某化工厂综合高浓度废水的处理工艺方案研究

杨维星 王钲文

广西博世科环保科技股份有限公司四川分公司 四川 成都610041

高浓度有机废水的治理是现阶段国内外环保技术领域亟待解决的一个难题。有机化工废水污染物浓度高、毒性大、可生化性差,因此一般很难进行生物处理。特别是有些有机废水COD高达几万至几十万毫克升,成分复杂,我们将称之为高浓度有机废水,常规方法几乎不能用来直接处理。高浓度有机废水主要来自化工行业,如含有机磷、酚的农药废水;含酸、碱、盐、高色度的染料颜料废水等。

1 高浓度有机化工废水水质特点及危害

(1)有机物浓度高,可生化性差:COD一般在几万至几十万毫克升,相对而言,BOD5较低,BOD5/COD的比值往往小于0.3。(2)成分复杂,含有毒性物质:废水中有机物以芳香族化合物和杂环化合物居多,往往还含有生产原料、半成品、副反应产物和多种无机盐,成分复杂。废水中还多含有硫化物、氮化物、重金属和有毒有机物。(3)色度高,有异味:一般来说,高浓度有机废水色度在几百倍以上,有的甚至达到几万倍。有些废水散发出刺鼻的恶臭,给周围环境造成不良影响。(4)具有强酸强碱性:工业产生的高浓度有机废水,酸、碱、盐类众多,往往具有强酸、碱性。(5)需氧性危害:由于生物降解作用,高浓度有机废水会使受纳水体缺氧甚至厌氧,多数水生物将死亡,并产生恶臭,恶化水质和环境。(6)感观性污染:高浓度有机废水会造成受纳水体变黑臭,不但是水体失去使用价值,更严重影响人居环境。(7)致毒性危害:高浓度有机废水中含有大量有毒有机物,会在水体、土壤等自然环境中不断累积、储存,然后通过食物链作用进入生物体并逐渐富集,最后进入人体,危害人体健康。

2 高浓度废水的实验装置和实验原理

2.1 实验器材 蠕动泵(YZ15 BT100)、时间控制器、一级厌氧装置、二级厌氧装置(有机玻璃)、搅拌器(D90-2F 90 W,4000 r/min)、好氧桶、曝气器(增氧机)、曝气头、水桶(5个)、水泵(HQB-3900)、空气压缩机、臭氧发生器(CF-G-3-20g型)、臭氧+活性炭反应柱装置(有机玻璃管高3 m)、水槽、PH 计、测量CODcr的仪器等

2.2 实验药品 颗粒活性炭、粉末活性炭、盐酸、硫酸、硫酸银、硫酸汞、重铬酸钾、硫酸亚铁铵、葡萄糖、尿素、磷酸二氢钾、硫代硫酸钠等

2.3 实验装置与实验工艺

图2 -1连续运行的反应装置及工艺流程

3 高浓度废水工艺流程探索优化实验

3.1 综合高浓度废水成分及水质分析 某化工厂综合高浓度废水组分为:(1)混合水CODcr:181760 mg/L,PH值:8-9;(2)阴离子水CODcr:45200 mg/L,PH 值:3-4;(3)阳离子水CODcr:146500 mg/L,PH 值:12-13,综合废水按混合废水:阴离子废水:阳离子废水=2:2:1的比例。其中混合水组成由丁烯醛、煮洗废水、PTMEG 废水、3.5 万/Nm3焦炉气PSA 装置脱脱萘再生废水、GBL废水、V-3410酯类侧有机废水、污水池废液(按1.2:

0.2 66:2:6:1:1.4 4:1.2 的比例混合),其中阴离子废水有一些的泡沫。

图2 -2空气压缩机+臭氧发生器+有机玻璃反应柱

高浓度废水的水质有以下几个特点:

*废水的成分复杂、有机污染物种类繁多,亦夹带有部分无机物和挥发性气体

*有机物浓度非常高,其CODcr浓度高达120000 mg/L

*废水的可生化性差,因此该废水属于不宜直接生物降解的废水*废水的颜色呈红棕色,色度极高,臭味比较大

*综合高浓度废水属于强碱性废水(PH 值9-11之间)

3.2 探究温度对厌氧反应的影响实验 在一级厌氧装置、二级厌氧装置中分别采用2个恒温棒,控制反应装置的温度,监测温度对厌氧处理效果的影响:

表3-1 温度对厌氧去除效果影响的对比实验

★数据分析:在32℃-35℃的温度环境下的去除效果较好,比18℃-20℃条件下的去除率高12%以上。一般认为厌氧消化的最佳温度是30～35℃,若低于30℃,处理效果便会降低,若低于16℃基本上没有效果。

3.3 连续反应装置的实验 连续反应装置即:一级厌氧(有效体积17L)→二级厌氧(有效体积13L)→好氧(有效体积6L),以下为连续1个月监测的实验数据:

在连续反应装置中(一级厌氧+二级厌氧+一级好氧),每天给一级厌氧进预处理后的综合废水1L:

表3-2 连续反应装置每天进水1L的实验数据

★数据分析:◆一级厌氧反应CODcr去除率在61.22%～65.38%之间,容积负荷在0.39kg CODcr/(m3.d)左右,水力停留时间17 d;◆二级厌氧反应CODcr去除率在67.97%～71.48%之间,容积负荷在0.21kg CODcr/(m3.d)左右,水力停留时间13 d;◆好氧反应CODcr去除率在58.07%～68.33%之间,容积负荷在0.10kg CODcr/(m3.d)左右,水力停留时间6 d.

3.4 臭氧和曝气预处理综合废水对比实验 在臭氧反应柱中综合废水曝气1h后做极限好氧和臭氧45 min+曝气15 min处理后做极限好氧,臭氧浓度为150g/h,水量分别为8L:

表3-3 预处理方式对比实验

★数据分析:通过去除率对比可以看出曝气1h的处理效果与臭氧处理45 min+曝气15 min的去除率高1.25%,再考虑到运行成本的因素,最终采用曝气1h的预处理方法。

表3-4 综合废水曝气1h极限好氧

★数据分析:通过以上两个折线图可以看出极限好氧在8天以后就基本上没有去除效果了,他们CODcr(mg/L)去除率分别为42%、47.7%,综合考虑处理效果和运行成本最终采取曝气吹脱的预处理方法。

3.5 厌氧上清液和好氧上清液高级化学氧化对比实验 此处的厌氧上清液是连续反应装置二级厌氧的上清液,好氧上清液是连续装置一级好氧的上清液,进行高级化学氧化臭氧浓度控制在150g/h,处理水量分别为8L:

图3 -1厌氧上清液和好氧上清液高级氧化后极限好氧对比

★数据分析:从以上数据表和对比曲线图分析可知:好氧上清液和厌氧上清液高级化学氧化后极限好氧除去率高,去除效果明显。所以高级化学氧化应放在好氧之后比较合理,并且能够使综合废水的CODcr降到500 mg/L以下。

3.6 本章小结 经过六个月的研究性实验,通过对实验数据整理和分析,综合考虑技术可行,经济合理的原则,确定了废水实验优化工艺流程:

首先综合高浓度废水充分混合调节PH 值至7左右,在生化反应过程中温度控制在30℃-35℃的环境下,进行曝气1h的吹脱预处理(去除一些挥发性有机物),然后废水依次经过一级厌氧、二级厌氧、一级好氧,再经高级化学氧化(臭氧+活性炭装置)后进行二级好氧,能使高浓度废水CODcr从120000 mg/L下降到500 mg/L左右,CODcr去除率达92%以上。

附工艺流程图:

图3 -2工艺流程图

4 结论及建议

(1)实验表明,本实验中的臭氧+活性炭组合的高级化学氧化处理高浓度废水效果较好,能使难降解的大分子有机物分解成小分子可降解的物质,改善废水的可生化性,活性炭的催化作用使臭氧处理效果更好且能吸附一些有机物和有害物质;

(2)在曝气之前,综合高浓度废水PH值太高9-11应先中和调节至7左右,再进行曝气效果会更好。在曝气中主要吹脱的是一些挥发性有机物(主要是甲醛、丁烯醛等醛类物质);

(3)厌氧反应的最适温度控制在30℃-35℃,PH值控制在6.8-7.2,效果最好,厌氧污泥与污水中有机物充分混合(采用低速搅拌)可以提高容积负荷;

(4)在实际工艺中可以采用上流式厌氧污泥床反应器(UASB),分段厌氧处理法(厌氧接触法和UASB的串联)等高污泥负荷的厌氧处理方法;

(5)在好氧污泥、厌氧污泥的培养过程中,注意营养物质的添加,主要是添加少量的N、P物质(尿素、磷酸二氢钾),注意C:N:P比;

(6)由于厌氧污泥的培养过程是很长的,本实验厌氧反应阶段的容积负荷还很小,实际工艺中厌氧容积负荷可达10-20kg COD/(m3·d),这样水力停留时间就会大大的缩短。