间废水,使之转化为较难挥发的磺酸,通过煤渣吸附后排入调节池与其他废水混合。预处理后的生产废水外观呈肉红色,COD从15 000 mg/L左右下降到4 000~6 000 mg/L。吸附了有机物的煤渣拌在煤中,通过燃烧实现无害化处理。
2 综合废水处理试验研究
2•1 水质特征综合废水包括水冲泵废水、经过氧化预处理的含硫生产废水以及其他生产废水、地面冲洗水、厂区生活污水等。2001年9月和11月对综合废水的生化能力和处理效果进行了两次实验室启动和运行试验研究,水质见表1。从表1可知,综合废水的水质并不稳定,但经过分流和分散预处理后该废水含盐量<0•6%,BOD/COD>0•25,显著提高废水的可生化性。
2•2 试验方法和结果
试验方法用石灰调废水pH为7~8,此时有白色絮状沉淀产生,沉淀分离后上清液用于生化降解性能研究。生化系统采用SBR技术,反应器有效容积2 L,周期为12 h。运行工况:曝气10 h,沉淀排水闲置2 h,SBR充水比为0•5。启动时污泥浓度MLSS=3~4 g/L。
试验结果生物接种试验结果见表2。表中数据说明该废水含有部分较难生物降解甚至对微生物有害的物质,但驯化后的污泥具有良好的耐污、耐盐能力,稳定运行时活性污泥中有钟虫、轮虫等出现,污泥产率系数为0•05~0•08 kgMLSS/(kgCOD•d)。同时结果还表明,该废水直接生化处理很难实现达标排放。2•2•3 生化过程中磷的变化光敏剂化工废水中含有以非磷酸盐或聚合磷酸盐形式存在的含磷化合物(PCl3或有机磷)。随着生化反应的进行,磷酸盐浓度逐渐增加,见图1。从图1中可以看出,生化反应可以促进PCl3或以其他形式存在的磷的有效磷酸化,这种转化为磷的化学处理创造了有利条件。2•2•4 提高污水处理效果的强化措施(1)设置水解酸化池:通过预处理和分散处理后,综合废水的BOD/COD已从原来的0•1增加至0•25以上。为了进一步提高废水的可生化性和系统抗冲击能力,于2001年11月在实验室对废水进行了水解酸化试验。结果表明当水解酸化池中MLSS=15~19 g/L,HRT=6 h时,水样通过水解酸化池后COD下降25%~36%,此时BOD/COD从0•26提高到了0•37,废水的可生化性得到显著提高。图1 某周期废水中磷的历时变化 (2)采用PACT/SBR技术:为了提高处理系统对废水中较难甚至根本不能生物降解有机物的去除能力,在二级SBR反应池中投加粉末活性炭(PAC),即采用PACT/SBR技术。试验发现每三天投加一次PAC,每次投加1 g PAC,可使出水COD≤150mg/L,且污泥的沉淀性能以及出水透明度等感观性状指标也得到了明显改善。(3)化学混凝强化除磷:光敏剂废水生物降解过程中污泥产率只有0•05~0•08 kgMLSS/(kgCOD•d),不能满足生物除磷技术的要求。为此,本研究采用“石灰乳+Al3++PAM”化学混凝的方法除磷。试验发现,控制混凝系统pH=10•5~11时可以保证出水PO3+4<1 mg/L。
3 综合废水处理工程
3•1 设计基础
设计水质、水量水质:COD=2 500~4 000 mg/L,BOD=625~率0•4%~0•6%。水量:近期100 m3/d。
处理要求根据受纳水体和当地环保部门的要求,废水排放标准执行《污水综合排放标准》(GB8978-96)二级标准,即COD≤150 mg/L,磷酸盐≤1 mg/L。同时根据业主要求,污水处理系统不能对周边环境产生恶臭,工程设计和改造应尽可能利用原有设备。
3•2 废水处理工艺
工艺流程废水处理改造工程的工艺流程见图2。图2 综合废水处理工艺流程
改造工艺特点和设计参数(1)吹脱池,3 000 mm×2 000 mm×4 000 mm,新建。底部安装泵式水下曝气机1台(SBQ-I/2),顶部加盖并通过设在盖顶上的风管及风机将逸出气体抽送至臭气吸附池进行处理。(2)臭气吸附池,2 000 mm×2 000 mm×3 000mm,新建。参照重庆市某污水处理厂臭气吸附装置设计,见图3。具有异味的气体以物理及物理化学方式吸附在木炭、活性炭以及锯木屑、树皮上并发生化学或生物化学氧化转化,最终达到去除臭气的目的。实践表明,臭气吸附池的设置显著减少了化工废水曝气过程溢散气体对周边环境的影响。(3)水解酸化池,水解Ⅰ池3 000 mm×3 000mm×4 000 mm,新建;水解Ⅱ池7 000 mm×5 000mm×4 000 mm,原有。水解Ⅰ池中安装LJF-2400/Ⅲ型的搅拌器进行泥水混合;水解Ⅱ池则主要利用进水紊动促进泥水接触,池中污泥浓度较高,约占1/4~1/3池容。Ⅰ池,Ⅱ池相对隔离可以使吹脱池导入的DO完全消耗在Ⅰ池中,从而为Ⅱ池创图3 臭气吸附池工艺布置示意造相对缺氧的条件。为了弄清废水水解前后有机物种类的变化,分别用苯和CH2Cl2作萃取剂萃取水解池进、出水,然后用气相色谱仪测试,发现通过水解池后极性有机物种类增加,而非极性有机物减少,说明水解池有利于提高废水有机成分的亲水性,对提高后续生物处理效果有利。(4)混凝沉淀池,4 500 mm×3 300 mm×3 800mm,原有。混凝沉淀的目的主要是减少废水中Al3+,否则在后续曝气过程中将产生大量胶状物并悬浮在表面,导致污泥流失,严重影响废水处理效果;另外,混凝过程还可以调节水解废水的pH并去除部分SS及难降解有机物。工程调试结果表明pH控制在7~8为佳。(5)一级SBR池,8 000 mm×3 300 mm×3 800mm,原有。采用活性污泥法与生物膜法相结合,池的中部挂半软性填料。该反应器中设泵式水下曝气机2台(SBQ-Ⅰ/3)以及排水泵2台(WQ60-13-4)。SBR周期运行工况为:闲置1 h,进水1 h,曝气4 h,沉淀1 h,排水1 h。(6)二级SBR反应池,7 000 mm×3 300 mm×3 800 mm,改建。采用PACT-SBR技术,调试发现每三天投加一袋(25 kg)粉末活性炭可使出水COD稳定达到二级排放标准,同时污泥也具有良好的沉降性能,SVI≤100。该反应器设泵式水下曝气机2台(SBQ-Ⅰ/3),并在1/2和1/3水深处分别设置排水泵(WQ25-8-1•5) 1台。SBR周期运行工况为:闲置1 h,进水1 h,曝气3 h, 沉淀1 h,排水2 h。(7)除磷池,2 900 mm×2 900 mm×2 800 mm,原有。通过管道静态混合器(新增)投加石灰乳,当除磷池出水pH为10•8~11•2时,混凝池可以获得良好除磷和沉淀效果,出水水质甚至达到了一级排放标准的要求;如果pH≤10•4,絮凝沉淀效果差,泥水分离困难。(8)中和池,3 100 mm×2 050 mm×2 100 mm,原有;活性炭吸附塔,Φ1 600 mm,高3 200 mm,原有。如果除磷池出水水质都达到
的预期目标,那么用工业废HCl调节出水pH为6~9就可以直接排放;如果COD,PO3+4等指标不能达到预期目标时则需通过活性炭吸附塔,但此时应将除磷池出水pH调至5~6。实际上,在为期8个月的生产性调试运转过程中都不曾使用活性炭吸附塔。
3•3 运行结果和讨论
主要处理单元运行效果工程调试时接种污泥来自天津市东郊污水处理厂。根据水质利用鸡粪来调配培养液,待污泥性能稳定后再按10%比例递增的方式逐渐增加工业废水并减少鸡粪投加量,最后全部以工业废水作为处理对象。这一过程经过了约5个月。系统运行稳定时污泥中有等枝虫及少量轮虫、旋轮虫。2002年10月该工程通过了环境监测验收。表3反映了稳定运行阶段不同构筑物对污染物的去除能力。
设计和运行中存在的问题(1)曝气方式:泵式水下曝气机产生的空气泡细微,充氧效率高,在实际运行过程中使用1台即可满足需要。但这种曝气方式产生的细微气泡对菌胶团絮体生长不利,SBR出水较浑浊。(2)PACT-SBR系统:在工程调试过程中发现,当水温低于12~15℃时,加入的粉末活性炭较难融入(附着)菌胶团中而随排放水溢出。因此,建议低温运行时不投加粉末活性炭,为了保证处理效果可提高污泥浓度(至5~6 g/L)降低污泥负荷。(3)水解Ⅰ池:在工程调试过程中水解Ⅰ池的污泥浓度逐渐下降,经过5个月的运转已从启动初期的25 g/L左右下降至10 g/L左右,而水解Ⅱ池的污泥浓度则相对稳定。这种现象说明原废水中含有对微生物生长有害甚至能导致污泥解体的化学物质,而这部分物质的毒性在水解Ⅰ池中得到削弱。为了维持水解Ⅰ池具有相对较高的污泥浓度并保持较高的解毒功效,必须在水解Ⅰ池中适当补充污泥。
4 结语
从实验室研究和工程调试结果来看,用“分流处理+分散预处理+综合处理”的技术路线,采用水解酸化-PACT/SBR生物处理技术对高含盐、难生物降解的光敏剂化工废水进行处理是可行的,本改造工程具有如下显著特点:(1)对含有大量易挥发刺激性物质的化工废水设置单独的气体吹脱池有利于对臭气的收集和处理,可以减少废水处理过程对周边空气环境的污染。(2)设置两个相对独立的水解池可提高水解微生物的耐污解毒能力,强化水解酸化效果,色谱分析表明通过水解池后废水中极性有机物增加,非极性有机物减少;废水BOD/COD从0•26提高到0•37。(3)根据水质特性有针对性地将污水处理新技术、新方法融合在传统污水处理系统中进行现有污水处理厂的改造,可以在低投入的情况下获得良好的处理效果。试验结果表明,水解酸化-PACT/SBR工艺对富含难降解有机物的化工废水具有良好的去除能力,当进水COD=2 500~4 000 mg/L时,出水COD<150 mg/L,达到了设计要求。(4)对高含盐废水进行分散处理,既可以回收副产品,又可以降低综合废水中NaCl的含量。实践表明,这种高含盐废水的处理方法是简单且可行的。※作者通讯处:400045重庆大学城市建设与环境工程学院 电话:(023)66961892 E-mail:jfyclmyz@cta•cq•cn 修回日期:2003-7-22WATER &WASTEWATER ENGINEERING
提要 在对光敏剂化工废水产生状况的现场调查和成分分析的基础上提出了对高含盐废水分流处理、对生产废水分散预处理和对综合废水集中达标处理的技术路线。在实验室研究基础上提出了“水解酸化-PACT/SBR生物处理技术-化学除磷”的综合废水处理工艺,并依此对厂内现有废水处理系统进行了工程改造。结果表明提出的技术路线和处理工艺对成分复杂、盐浓度高的光敏剂化工废水的处理是可行的,当进水COD为2 500~4 000 mg/L时,出水COD<150 mg/L,达到了《污水综合排放标准》(GB8978-96)的二级标准。
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