水力清砂废水及湿法除尘废水综合处理

林静，郭海燕，张寿通，李明高

(大连交通大学环境与化学工程学院，辽宁大连116028)*

0 引言

水力清砂废水和湿法除尘废水是机加工企业在生产过程中会产生的两类废水.水力清砂是利用高压水经管道输送到喷枪以形成高压射流，射向铸件表面清除型壳的一种方法.它的主要作用一是切割，二是冲刷.当高速射流对砂块所产生的冲击力超过砂块的抗剪强度时，砂块即被切碎.然后水流渗入砂块的裂纹，破坏砂块之间的联系.砂块被冲散，并随水流一起洗刷下来形成水力清砂废水.水力清砂废水pH较大，往往含有大量的水玻璃和无机沙粒，水玻璃使水形成胶体，粘度增加，大大阻碍了泥砂的沉降.如将此类高碱性的胶液直接外排，将严重堵塞下水道及污染河流［1-2］.湿法除尘是利用含尘气体与水或其它液体相接触时，水滴和尘粒的惯性碰撞及其他作用而把尘粒从气流中分离出来.其突出优点是可以同时对有害气体进行净化，但易产生二次污染，耗能高.湿法除尘产生的除尘废水往往含有较高的悬浮物，为黑褐色，且COD浓度很高.在对水力清砂产生的粉尘进行湿法去除时产生的废水呈现碱性，直接排放将对环境造成较大的污染［3-4］.

目前，清砂废水和湿法除尘废水进行处理一般采用沉降分离和机械分离相结合的工艺，但直接沉降工艺占地面积大，采用离心分离、真空过滤、自动板框压滤等机械分离工艺除设备投资高以外，其维护和运行费用都较大［5-6］.为减少废水排放，提高水资源利用效率，对以上两类废水进行循环使用，实现清洁生产和企业节能减排目标.本文针对两类废水的水质特征提出物化和生化联合综合处理方法，实验确定了最佳处理工艺及工艺参数，为两类废水的治理和回用处理工程提供了技术支持.

1 实验方法

1.1 实验装置

混凝条件确定采用烧杯实验.生化处理实验装置采用有机玻璃反应器，平行设置三套，分别为单独好氧处理、厌氧-好氧生物处理以及厌氧-好氧(回流)处理三种工艺流程［7］.其中厌氧-好氧(回流)处理系统如图1所示.经混凝处理的废水置于储水池中，厌氧反应器和好氧反应器内填充聚氨酯填料，表面生长培养成熟的厌氧和好氧生物膜，有效容积分别为3L和6L，生化处理后出水流经沉淀池沉淀后出水.生化反应器内水温约为20℃.

图1 实验装置

1.2 实验用水

实验用水来自某机加工企业，其中，水力清砂废水来源于高压水清除铸件表面水玻璃砂型壳操作过程，湿法除尘废水来源于对人工清砂过程中产生的粉尘进行湿法除尘的操作过程.废水中含有石英砂、水玻璃(硅酸钠)、甘油醋酸酯、丙烯碳酸酯难于生物降解的甘油酯类有机物［8-9］，pH较高，悬浮物浓度较高.经测定，两类废水混合后水质指标如附表所示.

附表 实验用水水质

1.3 实验内容与分析方法

1.3.1 实验内容

(1)根据预实验结果选取混凝剂为聚合氯化铝(PAC)，助凝剂为阳离子聚丙烯酰胺(PAM)，采用烧杯实验优化混凝条件，确定混凝剂和助凝剂的最佳投加量.

(2)对混凝后废水进行生化处理，考察单独好氧处理、厌氧—好氧处理和厌氧—好氧(回流)处理三种工艺条件下废水的处理效果.其中，单独好氧处理时好氧生物反应器水力停留时间15h，厌氧-好氧处理时，厌氧和好氧生化反应器水力停留时间别为5h和10h，厌氧—好氧(回流)处理时厌氧和好氧生化反应器水力停留时间别为4h和8h，回流率100%.

(3)确定最佳处理工艺，使其出水达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002一级A)，满足水力清砂高压水枪和湿法除尘用水的水质要求.

1.3.2 分析方法

主要化学指标分析方法参照《水和废水监测分析方法》［10］.

2 实验结果与讨论

2.1 混凝烧杯实验结果

采用水力清砂和湿法除尘混合废水，废水COD为220 mg/L，pH为11.首先调整废水pH为7.0，在保持助凝剂PAM浓度为10 mg/L的条件下，投加不同量PAC，混凝效果如图2(a)所示.保持PAC投加量为60 mg/L，不同PAM投量条件下混凝效果如图2(b)所示.从图2(a)可以看出，在混凝剂投加量为20～140 mg/L的范围内，PAC投量对废水COD去除和浊度影响较大，而图2(b)显示，在阻凝剂PAM投量为2～16 mg/L的范围内，混凝后COD变化不大，而对浊度有较大影响.根据烧杯实验结果，确定最佳PAC和PAM投加量分别为100 mg/L和10 mg/L，COD和SS去除率分别达到28%和64%.

图2 投加不同物质条件下混凝效果

2.2 连续混凝处理效果

根据最佳混凝条件，投加混凝剂PAC 100 mg/L和助凝剂PAM10 mg/L，调节pH值约7，对废水进行连续混凝预处理，处理效果如图3所示.从图可以看出，在进水COD为150～450 mg/L的范围内，经混凝处理后出水COD降至120～270 mg/L，COD去除率一般保持在在15%～30%之间.

图3 连续混凝处理效果

2.3 不同生化工艺处理效果

废水经混凝后，平行采用三套生化处理装置，对比考察了单独好氧处理、厌氧—好氧处理和厌氧—好氧(回流)处理三种工艺条件下废水的处理效果，实验结果如图4所示.从图可以看出，在混凝后出水COD浓度为120～270 mg/L，好氧处理进水COD浓度不高，但出水COD浓度为60～70 mg/L，COD去除率基本上在65% ～75%之间.尽管曝气长达15 h，废水中含难降解的有机物仍无法被微生物氧化去除，出水达不到一级A排放和回用的标准.

对混凝后出水采用厌氧-好氧生化处理，出水COD浓度较单度好氧生化处理要低，COD去除率基本上在75% ～80%之间，出水COD保持在50 mg/L左右.可见，尽管总的水力停留时间没变(厌氧5 h，好氧10 h)，由于在好氧生化处理前先进行厌氧(水解酸化)处理，可生化性差的高分子物质经过厌氧段的水解和酸化作用，使高分子有机物变成较小分子，改善废水的可生化性，不仅提高了处理效果，而且节约了曝气所需的动力消耗.

厌氧-好氧(回流)工艺将沉淀池沉淀的污泥回流至厌氧段，以提高生化反应器内生物量，同时提高进水流速，增加了池内的搅拌，使污泥与污水的接触均匀.从图5可以看出，在厌氧-好氧(回流)工艺中，尽管厌氧和好氧生化反应器的总停留时间只有12 h，较厌氧-好氧工艺的总停留时间(15 h)有所减少，但增加回流后，处理效果较无回流工艺进一步改善，COD去除率在85%以上，出水COD基本保持在40 mg/L以下，达到中水排放标准［11］，出水可直接回用于水力清砂高压水枪和湿法除尘用水.

图4 三种工艺条件下COD去除效果

3 结论

采用物化混凝和生化法结合的工艺处理水力清砂和湿法除尘混合废水，确定了废水处理工艺和工艺参数，使处理出水达到回用标准，主要结论有:

(1)水力清砂废水和湿法除尘废水悬浮物含量大，可生化性能差，通过混凝-生化联合工艺处理可以取得良好处理效果;

(2)混凝处理可以去除大部分的悬浮物，在废水pH为7左右，混凝剂PAC投量为100 mg/L、助凝剂PAM投量为10 mg/L条件下，COD和SS去除率分别达到28%和64%;

(3)混凝-好氧工艺对废水的COD去除率基本上在65% ～75%，混凝-厌氧-好氧工艺对废水COD去除率75% ～80%.混凝-厌氧-好氧(回流)工艺COD去除率在85%以上，出水COD在40 mg/L以下，达到回用标准，可回用于水力清砂高压水枪和湿法除尘用水补充水.

［1］刘艳杰，杨俭.高压水射流清砂机的研究［J］.煤炭技术，2002，21(3):59-60.

［2］冉兴.熔模精密铸件的水力清砂［J］.特种铸造及有色合金，2000(3):23-25.

［3］刘精今.锅炉湿法除尘废水循环回用治理中的悬浮物处理技术研究［J］.工业水处理，1999，19(2):22-23.

［4］刘精今.燃煤锅炉湿法除尘废水循环回用后的水质处理工艺和技术研究［J］.四川环境，1998，17(3):27-31.

［5］杨俭.新型高效水力清砂机的研究［J］.煤矿机械，1996(5):25-27.

［6］刘景华.自动板框压滤机在水力清砂废水中的应用［J］.铁道劳动安全卫生与环保，1989，60(2):22-23.

［7］Metcalf＆ Eddy，George Tchobanoglous，Frankin Burton，et al.Wastewater Engineering Treatment and Reuse［M］.［s.l.］:Boston Mc Graw-Hill，2003.

［8］高廷耀，顾国维，周琪.水污染控制工程(下册)［M］.北京:高等教育出版社，2007.

［9］杨岳平，徐新华.废水处理工程及案例分析［M］.北京:化学工业出版社，2003.

［10］魏复盛.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.

［11］张自杰.环境工程手册［M］.北京:高等教育出版社，1996.