保险粉废水处理工艺

2017-03-15 09:59:36 2

  保险粉是一种强还原剂,广泛应用于纺织工业的还原性染色、还原清洗、漂白以及有机合成、木浆造纸等领域〔1〕。20世纪90年代后,随着保险粉制备新工艺在中国的形成与成熟,以及纺织工业的迅速发展,我国保险粉生产能力得到迅猛提高〔2〕,成为保险粉出口大国。目前,全国保险粉年产量大约40万t。而每生产1 t保险粉需排放盐析废水8 t〔3〕,废水排放量急剧增大。保险粉产业排放的废水的COD高达105 mg/L以上,且污染物种类繁多,主要包括甲酸钠、焦亚硫酸钠、二氧化硫、甲醇和环氧乙烷等,此外还含有甲酸甲酯、Bunte 盐、亚硫酸钠等副产物〔2〕,其水质的物化性质较特殊,可生化性差,处理难度大。目前,对保险粉废水的处理主要采用物化手段,如化学氧化、酶催化氧化、光催化氧化、混凝Fenton法等〔2, 3, 4, 5, 6〕。采用上述方法处理保险粉废水,存在很多不足,如操作过程较为复杂;处理费用偏高;处理后出水COD高,难以达到排放标准要求等。厌氧—好氧串联工艺已广泛应用于各种难生物降解的化工废水的处理,并取得了较好的处理效果〔7〕,但鲜有将其应用于保险粉废水的处理。

  对此,本研究采用预处理—厌氧—两级SBR生物组合工艺处理此类废水。该组合工艺具有运行简单,实用性强的特点,能够一次性解决该类废水的处理难题。本研究通过试验重点考察了组合工艺各工序段对保险粉废水中COD的去除效果,以期为保险粉废水处理的实际工程设计提供参考。

  1 试验材料与方法

  1.1 废水水质

  试验用水取自株洲某保险粉生产厂排放的废水,其水质:pH 5.80~6.02,COD 12 800~22 400 mg/L,SS 400 mg/L,氨氮 0.45 mg/L,硫化物13.6 mg/L,TOC 8 185~8 849 mg/L,总铁4.5~6.8 mg/L。

  1.2 试验方法

  试验采用ASBR、两级SBR反应器,试验流程如图 1 所示。

 图 1 试验流程

  1.2.1 保险粉废水的预处理

  保险粉废水可生化性差,主要是由于其中的低价硫化物、硫醇、亚铁等对生化系统有一定的毒害作用〔8〕 ,从而制约了生化处理的效果。本研究采用适度氧化结合混凝沉淀对废水进行减毒预处理,为后续生化系统提供良好的基质。

  1.2.2 厌氧处理

  厌氧处理系统为ASBR反应器,采用有效容积为3.5L的玻璃容器,置于(35±1)℃恒温培养箱中,每次换水用氮气进行厌氧保护。向厌氧进水中投加碳酸氢钠调节pH在6.5~7.5之间,按照m(COD)∶m(N)∶m(P)=200∶5∶1以NH4Cl、Na2HPO4补充氮源与磷源,以氯化铁、硫酸铜、碘化钾、硫酸锰、氯化钴、硫酸锌等配制的混合液提供微量元素。厌氧反应工艺程序控制为充水0.5h,反应22h,沉淀0.5h,排水、排泥和闲置1h。厌氧处理分3个阶段进行,驯化期、负荷提高期和稳定期。接种来自于湘潭河西污水处理厂的颗粒污泥进行驯化。驯化阶段,采用集中进水方式,废水中按比例投加一定量的葡萄糖作为碳源,并逐步增加废水在进水中的比例直到污泥完全适应废水。驯化期结束,增加系统进水COD,研究该系统合理的污泥运行负荷。在最佳负荷条件下,该系统进入稳定期,连续运行20个周期,考察该系统对废水中COD 的去除效果。

  1.2.3 两级SBR处理

  采用两级SBR,即第1级 SBR、第2级 SBR串联运行处理厌氧反应器出水。该串联反应器在室温下运行,接种的活性污泥来自某污水处理厂,单个反应器为有效容积2L的玻璃容器,装置内加微孔曝气头,各阶段均采用瞬时进水、瞬时出水。

  第1级SBR进水由厌氧反应器出水提供,第1级SBR出水作为第2级SBR进水。在厌氧反应器进入稳定运行期,相应的两级SBR运行稳定后,对两级SBR工艺参数进行优化配置。试验确定第1级 SBR和第2级SBR的充水比分别为0.8和0.6,通过适当的排泥保持第1级 SBR污泥质量浓度为5 000 mg/L,第2级SBR控制污泥质量浓度为3 000 mg/L。

  1.3 分析方法

  COD:重铬酸钾法(GB 1194—1989);BOD5:稀释与接种法(HJ 505—1989);pH:电极法;氨氮:纳氏试剂分光光度法(HJ 535—2009);SS:重量法(GB 11901—1989);硫化物:气相分子吸收光谱法(HJ/T 200—2005);TOC:燃烧氧化—非分散红外吸收法(HJ 501—2009);总铁:原子吸收分光光度法(GB11911—1989)。

  2 结果与讨论

  2.1 保险粉废水的减毒预处理

  采用自然氧化、曝气氧化、H2O2氧化结合投加PAC混凝3种方式对保险粉废水进行减毒预处理,结果见表 1。

  从表 1可以看出,采用H2O2氧化,废水中COD的去除率最高,且用时最短。通过氧化,废水中的亚铁离子大部分转化为三价铁离子,再通过投加混凝剂PAC,去除废水中的铁。废水经预处理后,大部分的有毒物质得以去除,可生化性明显提高。经H2O2氧化混凝后的废水的BOD5/COD由0.27提高到0.48,水质得到明显改善,为后续的生物处理创造了有利的条件。

  2.2 厌氧处理结果分析

  ASBR中废水COD在污泥驯化期(1~20 d)、负荷提高期(20~200 d)、稳定期(200~220 d)的变化如图 2所示。

  从图 2可以看出,在整个驯化期,反应器进水COD平均为640 mg/L,平均出水COD降为260 mg/L,COD去除率在前期较高,整体呈下降趋势,由73%降到58%。在驯化过程中,随着废水在进水中比例的提高,微生物对较高浓度污染物的适应需要更长时间,因此COD处理效率有所降低。

图 2 厌氧反应COD去除效果

  负荷提高阶段(20~200 d),由于提高了废水在进水中的比例,相应的系统的COD污泥负荷增大。进水COD由790 mg/L提高到13 547 mg/L,相应的COD污泥负荷(以VSS计,下同)由0.04 kg/(kg·d)提高到0.68 kg/(kg·d)。30~70 d的周期内,厌氧反应器对COD的去除率较不稳定,可见厌氧系统对水质波动较敏感。通过微生物的不断适应,在78~170 d,反应器对COD的去除率平均可维持在71%,且当COD污泥负荷为0.4 kg/(kg·d)(第156天)时,COD的去除率达到最大,为75%。继续增加进水COD,反应器对COD的去除效果降低;当COD污泥负荷提高到0.55 kg/(kg·d)(第178天)以上时,反应器开始出现跑泥现象,系统酸化,出水黏稠,COD去除率也随之下降到58%。因此,厌氧反应器的COD污泥负荷应维持在0.50 kg/(kg·d)左右,以保证系统的最佳处理效果。

  经过10 d的调节适应,系统进入稳定期(200~220 d),连续运行20 d,控制进水COD在10 277 mg/L左右,系统出水COD降为3 200 mg/L,稳定期的平均COD去除率上升到69%。试验结果表明,厌氧作用对废水COD的去除有良好的效果。

  2.3 两级 SBR处理结果分析

  2.3.1 两级SBR对COD的去除效果

  图 3、图 4分别给出了第1级SBR和第2级SBR中的废水COD随时间的变化。

 图 3 第1级SBR对COD的去除效果

  试验结果表明,在第1级 SBR负荷提升期(20~210 d),在20~170 d时进水COD由463 mg/L逐渐增加至2 879 mg/L,该系统对COD的去除率在60%左右浮动。当厌氧反应器COD污泥负荷达到0.55 kg/(kg·d)以上,厌氧出水COD达到4 700 mg/L(第178天)时,第1级SBR在178~190 d的COD去除率仍维持在52%,可见该系统发挥了较好稳定水质的作用。进入稳定期(210~230 d)后,第1级SBR进水COD达3 200 mg/L左右,出水COD维持在1 500 mg/L左右,COD去除率稳定在53%。第2级 SBR进水COD从126 mg/L提高至1 000 mg/L时,随着微生物对废水不断的适应,系统COD去除率有所提高,保持在70%以上。当进水COD突然增加到1 732 mg/L(第180天)时,COD去除率仍达到87%。稳定期时,第2级 SBR的平均进水COD为1 000 mg/L,出水COD降为100 mg/L左右。

 图 4 第2级SBR对COD的去除效果

  在两级SBR组合工艺中,单独任一工序段都无法达到COD的高效去除。第1级SBR在稳定期的COD去除率较低(53%),与第1级SBR相比,第2级SBR对底物的降解利用能力明显提高,稳定后的COD去除率平均可达89%,可见第1级SBR缓冲了大量的不利冲击,缓解了第2级SBR的处理压力。

  2.3.2 两级SBR反应时间对COD去除效果的影响

  反应时间作为重要的工艺参数对COD的去除有一定的影响。在两级SBR不同进水水质条件下,每隔1h测定1次出水COD,研究反应时间对COD去除效果的影响,结果如图 5所示。

 图 5 COD去除随时间的变化

  由图 5可以看出,2个反应器在曝气前段时间(0~5h),对COD的去除都较快;5h后,对COD的去除变得缓慢。第1级SBR、第2级SBR分别在曝气11、8h后,出水COD基本保持稳定。因此,设置第1级SBR、第2级SBR的反应周期分别为12、9h,瞬时进出水、沉淀、闲置1h,以达到最佳的COD去除效果。具体参见污水技术资料更多相关技术文档。

  2.4 组合工艺各工序段对COD的去除效果

  组合工艺各工序段对COD的去除效果见表 2。

  3 结论

  (1)采用H2O2氧化加混凝对保险粉废水进行预处理效果最佳,废水的BOD5/COD可由0.27提升到0.48,COD去除率可达15.6%。

  (2)厌氧反应器最佳运行条件:保持进水COD 在10 277 mg/L左右,COD污泥负荷保持在0.5 kg/(kg·d),此条件下COD去除率可达到69%。

  (3)当两级SBR反应曝气时间分别为11、8h,周期分别设置为12、9h时,COD去除率可分别达到53%、89%,总COD去除率可达97%。

  (4)预处理—厌氧—两级SBR组合工艺对保险粉废水有良好的处理效果,总COD去除率可达98%,出水水质达到《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)的二级标准。

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