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某乳饮料公司建于1996年,主要生产奶制品及风味茶、果汁等乳饮料产品。近年来,随着乳饮料行业的发展,该公司生产规模逐渐增大,原有的废水处理站已不能满足公司现有污水量及污水排放标准的要求。因此,该公司决定对废水处理站进行改扩建。该废水处理站的处理水主要为生产废水,在乳饮料生产过程中设备的清洗、消毒等会产生一定量的废水。废水中主要的污染物质为有机污染物(蛋白质、糖类)及酸、碱污染物,不含重金属物质及有机有毒物质。该公司原废水处理站建于1997年,设计处理能力为1600m3/d,设计进水COD为800mg/L,设计出水水质满足《污水综合排放标准》(GB8978—1996)的一级标准。现阶段,随着生产规模的壮大,生产厂区内污水量已达到3500m3/d,废水处理站进水COD也远超过了800mg/L的设计指标。为满足实际需求,该公司按照进水COD为2500mg/L,BOD5为1000mg/L,日处理量为3500m3,设计变化系数为1.35,并在充分利用原有构筑物的基础上,对一期废水处理站进行了扩容改造设计,确保出水水质满足《污水综合排放标准》(GB8978—1996)的一级标准。
2原处理工艺及存在问题
(1)未设计调节池。由于未设计调节池,车间排放的废水无法有效地实现酸碱调节、水质调节,致使生化系统内微生物生长受到很大冲击,无法实现废水处理站的稳定运行。
(2)未设计预处理系统。一般饮料废水经过加药气浮预处理后可去除20%~40%的污染物质,由于未设计预处理系统,导致后续设施处理压力过大。
(3)污水直接进行好氧处理。好氧过程对中高浓度废水的处理能力有限,目前车间排水COD平均为2500mg/L,应在好氧处理之前,先对废水中的大分子有机物质进行水解酸化,以提高废水的可生化性,同时也可降解一部分COD。
(4)最后的泥水分离采用气浮池进行分离,无法实现有效的污泥回流。气浮系统年久失修,泥水分离效果差,出水悬浮物浓度较高,且污泥处理采用污泥干化,已不适应环保要求。
(5)现有生化池内填料腐烂严重,部分曝气盘破损,严重影响了生化池处理效率,需要进行更换。
(6)3座接触氧化池深度不一,而所配置的3台风机升压相同,匹配不合理,且风机使用已过报废年限,噪声极大。
3扩容改造后的工艺流程及说明
该废水处理站扩容改造可利用场地面积有限,且改造工程要求各构筑物之间连接顺畅,尽量减少水流损失,确保高程布局合理。厂区污水经收集后先进入格栅渠,以去除废水中的固体漂浮物和悬浮物,然后自流进入集水井,经自吸泵提升,进入调节池。为了防止由于水中悬浮物在调节池中沉淀而影响调节池的运行,调节池中设有穿孔曝气管对其进行定期搅拌。调节池出水经泵提升进入气浮设备。废水在气浮装置中除去大量的悬浮物和油类物质后,自流进入中间水池,随后经泵提升至水解酸化池,污水中的部分有机污染物得以降解,并且污水的可生化性也得到改善。水解酸化池出水自流进入生物接触氧化池进行好氧生物处理,然后进入二沉池,经泥水分离后进入排放口。二沉池产生的剩余污泥大部分排入污泥浓缩池,同时设置有污泥回流管道,需要时可将剩余污泥回流至水解酸化池。气浮系统产生的浮渣亦排入污泥浓缩池内。浓缩后的污泥使用带式压滤机脱水,脱水后的污泥外运处理。污泥浓缩池上清液及带式压滤机滤液、反冲洗水回集水井。
4改造的构筑物和设备
4.1新建调节池
新建调节池1座。为更好地均化水质和水量,在距离池底25cm处架设环形穿孔曝气管,管子两侧45度角打孔,孔径为5mm,孔间距为150mm。新增鼓风机,通过曝气使调节池内废水充分搅拌均匀,且有利于部分消毒剂的氧化。同时,新增酸碱加药装置和pH控制仪,有效控制调节池出水pH。加药装置采用一体式加药系统,加药罐为PE材质,有效容积为1m3。配2台机械隔膜计量泵,1用1备。
4.2气浮系统的更换
原气浮系统设置在生化处理之后,且投入使用已经10多年,池体多处腐蚀,溶气系统和刮渣机均无法正常使用。将原有2套50m3/h的气浮系统拆除,新购置2套100m3/h的气浮处理系统。每套气浮系统配置一体化加药装置2台,分别投加聚合氯化铝和聚丙烯酰胺。
4.3原生化系统的改造
原生化系统内的填料已塌陷,曝气头大部分破损,此次改造,更换了填料和曝气头。1997年所建设的生化水池,墙壁未做牛腿,填料主支撑采用角钢固定在池壁上,横向支撑采用塑料绳,此次改造,使用不锈钢槽钢做立柱以代替牛腿与池底固定,避免墙体因受填料拉伸而发生断裂;主支撑采用10#槽钢,间距1.8m布置,横向支撑采用8#圆钢,间距150mm,代替塑料绳。塑料绳为柔性承接,横向支撑若采用塑料绳,经水浸泡将很快发生断裂,导致填料漂浮,失去效用;而采用圆钢作为填料的支撑件,不易断裂,将大大提高填料的使用寿命。原有3座生化池的池深不一,所配风机却为同一型号,此次改造,对应各个生化水池的深度,单独配置风机,并在生化池池底间距650mm均布微孔曝气头KB215。
4.4新建生化系统
1套新建1套有效容积为1230m3的接触氧化池,与原有生化系统相连,以增大接触氧化池水力停留时间。新建接触氧化池池壁设置牛腿,填料支架主支撑搭设在牛腿上,主支撑及立柱均采用10#槽钢,间距1.8m布置,横向支撑采用8#圆钢。池底间距650mm均布微孔曝气头KB215,通过鼓风机实现充氧。
4.5新增二沉池及污泥处理设施
新增辐流式二沉池1座,配置中心传动刮泥机1台,中心进水,周边出水,在池底预留排泥管道,通过污泥自吸泵将二沉池的剩余污泥,一部分按需要回流至水解酸化池,大部分排至污泥浓缩池。原有的污泥干化池拆除,新建污泥浓缩池1座,配置框式搅拌机1台。因气浮系统产生的浮渣质轻,生化系统产生的污泥与浮渣无法有限混合,通过框式搅拌机可将两者混合。采用污泥自吸泵将污泥池污泥抽入带压处理系统,配置2m带压系统1套,1m带压系统1套,2套压泥系统可以根据实际需求,切换操作。带压系统的反冲洗水使用二沉池出水。
5系统运行效果及成本分析
本工程废水处理站总装机功率为397.45kW,运行功率为180kW,处理每吨水耗电1.23kW•h,电费按0.6元/(kW•h)计,则处理每吨废水电费为0.74元。配备操作工2名,工资按3000元/(人•月),则处理每吨水人工费为0.06元。本工艺需要投加片碱、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺,每日药剂费为1000元,则处理每吨水药剂费为0.29元。本废水处理系统直接运行费用为1.09元/t。
6结论
(1)采用“气浮+A/O”工艺可以较好地处理乳饮料废水。
(2)改造工程要特别注重整体构筑物的衔接,尽量减少水流阻力,合理利用原有构筑物及设备。
1.1物化处理
物化处理法主要包括萃取法、蒸馏蒸发法、混凝、气浮、吸附等。这些技术主要处于实验室研究阶段,并且相应的研究对废水中某些污染物质具有较好去除效果,这些定向性去除功能也限制了它们的工业应用。杜慧玲等和拜耳公司的研究表明萃取法对促进剂废水定有机物达到较好的去除效果,但是没有改变废水的含盐量,并且萃取剂用量大,带来二次污染等。蒸馏蒸发能著降低废水中的无机盐和有机物含量,但该方法消耗能量大,运行费用高,适合处理高含盐量同时水量较小的废水。絮凝试验表明常规絮凝剂直接处理高浓度促进剂废水效果都很差,硅藻土复配混凝剂虽然明显改善了混凝预处理促进剂废水的效果,但是这种混凝剂较难制得。吸附法对于常规生物和化学氧化都难以氧化降解的溶解性有机物的去除效果较好。研究发现常用吸附剂活性炭对低COD浓度的废水吸附效果较好,且由于价格昂贵,对高浓度的废水作预处理不经济,一般作为后续处理控制出水指标。
1.2化学处理
化学处理方法主要包括化学沉淀、化学氧化和微电解等。化学氧化通常是以氧化剂对废水中的有机污染物进行氧化降解和去除的方法。常用的几种氧化剂有Fenton试剂、氯氧化剂以及臭氧等。研究发现这些氧化剂对COD的去除能力不高,并且试剂的投加量较大,运行费用很高,而且臭氧氧化后会产生大量副产物。铁碳微电解工艺简单,可达到”以废治废”的目的。但是该方法的缺点是反应前后均需要调节pH,反应后产生大量铁泥需要处置,导致处理成本较高。因此,铁碳微电解一般与其他处理技术如混凝、Fenton氧化等联用,提高处理效率同时降低处理成本。
1.3生化法
生物处理方法是有机废水传统的处理方法,也是最经济的处理方法。但是绝大多数促进剂废水难以直接用常规生化法进行处理,特别是高盐、高氨氮以及含高毒性有机物的废水,仍然是生化处理技术应用的瓶颈。国内外研究发现投加特殊菌种可以提高传统生化法对难降解有机物的去除效果,高效优势菌技术成为生化处理促进剂废水研究的热点,即分离和筛选出适应性强的具有特殊降解功能的微生物菌种,并富集和驯化获得高效优势菌用于废水处理。高效优势菌技术对含有毒性较高的M盐废水的研究表明,高效优势菌技术处理效果优于常规生化处理。由于促进剂废水的高含盐量,耐盐菌的培养和驯化成为人们关注的热点。
2促进剂废水处理建议
2.1促进剂废水及处理概况
2.1.1废水水质
某工业园区橡胶促进剂厂主要生产CZ、NS、DZ、TMTD、D五种促进剂产品,生产废水主要是母液废水和水洗废水,产生的混合废水主要含有生产原料以及微量的副产物、中间产物和产物等,成分结构复杂,属高浓度难降解有机废水。
2.1.2废水处理概况
废水处理工艺实际运行状况如下:
(1)pH调节池:加工业硫酸调节pH至3左右,以达到芬顿试剂反应的适宜pH值,同时达到酸析沉淀去除部分有机物的效果;
(2)芬顿氧化系统:27.5%H2O2投加量为8L/m3,20%FeSO4投加量为50L/m3,降低废水COD,提高废水可生化性;
(3)絮凝沉淀池:加碱调至pH至9,再投加PAC和PAM,去除废水中微小悬浮有机物,降低色度;
(4)水解酸化池:停留时间为12h,池内有组合填料;
(5)生物接触池+MBR:总停留时间为24h,池内也装有组合填料。目前,废水处理工艺系统只对易于处理的NS废水进行处理,而其他几股废水(CZ、DZ、D、TMTD)只能外运处置。为达到生化系统的进水含盐量要求,采用生活污水和循环排污水进行均质调节以降低废水的含盐量。均质后混合废水约600m3/d(NS废水约占1/2),COD在2100mg/L左右,生化处理出水基本能达到工业园区废水三级排放标准(COD<500mg/L)。
2.1.3现状废水处理分析
废水处理工艺系统中物化和生化处理的效率均不高。此外,该废水处理还存在以下问题:
(1)芬顿系统中硫酸亚铁投加量过大,影响混凝沉淀效果,增加芬顿处理出水色度,增加处理成本。
(2)水解酸化后为单纯的好氧处理,生化处理的有机负荷低。
(3)生产废水的含氮量较高,但是现状处理工艺没有脱氮能力。
2.2废水处理改造思路
为了更好利用现有工艺系统解决厂区废水处理问题,根据厂区废水及处理现状,提出分质处理、统筹治理改造思路。对厂区生产废水处理的整体改造思路包括两个方面。(1)对特殊水质废水,如含盐量与COD浓度都很高的DZ废水和硫酸盐与氨氮含量都很高的D废水,进行相应的分质预处理。(2)对现有废水处理工艺系统进行优化升级,以保证混合生产废水经改造后工艺系统处理后能达标排放,达到处理整个厂区废水的目的,避免繁琐昂贵的外运处置。
2.2.1分质预处理
各促进剂生产废水的水质特点,确定DZ和D两股废水需要进行分质预处理。
(1)DZ废水。由于DZ废水含盐量和COD浓度均很高,采用多效蒸发进行脱盐效果较好,同时能显著降低COD。而废水水量(67m3/d)较小,处理成本相对不高。
(2)D废水。常用的降低硫酸盐浓度的方法有蒸发、膜分离、离子交换、化学沉淀等方法。由于D废水量较大,且所含硫酸盐浓度很高,蒸发处理成本太高。废水中含有粘附性强的树脂状物质,膜分离技术不适用于处理此类废水。因此,采用化学沉淀与吹脱法相结合作为预处理。在废水中投加石灰,沉淀后的废水再经吹脱,以降低废水的氨氮浓度。
2.2.2原工艺系统改造
现有工艺处理系统分为预处理、生化处理和深度处理三个部分,对其各部分进行相应的优化升级,以提高系统的有机处理能力和处理效率,保证生化系统的良好运行和处理出水达标排放。
(1)预处理。在原Fenton氧化法基础上增加微电解处理,即采用微电解-Fenton联合预处理混合废水,显著提高COD的去除能力和废水可生化性。同时,联合工艺可以有效改善单独Fenton氧化处理时药剂投加量大、运行成本高的缺点。微电解-Fenton工艺中产生的Fe3+比投加的絮凝剂效果更好,可节省絮凝剂的投加。改进后的工艺无需增加复杂设备,且对环境友好。
(2)生化处理。针对生化处理系统存在的问题,将原水解酸化+好氧改为厌氧/缺氧/好氧工艺,提高系统的有处理机负荷,增加系统的脱氮能力。增加的缺氧段可进一步降解有机物,提高废水可生化性。由于经分质预处理后混合废水含盐量仍较高,可考虑在生化处理系统中引进耐盐菌种,提高生化系统的处理效果。
(3)深度处理。生化处理出水有机物含量不高,但所含有机物大多为难生化降解的,甚至是难以氧化降解的,故采用活性炭吸附作为深度处理保证处理后废水达标排放,是一种较好的选择。
3结论
促进剂废水的处理一直是工业废水处理领域中的难题之一,本文对现有促进剂废水的处理技术进行了总结,发现该类废水的处理主要存在以下难点:
(1)高含盐量,废水中含有的大量无机盐对传统生化处理带来限制,现有物化除盐技术如蒸发和蒸馏及膜技术等,处理费用太高。
该厂所产生的电镀废水中含氰废水主要来源于氰化镀银工艺,包含铜件镀银、铝件镀银、导体镀银生产线,在该废水中含有由氰化物与铜离子、镍离子等金属离子结合形成的极稳定的络合物,使废水中的部分金属离子不能在碱性条件下生成氢氧化物沉淀去除;地面废水来源于各生产线冲洗工件水、冷凝水、冲刷地面等,由于生产工艺、生产任务量等因素的影响,地面废水水质、水量很不稳定,该废水中常含有氰化物及少量铜离子、镍离子、银离子、锌离子和表面活性剂等污染物;酸碱综合废水来源于车间各生产线综合排放水,主要含有酸、碱及重金属盐类等污染物,该废水一般呈酸性PH值4-6。
2电镀废水处理工艺对比
2.1电镀废水处理原有工艺
该电镀厂废水站新建时,污水排放标准执行的是《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中三级标准,主要处理工艺采用化学沉淀法,原有处理工艺及设施已无法满足现有污水排放要求。
2.2电镀废水处理改造后工艺
该电镀废水站原有工艺在处理废水时存在以下弊端:(1)含镍废液与含氰废水混合处理时,由于镍废液中重金属离子与氰形成稳定的络合物,造成破氰困难氰化物和重金属常常超标;(2)地面废水来源于各生产线,水质极其复杂,常常含有氰化物和重金属离子,该废水直接进入酸碱综合废水池将无法破氰;(3)酸碱废液浓度较高,打入酸碱综合池后导致后续处理负荷较大,处理达标较困难;(4)原系统仅能处理碱性重金属离子,而中性重金属离子锌无法去除,已无法满足新标准《电镀污染物排放标准》(GB21900-2008)中对锌离子的要求;(5)含氟废液和磷化废液是直接向废液池内投加药品,再通过压滤机压榨过滤的方式处理,该方式不易控制,同时处理高浓度含氟废液产生的酸雾对人体健康和车间环境造成极大损害。针对原系统种种弊端,现改造后工艺将废液处理作为单独处理单元,处理后的清液再进入综合废水后续处理单元,减小废液直接对酸碱综合水的冲击,而地面废水则进入含氰废水处理单元,综合废水处理系统增加二级斜管沉淀设备,同时增加硫化钠,采用硫化物沉淀法作为氢氧化物沉淀法的补充。
3电镀废水处理调试与运行
3.1含铬废水预处理
含铬废水通过泵提升至铬还原池,与此同时,氧化还原电位(ORP)控制仪根据设定值自动控制还原剂加药电动阀,当ORP<100mv时,自动按比例减小并关闭电动阀,在此条件下,废水中六价铬将被还原为三价铬,反应时间20min,反应后废水排至酸碱综合废水池一起处理。
3.2含氰废水预处理
含氰废水通过泵提升至破氰反应池,与此同时,PH和余氯控制仪根据设定值自动控制NaOH和次氯酸钠加药电动阀,当PH>10.5时,自动按比例减小并关闭加碱电动阀,当余氯超过10时,自动按比例减小并关闭加次氯酸钠电动阀,反应时间20min,在此条件下,氰化物氧化成氰酸盐,此时完成一级氧化破氰,反应后废水排至酸碱综合废水池一起处理。
3.3槽液预处理
含镍、含氟、磷化和酸碱废液分别单独处理,每处理废液按照废液类别和污染物种类,相应的投加NaOH、硫化钠、次氯酸钠、氯化钙、硫酸、PAC及PAM等药品,按照先破氰再化学沉淀的方式处理,反应搅拌时间大于5小时。处理槽液时,在投加NaOH调整PH为10.5-11后,依重金属离子浓度投加硫化钠以去除残余重金属离子,处理完废液排放至碱性污泥池,经压滤后滤液进入酸碱综合废水池一起处理。
3.4酸碱综合废水处理
经含铬、含氰、槽液预处理的水与车间综合排放水混合后,废水由提升泵进入一步净化器,与此同时,加药阀自动打开,PH控制仪根据设定值自动控制加碱电动阀,当PH>10.5时,自动按比例减小并关闭加碱电动阀,当废水处于正常状态时,投加药品主要为NaOH、硫化钠、PAM,实际调试过程中NaOH与硫化钠按10:1比例混合投加,其处理效果最佳,而硫酸亚铁和次氯酸钠作为应急处理药品,在酸碱综合水非正常状态时手动加药。一步净化器处理出水自流至二级斜管沉淀设备,此时,酸、PAC、PAM加药泵均自动打开,PH控制仪根据设定值自动控制加酸计量泵,斜管出水自流至中间水箱时,次氯酸钠加药泵打开,其停留时间10min,在此条件下,氰酸盐将彻底氧化,此时完成二级破氰,此后再经过过滤提升泵进入多介质过滤罐后外排。
3.5污泥处理
碱性污泥及中性污泥经板框压滤机脱水后,滤液再次进入综合废水池与酸碱废水一起处理,脱水后污泥装袋运往固废中心处理。
3.6处理效果
经过连续5个月的调试运行,整个处理工艺运行稳定,出水水质良好,经改造后出水水质指标达到《电镀污染物排放标准》(GB21900-2008)中各项标准。
4结束语
1.1材料和仪器
本实验采用人工配水,葡萄糖为碳源,硫酸铵提供系统所需氮源,磷酸二氢钾提供系统所需的磷源,碳酸氢钠调节水质的pH值,还包括硫酸镁,硫酸铁等微量元素,以上试剂均为国产分析纯。实验废水的水质指标为COD500mg/L,氨氮(NH4+-N)30mg/L,总磷(TP)5mg/L,pH为7.0~7.5。实验中使用的氧化铜纳米材料(COPPER(Ⅱ)OXIDE,NANOPOWDER,<50NM,TEM)购于Sigma-Aldrich(Shanghai)TradingCo.Ltd,其分子量为79.55g/mol,比表面积为25~40m2/g。分散剂十二烷基苯磺酸钠(sodiumdodecylbenzenesulfonate,SDBS)购于天津市光复精细化工研究所,用于保证CuONPs溶液制备的均匀性。实验所用仪器:LongerPumpRYZ1515X蠕动泵,JJ-1A数显电动搅拌器,LZB-4WB气体转子流量计,ACO-420电磁式空气压缩机,砂芯微孔曝气盘,TW-268科德时控器,RO/DIdigital实验室超纯水系统,KQ3200DE型数控超声波清洗器,SHZ-Ⅲ循环水真空泵,国华78-1磁力加热搅拌器,精天FA2004A电子天平。
1.2实验装置
为三套规格完全相同的装置,SBR0,SBR1和SBR2。反应器材质为有机玻璃,反应池的设计尺寸为Ф150mm×400mm,有效容积是5L。反应器的运行周期为8h,实验采用间歇进、出水方式运行,进水10min,搅拌90min,曝气180min,沉淀90min,出水10min,闲置110min,在进水的同时进行搅拌操作。各SBR反应器水力停留时间(HRT)为16h,污泥停留时间(SRT)为20d左右。曝气阶段使用流量计控制气体流量,反应器中的溶氧(DO)为0.9~2.5mg/L。
1.3实验方法
1.3.1CuONPs悬浊液的制备
称取120mg的CuONPs加到1L的超纯水中,并加入0.1mmol/L十二烷基苯磺酸钠(SDBS),超声波震荡1h(25℃,120W,40kHz),得到120mg/L的CuONPs悬浊液,然后稀释得到浓度为1mg/L和10mg/L的进水溶液。
1.3.2活性污泥的驯化
接种的污泥取自北京某污水处理厂二沉池的普通絮状污泥。启动阶段向三个SBR反应器中各注入2L的活性污泥,并注满低浓度配水至反应器有效容积,进行闷曝,2d后开始连续进水。实验按照COD:N:P=100:5:1。第一个阶段先进行低浓度的进水,COD300mg/L,NH4+-N20mg/L,TP3mg/L,运行时间14d,达到稳定阶段。第二个阶段的进水浓度为COD500mg/L,NH4+-N30mg/L,TP5mg/L。按照进水、搅拌、曝气、沉淀、排水、闲置进行操作,至三个反应器运行相对稳定,使适应模拟废水的微生物得到生长繁殖,进而有处理模拟废水的能力。
1.3.3CuONPs对SBR反应器长期运行影响
实验中反应器分为对照组SBR0,实验组SBR1和SBR2。通过对各个指标的数据监测,待三个反应器运行稳定后,对反应器SBR1和SBR2分别连续投加浓度为1mg/L和10mg/L的CuONPs溶液。反应器运行120d,每隔1d在SBR反应器出水阶段进行水样采集,并测定出水指标,分析比较不同浓度(1mg/L和10mg/L)CuONPs曝露随时间变化对反应器的出水影响,如COD、三氮(NH4+-N、NO3--N和NO2--N)和TP的出水浓度。
1.4分析项目及方法
常规指标的测定方法如下,COD:重铬酸钾法;NH4+-N:纳氏试剂光度法;TP:钼酸铵分光光度法;NO3--N:麝香草酚分光光度法;NO2--N:N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法;DO:HANNAHI9146N-便携式DO测定仪;pH、水温:HANAHI8424pH/ORP/T-测定仪;MLSS:重量法。
2结果与讨论
经过启动阶段40~50d的运行,3个反应器SBR0、SBR1和SBR2出水水质相对稳定,出水COD、NH4+-N和TP均值分别达到22.14mg/L、0.36mg/L和0.20mg/L左右,COD、NH4+-N、TN和TP的去除率分别达到了95.6%、98.8%、80.0%和96.0%,之后对SBR1反应器和SBR2反应器进行1mg/L和10mg/L浓度的CuONPs长期投加实验。出水COD的浓度随运行时间的变化如图2所示,SBR1和SBR2在运行20d后,出水COD浓度出现较大的波动,SBR2的出水COD值达到40~50mg/L之间,到第40天的时候,SBR1和SBR2反应器与SBR0反应器的运行情况趋于一致,说明活性污泥对水质的变化需要一定的时间适应,且其具有一定的抵抗性和恢复性。SBR0、SBR1和SBR2最终出水COD值分别稳定在22.14mg/L、25.36mg/L和25.68mg/L左右,COD去除效率分别为95.6%、94.9%和94.8%,去除率相差不大。 出水NH4+-N浓度随运行时间的变化如图3所示,结果表明,投加不同浓度CuONPs后,SBR1和SBR2的NH4+-N出水浓度与对照组SBR0的出水浓度高度一致,出水NH4+-N值稳定在(0.4±0.05)mg/L,去除率达到98.5%~98.8%。NH4+-N被完全转化,表明CuONPs对系统中的亚硝化细菌和硝化细菌的活性没有产生影响。实验运行20d后,实验组出水TP的浓度开始出现波动,出水TP浓度升高,且SBR1和SBR2的趋势一致,运行80d后出现明显的差异,最终SBR1和SBR2出水分别稳定在1.07mg/L和1.55mg/L左右,去除率达到了78.6%和69.0%,而对照组SBR0的出水稳定在0.20mg/L左右,其去除率为96.0%。由此可见CuONPs对反应器的TP去除产生了一定程度的影响,浓度高的影响更严重,表明CuONPs的投加降低了颗粒污泥的除磷效果。出水NO3--N浓度随运行时间的变化,运行40d后,SBR2出水NO3--N浓度开始下降,运行60d后SBR1出水NO3--N浓度也开始下降,SBR1和SBR2最终分别稳定在3.86mg/L和3.01mg/L左右,相比于对照组SBR0的NO3--N平均累计值5.86mg/L,分别降低了34.1%和48.6%。说明CuONPs的投加对反硝化细菌的活性具有增强作用,投加CuONPs浓度越高对反硝化细菌活性增加也越高。出水NO2--N的浓度随运行时间的变化,SBR1和SBR2运行趋势与对照组SBR0的运行情况相一致,在排水阶段系统中没有出现NO2--N的累积。通过测定周期内NO2--N的变化,在曝气中段NO2--N的积累达到了最高,在曝气阶段末,NO2--N基本被转化完全,投加CuONPs后的SBR1和SBR2与对照组SBR0的运行情况相一致,可见CuONPs对脱氮过程中亚硝化细菌的性能也没有产生显著影响。
3结语
山核桃预加工废水来源主要有以下两处:第一采摘下的山核桃在现场进行脱蒲处理,脱去外蒲。在这个过程中产生的脱蒲废水,主要由外壳中本身所含大量汁液组成。第二山核桃果实经脱蒲处理后,果实被送入一个盛满清水的桶槽内,通过浮选去除浮在水面上的不合格果实,清洗果壳表面残留的汁液及残渣,这个过程需要消耗大量的洁净水。山核桃加工时须经过脱蒲、水选处理,在处理过程中部分氨基酸、多糖、皂苷、黄酮、挥发油、生物碱类等溶解于水,产生高浓度有机废水,消耗受纳水体中的溶解氧。并且该废水直接排放会使受纳水体受到污染,破坏生态环境。以上两种废水混杂在一起便成了山核桃脱蒲水选废水,主要水质参数为:废水水量平均500m3/d;电导率(Cond)在400μs/cm左右;化学需氧量(CODCr)700~800mg/L;pH在7左右;废水生产周期为15~20d/a。废水过滤完杂质后,初期为黄色透明,具有一定毒性,对微生物有一定抑制作用。与空气接触后,废水由黄色转为红棕色,过夜后能产生生物絮凝体。但由于山核桃属植物中所含具体化学物质及转变机理暂无相关文献可供参考,本文也不做深入探讨。
2处理工艺及流程
由于山核桃预加工生产周期短,水量大且集中,废水中含有有毒物质,无法直接采用生物法处理。同时废水中形成COD的物质,大部分为有机物,絮凝法基本没有效果。因此采用高级化学氧化法来处理山核桃预加工废水。工艺采用芬顿试剂氧化-石灰法,虽然芬顿试剂中铁离子在反应后生成的复杂水合物具有一定的絮凝能力。但是生成的絮凝体过小,这些絮凝体需要很长时间才能沉淀,因此后续添加阴离子型PAM助凝剂以改善沉淀效果。芬顿法是当今应用最广泛的一种高级氧化工艺(AdvancedOxidationProcess,AOP),在实际操作过程中采用亚铁盐作为催化剂,来激活H2O2,产生氧化能力很强的羟基自由基(•OH),用来氧化分解废水中的有机物,从而达到降低废水的化学需氧量(COD)以及色度的目的。聚丙烯酰胺(PAM)在废水处理上,常用作絮凝剂或助凝剂剂。在山核桃预加工废水处理中起到加速悬浮物的沉淀,促进污泥压榨的效果。本项目采用阴离子型聚丙烯酰胺。
3主要构筑物设计参数
3.1调节池的主要作用是调节水质、水量均匀,同时可以预调pH值,使原水pH值处于芬顿氧化法最佳处理效果区间,减少后续药剂使用费用,同时加快反应时间。由于处理水量随时间波动明显,白天开工水量大,而晚上基本没有废水产生。故调节池容积设计偏大,为800m3。并在旁边增设一座500m3紧急事故池,地下式钢砼结构。作用有:接纳调节池溢流水量;收集未达标废水;预留今后交易市场发展增长水量。
3.2反应池1作为芬顿氧化反应池,用以添加芬顿试剂,处理量为25m3/h,池体尺寸:1.5m×1.5m×4m,采用机械搅拌,混合反应设计时间为20min。
3.3反应池2作为中和池,用以添加石灰,处理量为25m3/h,池体尺寸:1.5m×1.5m×4m,采用机械搅拌,加药口设为池体中部,混合反应设计时间为10min。
3.4反应池3作为絮凝池,用以添加APAM,处理量为25m3/h,池体尺寸:1.5m×1.5m×4m,采用机械搅拌,混合反应设计时间为20min。
3.5中和沉淀池利用浅层沉淀原理,斜板使断面湿周增大,水力半径(R=面积/湿周)减小,从而降低雷诺数(Reynolds数,Re=vRρ/μ),增大弗洛德数(Froude数,Fr=v/sqrt(lg))。在增大池体容积利用的前提下,同时也解决了排泥问题。处理量为25m3/h,设计表面负荷为0.85m3/m2•h。池体尺寸:5.0m×8m×4.5m。
3.6污泥浓缩池用来收集沉淀池污泥,并进行初步浓缩,上清液回流调节池。池体尺寸:5.0m×1.5m×4.5m。3.7设备药剂间用来储存药剂,放置污泥泵、压滤机,房间尺寸:12m×10m×3m。
4结语及处理情况
该工艺于2014年投入使用,经过在9月份的实际运行,达到了设计要求及预期效果,出水CODCr控制在85~95之间。水质清澈透明,色度<5倍。
4.1应用“芬顿氧化-中和沉淀工艺”法处理山核桃预加工废水是可行的。
4.2该工程设计处理水量为500m3/d。由于工艺路线短,反应速度快等优势,处理设施及设备总投资预计为40万元。
4.3由于处理方式为化学及物理方法,耐冲击及负荷变动范围大。并可根据实际水质及水量,调整加药量,出水水质可控。
4.4废水处理后各项指标如COD及色度等,均达到国家排放标准《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中一级排放要求,且无二次污染物产生,符合当地环保部门要求。