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高氨类废水处理工程调试探析

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[摘要]工程上采用水解-兼氧-好氧生化组合工艺处理哌嗪类高氨废水,评价工艺处理能力及哌嗪废水的处理效果。结果表明,哌嗪类废水可生化性良好,COD、氨氮及总氮均能够得到有效去除。本工程设计工艺适合于处理哌嗪类高氨废水,具有较高应用价值。

[关键词]哌嗪;高氨废水;生化处理;调试

胺类化合物在医药、工业、农业等领域都有广泛的应用,含氮杂环化合物如哌嗪、吡啶、哌啶、吗啉及其衍生物则是重要的医药、农药中间体。最近几年,我国聚氨酯泡沫塑料发展十分迅速,其产量已占聚氨酯产品的80%。哌嗪类物质是生产其硬化剂的主要原料。哌嗪类废水成分复杂、有机物和有机胺含量高,一直存在处理出水氨不达标问题。国内外对含氮杂环类的生物降解研究报道不多,哌嗪类生物降解性能比较差,说明了哌嗪类在工程处理上是一个较大的难题。有研究采用超声波和Fenton试剂处理哌嗪废水,COD去除效率达到90%以上,而采用臭氧氧化也能够获得一定的去除效果,表明了该类废水是可以通过物化手段降解,但是成本极高。目前对于哌嗪类废水的生化处理工艺研究报道极少,尤其是在工程上的运行案例几乎没有介绍。本文通过工程调试研究哌嗪类废水生化处理效果,并探讨其生化处理能力,为哌嗪类废水处理研究和工程设计提供参考。

1研究部分

1.1材料和仪器

废水:来源于某化工企业,生产产品有N-β-羟乙基乙二胺、无水哌嗪、N-甲基哌嗪、N-乙基哌嗪、2-甲基哌嗪及高哌嗪。企业废水分为两类:高浓度废水和车间冲洗水等低浓度废水,工程调试废水是通过将高浓度废水和低浓度废水定量配入调节池中。

1.2工程构筑物

工程构筑物全部采用钢砼结构。

1.3工艺流程

高浓度废水和低浓度废水通过泵每天定量给入调节池内均质,控制所需要的废水水质,然后由提升泵连续将废水从调节池给入水解池-兼氧池-好氧池,水解池分解大分子有机物并使有机胺充分氨化,沉淀池沉淀污泥连续补给水解池内的水解污泥,好氧池硝化混合液回流到兼氧池实现反硝化。整个调试期间和后续正常运行期间,无污泥排出。

1.4工程调试方法

工程调试运行期间基本参数如下:水解池、兼氧池、好氧池溶解氧浓度分别为<0mg•L-1、<0.5mg•L-1和2~3mg•L-1;沉淀池污泥回流比为1、好氧池混合液回流比为4;污泥浓度为2.4~3g•L-1;温度为20~25℃。在进水流量26m3•d-1的条件下,逐步提高调节池废水浓度,考察有机物、氨氮、总氮去除效果,以确定其有效处理能力。调试时间2个月。

1.5分析方法

参照文献,测定化学需氧量(COD)、污泥浓度(MLSS)、总氮(TN)、氨氮(NH3-N)、硝酸盐氮(NO3--N)、亚硝酸盐氮(NO2--N)。

2结果与讨论

2.1工程COD去除效果

工程调试前,污水站已经运行了半年多,一直不稳定。为了评价和优化污水站的运行参数,通过逐步提高进水浓度和提升进水负荷,考察其处理效率。调试开始,进水COD浓度控制在2000mg•L-1左右,由于企业排水水质的变化,进水浓度无法稳定控制。运行开始,随着进水浓度升高,出水浓度基本稳定在100mg•L-1左右,运行1个月左右出水浓度略微降低,稳定在80mg•L-1左右。随后,当进水浓度升高到8000mg•L-1以后,出水COD逐步升高,并当进水浓度为19000mg•L-1左右时,出水COD升高到130mg•L-1左右,COD去除率高达99%以上。显然,再进一步提高进水COD,可预测出水COD会进一步上升。考虑到企业污水水质和成分特点,没有进一步考察更高浓度进水对污水站运行性能的影响。工程调试表明,哌嗪类废水的可生化性良好,适宜于采用生化处理。

2.2工程氨氮去除效果

含氮废水生化处理过程中,有机氮首先转化为氨氮,随后被氧化为硝酸盐。调试开始尽管进水氨氮和总氮浓度比较低(氨氮浓度小于100mg•L-1),但是出水氨氮较高,达到20mg•L-1左右。随着微生物进一步驯化和进水浓度的提升,出水氨氮明显降低;当进水氨氮浓度小于350mg•L-1时,出水氨氮浓度不高于5mg•L-1。但是当进水氨氮浓度进一步提升到600mg.L-1左右时,出水氨氮浓度升高到13mg•L-1左右。与此同时,出水中氨氮的氧化产物硝酸盐含量随着进水氨氮浓度的升高而升高,但是明显低于氨氮的去除浓度。当进水氨氮浓度为600mg•L-1L左右时,出水硝酸盐氮只有140mg•L-1左右。结果表明,本工程不仅硝化效果良好,而且总氮去除能力也非常高。

2.3工程总氮去除效果

随着我国对富营养化问题和总氮控制的日益重视,工业污水总氮控制迫在眉睫。污水站氨氮去除效果良好,并不能够说明总氮去除效果佳。4。废水中总氮浓度明显高于氨氮,随着进水浓度的提升(最高达1300mg•L-1),出水总氮也随之升高。在调试初期,总氮去除能力不明显,但是运行一周之后,工程表现出了优异的总氮去除性能,总氮去除率高达78%以上。出水中总氮浓度略微高于硝酸盐氮,说明废水中的有机氮基本上转化为无机氮了。通过废水水质分析发现,废水中COD/TN约14,高于一般城市生活污水,说明了总氮的去除与碳源浓度水平关系较大。

2.4污泥沉降性能

在生化脱氮工程中,污泥沉降能极大地影响了工程的稳定运行。通过测定污泥沉降比考察了污泥沉降性能。工程调试1个月内,各污水池内污泥沉降性能良好,SV为30%左右。随后,缺氧池、好氧池中污泥SV明显上升,并稳定在70%~80%,此时,缺氧池、好氧池内污泥沉降性能变差。调试期间,污泥浓度变化不大,污泥沉降性能与污泥性状关系密切,但同时高浓度硝酸盐的存在会诱使沉降过程中的反硝化,产生的氮气会影响污泥的沉降。通过调试期间数据分析,出水中硝酸盐氮浓度不高于100mg/L时,污泥的沉降性能受反硝化过程影响不大。

3结论

(1)尽管哌嗪类废水组分复杂,但是可生化性良好,对硝化菌和反硝化菌的活性没有抑制性;

(2)水解-缺氧-好氧组合工艺可处理高浓度哌嗪类废水,进水COD、氨氮及总氮浓度最高可达到19000mg/L、600mg/L和1300mg/L左右,处理后出水COD、氨氮及总氮分别为130mg/L、20mg/L和160mg/L左右。

(3)哌嗪类废水水质特点有利于总氮的去除,但是废水浓度高时,污泥沉降性能会受到负面影响。

参考文献

[1]付晓磊,赵春晖,崔洪光,等.哌嗪的氨基酸缀合物的合成、表征及抑菌活性研究[J].大连大学学报,2014,35(3):51-55.

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[7]原国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法[M].4版.北京:中国环境科学出版社,2002:104-279.

作者:宋永海1;吴成强2;,林钟秒3;张红燕3;林炜2;吴达兵2 单位:1.临安市太阳镇政府,2.浙江工业大学,3.浙江环龙环境保护有限公司,

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