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日用化学品行业废水处理论文

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1日化废水的常见处理技术

日化废水的处理方法很多,根据原理的不同主要分为物理化学法和生物法,物理化学法包括混凝沉淀、吸附分离[3]、气浮、铁碳微电解、芬顿试剂氧化、臭氧氧化、催化氧化等;生物法主要根据其微生物呼吸方式的不同分为好氧生物处理与厌氧生物处理。此外,随着出水水质标准的不断提高,以及有关处理工艺研究的不断深入,多种新型水处理技术也在不断开发与应用,如固定化微生物技术、微波技术、人工湿地技术等。

1.1物理化学方法

1.1.1混凝沉淀由于日化废水中含有甘油、烷基苯磺酸钠等复杂成分,通常带有颜色且乳化严重,所以混凝沉淀法通常只能用于多法联用中的预处理阶段。传统的混凝沉淀工艺采用铝盐或铁盐(如聚合氯化铝、硫酸铝、氯化铁等)作为沉淀剂。混凝沉淀对日化废水中COD及油类均有一定的处理效果。鉴于传统混凝工艺通常存在一定的缺陷,如污染物去除率较低,沉淀或浮渣的含水率高等,影响后续处理的效果,人们不断研发新型混凝剂。蒋贞贞等[6]分别以聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化铝铁(PAFC)、聚合硫酸铁(PFS)和自制聚合硫酸铁铝(PAFS)为混凝剂,对印染废水脱色和COD的去除进行研究,结果表明各混凝剂综合混凝效果顺序为PAFS>PAFC>PFS>PAC,再选取最佳混凝剂PAFS为研究对象,考察了投加量及助凝剂投加量的混凝影响,结果表明在不调节原水pH值的条件下,PAFS投加量为0.3g/L时,COD和色度去除率分别为82.8%和86.6%。徐敏[7]使用硫酸铝、硫酸铁等传统混凝剂,结合硅酸钠和一些添加剂作为原料,在一定反应条件下制备了氧化型聚硅酸铝铁复合混凝剂,用以石化污水厂二级出水,结果显示该种混凝剂在100mg/L,pH值为7,慢搅20min的条件下,具有较好的混凝效果,COD的去除率为29.3%,而传统混凝剂PAC仅有3.6%。混凝沉淀是日化废水处理的一种有效的化学方法,处理成本低,设备简单易操作,当前的混凝剂向着高效、低毒、多功能的方向发展,无机复合材料将是发展的重点之一,它往往兼具铁、铝混凝剂的特点。

1.1.2气浮气浮法是一种高效的固液分离技术,最早见于选矿工艺[8]。它是设法在水中产生大量的微小气泡,气泡粘附在水中的微粒及絮体上形成密度比水小的浮体上浮至水面,从而达到不同相分离的目的。根据其气泡产生方式的不同,气浮可分为电凝聚气浮、布气气浮和溶气气浮,其中加压溶气气浮是水处理技术中常用的技术。部分回流式压力溶气气浮运用最为广泛,在日化废水处理中可以代替混凝沉淀进行预处理。在日化废水的处理过程中,气浮技术常用于预处理阶段,可有效去除废水中的LAS和无机悬浮物质等,避免了后续生物曝气时产生大量气泡而影响环境。于小俸等[9]在再生花炮纸废水处理的工程实例中,运用气浮法作为生物法的前处理方法。工艺投产后运行效果稳定,废水总排口SS、COD、BOD5最大日均浓度分别为64mg/L、80.7mg/L、26mg/L,处理效率分别为96.2%、96.2%、93.1%。董守旺[10]在屠宰废水处理中也采用气浮法去除了大部分动物油脂等悬浮物质,出水SS、COD、BOD5、NH3-N平均浓度分别为45mg/L、55mg/L、15mg/L、10mg/L,平均去除率分别为92%、97%、98.5%、72%。尽管气浮工艺已得到广泛应用,但其作用机理、工艺设计等方面仍须作进一步研究与创新。张其殿等[11]等创新地将加压溶气气浮与加压曝气生物氧化技术结合起来,制备出一种可以快速处理生活污水的加压溶气生化气浮反应器,实验结果表明,在压力为0.4MPa,HRT为1.5h,气水比3∶1的条件下生活污水COD去除率可稳定在90%左右。工程应用中往往在气浮过程中加入混凝剂增强处理效果,混凝剂的投加方式对混凝气浮的效果也有显著影响。

1.1.3铁碳微电解与芬顿氧化铁和碳的氧化还原电位相差较大,在废水中加入铁屑和碳粉末,即组成了腐蚀电池。具有一定比表面积且含有大量导电杂质的高价金属在酸性条件下发生电蚀反应,在金属与杂质间形成微电极,由微电极电解而产生大量活性H,可还原高分子量有机物。它兼具氧化还原、絮凝、吸附、催化氧化、电沉积及络合等作用。此法可有效去除废水中的有机污染物,提高废水B/C的值,有利于后续生物法的进行。刘发强[13]采用铁碳微电解-芬顿试剂法处理高浓度表面活性剂废水,在铁碳法中考察了Fe/C值、进水pH值、反应时间和气水比对反应效果的影响,结果表明当Fe/C值为2∶1、进水pH值3~4、水力停留时间为60min、气水比为12∶1时,废水中的LAS均值从2619mg/L降至1820mg/L。铁碳微电解工艺操作简单,运行流程短且成本较低,处理日化废水可以收到良好效果,拥有广阔的前景。而芬顿试剂氧化法兼具氧化和混凝的作用,可氧化废水中多种难降解有机物,从而提高废水的B/C值,利于后续生物反应的进行。Bautista等[14]采用芬顿试剂氧化法研究了化妆品生产废水有机物的去除,考察了温度、H2O2和Fe2+等的影响,结果表明经混凝沉淀后,在pH=3、Fe2+浓度为200mg/L、H2O2浓度与初始COD之比为理论计量数的2.12倍时,TOC在25℃时降低超过45%,50℃时降低超过60%。因芬顿氧化与铁碳微电解反应机理有相似之处,目前将其与铁碳微电解联合去除废水COD的研究较多。陈晓刚等[16]采用芬顿氧化与铁碳微电解结合的方法处理含硝基苯的模拟染料废水,实验结果表明,在室温条件下,单独采用芬顿氧化或铁碳微电解技术时,模拟废水的COD去除率分别为79.07%和50.5%,而二者联合运用后,COD去除率高达97.80%。

1.2生物法

在日化废水处理过程中,生物法是较为经济可行的方法,也是目前应用较广泛的方法。它利用微生物的生物降解过程,对污水中的可溶性有机物及部分不溶性有机物进行去除。

1.2.1好氧生物处理好氧生物处理是通过不同形式的曝气,使废水中有足够的溶解氧供好氧微生物通过呼吸作用生长与繁殖,同时降解水中有机物。好氧生物处理主要包含活性污泥法和膜生物法两大类,根据其供氧方式、运转条件及反应器形式的不同,又可分为多种类型。(1)序批式活性污泥法(SBR法)SBR法又称间歇式活性污泥法,它是活性污泥法的一种改进,它的原理和污染物去除机制和传统污泥法相同,只是在操作运行上有所改变。SBR是在单一的反应器内,在不同时间段进行各种不同操作,它兼具调节、曝气、沉淀的功能,无污泥回流。它集反应和沉淀两道工序于一体,增强了反应器的功能。SBR法具有很多明显优势,如操作简单灵活,运行费用低,相间分离效果好,脱氮除磷效果好,防止污泥膨胀,抗冲击负荷等。但当进水流量有较大波动时,须对系统进行调节,此时会增大投资。夏良树等[17]采用小规模的SBR生物反应器处理日化厂废水,分析了污泥体积指数、容积负荷、污泥负荷等微生物学的特性变化,并讨论了曝气时间、容积负荷、污泥负荷对各指标去除率的影响。表2列出了SBR生物反应器对各项指标的去除情况。结果表明,利用SBR工艺降解处理日化厂废水是可行的。当曝气时间为4.5h,污泥负荷为1.2kg/(kg•d)(以MLSS计的COD),容积负荷为2.1~2.3g/(L•d)时,COD、油脂、总磷、表面活性剂、SO2-4等的去除率分别可达92.3%,99.1%,99.3%,99.3%,99.0%和98.9%。(2)生物接触氧化法生物接触氧化法是介于传统活性污泥法与曝气生物滤池之间的膜法工艺,其特点是在池内装置填料,池底曝气对废水进行充氧,使池内污水处于流动状态,以保证污水与填料充分接触。在微生物的作用下,污水中的有机物被降解为CO2和H2O。该法去除效率高,周期短,对进水有机负荷的波动适应性强,同时也无污泥膨胀问题,方便运行管理。存在的主要问题是填料间的生物膜有时会出现堵塞,须及时清理。

1.2.2厌氧生物处理相比于好氧生物处理,厌氧生物处理有能耗低、处理负荷高等优点,一般用于高浓度有机废水的处理[18]。在厌氧或缺氧的条件下,大分子有机物无法直接透过细胞壁进入厌氧菌体内,在胞外酶的作用下水解成小分子,再进一步分解成易降解的有机酸及甲烷,同时表面活性剂的发泡物质也被分解。厌氧生物处理可在去除部分COD的同时提高B/C值,利于后续好氧反应的进行。王永谦等[19]利用厌氧生物滤池处理生活污水,再与氧化工艺组合,稳定运行后,厌氧单元COD去除率达37.8%,经接触氧化后和人工湿地联用后,出水COD达39.3mg/L,平均去除率86.2%。(1)水解酸化预处理水解酸化法是介于厌氧与好氧处理方法之间的方法,通常它作为好氧处理之前的预处理,可将难降解的生物大分子、非溶解性的有机物转变成易生物降解的小分子有机物和溶解性有机酸等。考虑到后续好氧处理的能耗问题,水解主要用于低浓度难降解废水的预处理。(2)上流式厌氧污泥反应床[20](UASB)UASB被应用于各种废水处理的工程中。其性能稳定、处理效率高,因此能够适应不同浓度与成份的多种有机废水。胡培靖[21]采用高效厌氧池处理日用化工产品企业的生产废水,它是一种类似UASB的反应器,内设新型生物填料与搅拌装置,停留时间为18.8h,COD与LAS的去除率分别达到了90%和95%。

1.3新型水处理技术

1.3.1组合工艺技术为降低处理成本,增强处理效果,将生物法与混凝气浮等物化技术结合的组合工艺[22-23]是包括日化废水处理在内的水处理的发展方向。在这样的联用技术中,通常气浮等预处理阶段可有效去除废水中的LAS及悬浮颗粒等杂质,提高废水可生化性,同时保证微生物活性,为后续生化反应提供便利。研究表明可将高级氧化技术(AOP)[24]与光催化[25]等技术结合,深度处理经生化法处理后的废水,满足更高水质要求,相对单独氧化或催化处理可降低能耗,节约成本。李贞玉等[26]采用水解酸化-SBR-微滤组合工艺处理造纸中段废水。结果表明:当生产废水COD为1100~1500mg/L,pH值为6.8~7.2,组合工艺COD,SS和TOC去除率分别为91.8%,100%和91.4%。陈嘉祺[27]采用生物接触氧化工艺结合曝气生物滤池处理洗涤剂废水。生物接触氧化工艺采用MBBR填料,实验得出该组合工艺处理该种废水的最优水力停留时间为接触氧化段20h,曝气生物滤池段1.2h,组合工艺COD和LAS去除率分别为89.8%和96.3%。在连续运行中,组合工艺在较高污染物负荷下有负荷阶段分配的现象出现,有较强的抗冲击负荷和污染物去除能力。秦伟杰等在处理木材蒸煮废水时,利用水解酸化池作为MBR膜生物反应的预处理,池中挂有兼性微生物为主的生物膜,生物膜上的水解和产酸微生物,将污水中的固体、大分子和不易生物降解的有机物降解为易于生物降解的小分子有机物,使得污水在后续的好氧单元以较少的能耗和较短的停留时间下得到处理。如表3所示,经酸化水解-MBR生化连续运行2个月后,COD平均去除率达98.6%,考察的各项指标均已达到回用水水质标准。结果表明组合工艺对实际木材蒸煮废水具有较好的处理效果。

1.3.2固定化微生物技术固定化微生物技术利用物理和化学方法将游离的细胞定位在限定的空间,使其不悬浮于水中但仍保持生物活性,并可反复利用[29],包括固定化细胞技术、固定化酶技术和固定化藻技术。在处理某些水相污染物[30]时,固定化微生物技术已显示了明显优势,如难降解有机废水、重金属废水、制药废水、印染废水、生活污水等众多领域。李端林等[31]运用固定化微生物技术处理印染废水时,用海藻酸钠与活性污泥混合,再用CaCl2交联,将其制成固定化的微生物小球,以NaCl洗净即可使用。当pH值为7,进水浓度为300mg/L,停留时间为16h时,COD和色率的平均去除率分别大于90%和70%。固定化微生物技术在处理时间和废水浓度两方面均优于传统的活性污泥法工艺。

1.3.3微波技术微波是一种具有很强穿透能力的电磁能,且具有深层加热作用。利用它的加热特性用于有机物的去除是20世纪80年代兴起的一项新技术。微波对流经微波场的废水中的吸波物质的物化反应具有很强的催化作用,同时可使固相颗粒迅速沉降,因此可以处理包括日化废水在内的各种工业废水。Chih等利用低能度的微波辐射,对污水中吸附在活性炭表面的二甲苯、三氯乙烯等进行解吸并消解,分解率达100%。Hamer等研制了一种微波加热解吸固定床装置,实现了从活性炭高分子和沸石中解吸回收乙醇和有机脂,验证了微波加热解吸回收高纯度有机物的可行性。刘宗瑜等[34]以活性炭为催化剂,考察了微波辐射处理酸性印染废水的影响因素,并对比了微波辐射与水浴加热的处理效果。实验结果表明:当微波辐射功率为800W,反应时间为6min时,400mg/L的酸性大红溶液去除率达98.25%。而在76℃水浴条件下,需要5h才能达到相同的去除效果。体现出了微波辐射的高效性能。

2结语

日用化学品行业生产废水成分复杂、污染物浓度高、可生化性差,属较难处理的工业废水。目前对于日化废水的处理方法较多,物理化学法中混凝沉淀和气浮是很好的预处理手段,其中混凝沉淀应朝着多功能复合材料的方向发展;对于难降解污染物,铁碳微电解、芬顿试剂、臭氧、光催化等多种高级氧化技术有良好效果。但单纯采用物化法处理成本较高,而生物法占地面积较大,运营管理较为复杂。此外,多种新型水处理技术具有明显优势:固定化微生物技术反应迅速,微生物流失少且高效低耗;微波技术可节省能源与空间,简化操作程序;人工湿地技术工艺简单、投资少、能耗低。尽管这些新型处理技术尚未广泛应用于日化废水的处理,但也引起了人们的重视。目前,日化废水处理的主要思路为物化法和生物法联用,以增强处理效果,降低处理成本,具体处理方法的选择应根据生产废水自身的特点和实际工程的具体情况,将环境效益、经济效益、社会效益结合起来,利用多种处理方法多级处理。此外,仅有日化废水的末端处理是不够的,应大力提倡清洁生产,从源头上实现日化废水的防治。

作者:戴亮贺文智李冰璟徐竟成李光明单位:同济大学环境科学与工程学院上海轻工业研究所有限公司

日用化学品行业废水处理论文责任编辑:杨雪    阅读:人次