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2物化处理阶段
乳饮料废水中含有一些呈胶体状态的食品添加剂,诸如增稠剂、稳定剂等。这些物质大多是长链分子,生化降解所需时间较长。在生化系统之前先通过物化处理,将这部分胶体物质去除,可减轻生化系统的处理压力。乳饮料废水具有一定的粘滞性,不溶于水的胶体物质,通过加药混凝形成的矾花依然质轻,易上浮,可采用气浮处理。气浮处理装置有多种形式,对乳饮料废水而言,实际工程经验显示平流式加药溶气气浮效果较好,对CODCr的去除率可达到30%~40%。加压溶气水的产生可采用溶气罐或溶气水泵的形式。德国的EDUR水泵通过叶轮切割直接形成溶气水,效果较好,但造价昂贵,维修费用高。
3生化处理阶段
生化处理系统是废水处理的中心环节,它直接关系到出水水质的好坏、运行成本的高低。在生化系统的设计上,要注重各生化水池布水的均匀性,尽量减少水流阻力,确保水流通畅。对乳饮料废水的A/O生化处理系统,A为水解酸化池,O为接触氧化池。对生化处理阶段的设置有以下建议。水解酸化池可将大分子物质转化为小分子物质,提高废水的可生化性,为后续的好氧生化处理创造良好的环境。水解池的水力停留时间以不小于5h为佳,容积负荷取6.0~7.5kg[CODCr]/(m3•d),溶解氧的质量浓度取0.3~0.5mg/L。水解酸化池可分为膜法和泥法2种形式。采用膜法水解酸化池,在反应池内加挂组合填料,设置曝气器或潜水搅拌机以维持污泥和废水处于一个稳定的混合状态。膜法水解酸化池进水方式推荐采用推流式,该进水方式应用效果较好。采用泥法水解酸化,反应池内不需要悬挂填料和设置搅拌装置,废水通过池底的布水装置进水。采用泥法设置时,要重点考虑进、出水系统。进水可采用产品化的布水器或设置穿孔布水管。在池中悬浮污泥层设置静压排泥管,及时抽泥,避免进水口堵塞,影响布水均匀性。泥法水解酸化池受进水方式的影响较大,不易控制。接触氧化池是一种膜法处理工艺,在曝气池中设置填料,将其作为生物膜的载体,避免污泥膨胀并提高微生物的量。当废水流经填料时,在生物膜和悬浮的活性污泥共同作用下,废水得到净化。接触氧化池的水力停留时间以20h以上为佳,容积负荷取1~2kg[CODCr]/(m3•d),溶解氧的质量浓度取2~4mg/L。在接触氧化池曝气器的选择上,目前广泛采用盘式微孔曝气器和管式微孔曝气器,其中盘式曝气器常用有膜片式、旋流剪切式等。膜片式微孔曝气器有直径200、250、300mm等不同规格,旋流剪切式有260、460mm等。管式曝气器长度常选用500、750、1000mm等。几种曝气器各有优点,膜片式曝气器曝气均匀,使用效果好;旋流剪切式曝气器使用寿命长;管式曝气器安装方便。膜法生化池最大的特点是在池内悬挂填料,常用的生化填料有弹性填料、软性填料、组合式填料等,对乳饮料废水处理工程,因污泥质轻,采用组合式填料较好。悬挂填料采用的填料支架,直接决定填料的使用寿命。目前,关于填料支架尚没有相应的标准及规范要求。很多工程项目采用塑料绳作为填料的支撑架,投入使用不足1a,塑料绳遇水发胀断裂,就需重新更换填料,使生化系统的维护周期缩短。因此,在生化水池的设计上,应设置牛腿,并在牛腿上设置预埋铁板或不锈钢板,以固定填料支架。对设置牛腿的生化水池,填料支架做法可参考图2进行。生化池内设置牛腿,上下两层,牛腿上预埋M1板。采用10#槽钢,焊接在预埋板上,间距1.8m,中间增设横梁和立柱,填料支架采用12#螺纹钢制作,螺纹钢间距为150mm。填料直接悬挂在硬性承接螺纹钢上,可大大提高填料的使用寿命。若条件允许,填料支架可采用不锈钢材质制作,日后生化水池维护,只更换填料即可,无需再次制作填料支架。一些改造项目,生化池内未设置牛腿,对此类生化水池,填料支架做法可参考图3进行。对于未设置牛腿的生化水池,尤其是旧有系统的维护,填料支架的做法可采用池底生根布置,用10#槽钢或同类材料,固定于池底,并在侧部固定,作为立柱,随后主支撑采用10#槽钢布置,间距为1.8m,填料支架采用12#螺纹钢制作。取消填料支架直接固定池壁的做法,避免水池清理时,池壁受到水力挤压及填料拉伸的影响,维持构筑物池壁稳固。
4沉淀-污泥处理阶段
二沉池的运行对污水处理站的出水水质有着至关重要的影响,一旦二沉池运行出现问题,出水SS浓度就会明显升高,导致出水水质恶化。针对乳饮料废水处理工程,二沉池的表面负荷取0.75~0.90m3/(m2•h)。同时应慎用斜管沉淀池,不少小型乳饮料废水处理站,二沉池多采用斜管沉淀池。只考虑到了斜管沉淀池节省占地及投资的优势,而忽略了实际使用效果。乳饮料废水的生化污泥质轻,不易沉淀,污泥发酵产生的沼气,会冲击斜管,导致斜管填料塌陷。在小型乳饮料废水处理工艺中二沉池的选择上,建议选用竖流式或平流式二沉池。二沉池污泥泵建议选用自吸式污泥泵,同时二沉池池底每个泥斗应单独设立排泥管,不可并用。气浮系统产生的物化污泥与生化系统的剩余污泥都混合在污泥浓缩池内浓缩,因物化污泥质轻,会导致污泥浓缩池出现上层气浮泥渣、中层水、下层生化污泥的现象,故而污泥浓缩池的设计除设计泥斗外,可加设框式搅拌机,将物化污泥混入生化污泥内,以保证物化污泥得到及时处理。浓缩后的污泥可通过自吸污泥泵或螺杆泵抽入压滤机压滤,压滤后的干污泥交由专业机构处理。
沉淀法是化学方法中的一种,在对汞废水的处理中效果较为明显,且具有可行性。一般使用促进沉淀发生的催化剂为Na2S,应用效果为:Hg2++S2—HgS下降。沉淀法是对工业生产中含汞废水的酸碱值进行改变,将其控制在9-11之间,Na2S的增加量是基础增加量的5-20,将两者进行综合,添加质量数值为0.01%-0.03%的无机凝结剂,在沉淀之后进行滤除清澈的部分,这种沉淀法能够降低废水中汞的浓度。
1.2交换法
交换法是进行离子树脂之间的交换,将这种方法使用在汞废水的处理中,能够有效的进行汞含量的处理,特别是碱性较大的阴性离子进行交换树脂以及拥有选择性的综合树脂,交换的时间短,较少污染能力较强,拥有良好的化学稳定性,体现出这种方法的有效性。交换法是将几种树脂装柱组成废水净化系列,这样含汞废水通过几个交换柱后,出水中检验不出来汞。
1.3加热法
加热法是进行蒸发然后使物体被浓缩出来的方法,蒸发的晶体是蒸发的催化剂,促使溶液溶解速度不平衡达到平衡,不间断的进行蒸发流程,把多余的溶液物质进行结晶分析的过程,适用于溶解的速度会因为温度的变化不发生较大变化的物质。蒸发结晶的安装设置由七部分组成,分别是:两个加热空间;两个分离空间;表层制冷机器;真空泵;离心作用的机器。将含汞废水的酸碱值调节到酸碱度适中的之后,使用两种加热空间和两种分离空间的蒸发法进行处理。废水中的物质在第一个加热空间和第一个分离空间中没有形成结晶,但可以增强蒸发效果,促使在第二个加热空间和第二个分离空间中出现结晶,因此,加热法可以有效的进行汞废水的处理,使废水中的汞含量去除率达85%以上。
1.4电解法
利用微电解技术进行废水除汞,主要是在微电解的流程中加载金属物质和其他增加物,通过水环节产生化学反应,汞就会被分解出,再通过滤除环节就可以去除掉废水中的汞,减少污染现象。在进行微电解除汞时,酸碱值要适中,不能太大,也不能太小,需要在反应器中放置半个小时,经过微电解的环节和处理,可以有效的降低废水中的汞含量,使汞含量达到废除处理的要求。
2电石法聚氯乙烯含汞废水处理
聚氯乙烯(Polyvinylchloride)是氯乙烯单体,在过氧化物中的诱发剂,曾经是全世界生产数量最大的一般塑料,应用非常广泛,比如:工程材料、生活用品、电线管道、包装材料等。据相关资料和数据显示,2012年,我国的聚氯乙烯生产数量达到1300万吨,一种电石法聚氯乙烯的生产数量就有1000万吨,对汞的利用率较大,占整个中国使用汞总量的80%以上,使用汞的流程主要有以下七个方面的内容,分别是:废汞催化剂;去除催化剂中的废水;转化器中的活性炭去除汞含量;溶解吸附汞;含汞废水中的碱性物质;进行废水除汞之后的废水物质;除汞之后的流程。在氯乙烯单体的生成环节中,由于氯化汞会因为温差变大,从固体形态不经过液体形态直接变成气体形态,造成汞的浪费,剩余大量的汞滞留在废水的催化剂中,在直接有固体形态转变到其他形态的过程中,浪费的汞会顺着某些物质反应形成的粗制氯乙烯气体流入进之后的废水净化体系中,出现一连串的含汞物质。在电石法聚氯乙烯制造业中含汞废水中的汞浓度较高,但是水量却较少,为了去除其中的汞含量,可以先使用沉淀法,降低废水中的汞浓度,然后使用离子交换法,促使汞废水的处理符合标准要求,这两种方法,操作起来都比较方便且简单,能够有效的对电石法聚氯乙烯汞废水进行处理,具有良好的经济效益,可以促进工业进程的发展。
姓名 专业 环境监测与治理技术 班级 学号
一、 任务情况描述:
(1)熟悉甲醇生产工艺及操作参数,搜集甲醇废水处理相关资料并分析研究。
(2)进一步熟悉甲醇生产工艺及操作参数,优选甲醇废水处理工艺。
(3)分析优化甲醇废水处理工艺。
二、任务完成计划:
2.23~3.23熟悉甲醇生产工艺及操作参数,搜集甲醇废水处理相关资料并分析研究。
3.24~4.24进一步熟悉甲醇生产工艺及操作参数,优选甲醇废水处理工艺。
4.25~5.25做好本职工作同时,认真撰写并修改论文。
5.26~6.07 资料整理,准备答辩。
三、计划答辩时间:
XX.06.08~XX.06.14
实习指导教师(签字): 系学生顶岗实习领导小组组长(签字):
年 月 日 年 月 日
学生顶岗实习生活污水处理分析任务书
专项任务名称 某生活污水处理分析
姓名 专业 环境监测与治理技术 班级 08级 学号
一、 任务情况描述:
(1)熟悉污水处理工艺流程、平面布置;熟悉各处理设施的功能、结构、工作原理、运行参数;
(2)理解运行参数含义,会测定,并能用于运行指导;
(3)掌握工艺设备处于良好运行状态的措施,逐步能独立操作、分析;
(4)会分析解决运行中出现的突发问题;
(5)做好运行记录、维修保养记录,并统计分析各项记录,以更好地指导生产。
二、任务完成计划:
2.23~3.13熟悉污水处理工艺流程、平面布置;熟悉各处理设施的功能、结构、工作原理、运行参数,查阅收集相关资料。
3.14~4.24理解运行参数含义,进一步掌握工艺设备处于良好运行状态的措施,逐步能独立操作分析,做好论文撰写准备。
4.25~5.25 分析解决运行中出现的突发问题,完成论文撰写。
5.26~6.07 修改论文,准备答辩。
三、计划答辩时间:
2乌海市PVC行业工艺废水处理现状
调查乌海市近几年建成投产的和在建的PVC企业的工艺废水处理措施及去向,分析PVC行业工艺在经济可行的前提下目前是否能够做到废水零排放。通过对乌海市现有及在建氯碱项目废水处理工艺及废水去向的调查可知:
1)我市PVC行业氯碱界区工艺废水(包括酸碱废水、含盐废水)所采取的处理工艺相同,全部是经中和、絮凝、沉淀处理后用于化盐,在氯碱界区实现了废水零排放。
2)固碱蒸发工段的蒸汽冷凝水已建企业中有的进行了回收利用,有的直接排入大气,未进行回收利用;固碱蒸发冷凝水实现零排放在乌海有运行实例。
3)已建PVC项目离心母液处理工艺虽然不相同,工艺较完善、处理效果较好的工艺为两级生化+絮凝沉淀+过滤+次钠消毒工艺,最简单的工艺为沉淀池沉降+纤维过滤器工艺,但去向全部是补入循环冷却水系统,不外排;目前在乌海最好的工艺为加药絮凝沉淀+BAF+臭氧氧化+曝气还原+BAF+双膜工艺+混床处理工艺对离心母液进行处理,处理后60%回用于聚合系统,40%回用于循环冷却水系统,不外排,实现了离心母液零排放。
4)含汞废酸全部采用盐酸解析技术处理后,用做VCM酸洗用水,不外排。
5)其它含汞废水全部经处理达标后回用于VCM碱洗或水洗用水,不外排。含汞废水处理工艺较先进的为硫化钠-氯化铁沉淀+三级活性炭+三级离子交换器处理工艺,处理后废水蒸发结晶处理,产生的结晶盐送有资质单位处理,实现含汞废水零排放。
6)次钠废水的处理:有的送至全厂综合废水处理系统经生化处理后用于乙炔发生和自备电厂冲灰,有的单独设置一套处理装置,采用汽提+冷却+加药混凝沉淀工艺,处理后部分回用于乙炔发生,部分回用至次钠配置单元,少量进入综合处理单元处理后排入园区污水处理厂,有的采用加药混凝沉淀+次钠氧化工艺处理后用于乙炔发生,但乙炔发生产生的电石渣浆有部分排到渣场。
7)电石渣浆:有的采用沉淀+浓密池澄清+板框压滤工艺处理后用于乙炔发生和排至自备电厂灰场降尘,有的采用沉淀+浓密池澄清+板框压滤工艺,处理后部分回用于乙炔发生,有的采用沉淀+板框压滤工艺处理后部分用于乙炔发生,部分随电石渣一起排到渣场,有的因采用干法乙炔发生工艺不产生电石渣浆废水;由以上分析可以看出,采用干法乙炔生产工艺,不产生电石渣浆,采用湿法乙炔生产工艺,少数企业做到了电石渣浆不外排,多数企业均有电石渣浆排至灰渣场,故电石渣浆实现零排放有待进一步探讨。由以上分析可以看出,由于项目筹备和建设时间不同,乌海市PVC项目废水治理工艺出不同,总之,随着建设时间的推移,在总结已投运的PVC企业的经验教训的基础上,废水处理工艺和回用途径的设置也越趋合理,在废水分类处理、废水分质使用方面也采取了一些较好的措施,如乌海市君正化工40万吨PVC及40万吨烧碱项目在废水分类处理、废水分质使用方面做的相对较好,对次钠废水进行了单独处理,并采取了蒸发装置的蒸汽冷凝水回用纯水站;纯水站浓水回用乙炔清净;干燥蒸汽冷凝液回用聚合热水槽入聚合釜等废水回用措施但仍未实现工艺废水零排放。
3与国内当前较成熟氯碱行业废水处理工艺及排放水平的对比分析
目前国内氯碱界区产生的工艺废水(包括酸碱废水、含盐废水)普遍采用中和、絮凝、沉淀处理工艺处理酸碱和含盐废水,处理后全部用于化盐;对固碱蒸发产生的蒸汽冷凝水收集回用于化盐系统和电解槽。PVC界区产生的含汞酸采用共沸解析技术和加盐解析技术处理后,用做VCM酸洗用水;产生的其它含汞废水采用硫化钠-氯化铁沉淀+三级活性炭+三级离子交换器处理工艺,处理后废水有的回用于VCM碱洗用水,有的回用于VCM水洗用水,有的直接排放;离心母液普遍采用两级生化+絮凝沉淀+过滤工艺处理后补入循环冷却水系统;采取加药絮凝沉淀+BAF+臭氧氧化+曝气还原+BAF+双膜工艺+混床处理工艺处理离心母液目前主要处于中试阶段,处理后母液60%回用于聚合系统的企业尚未实现长期稳定运行;次钠废水单独设置处理装置,采用汽提+冷却+加药混凝沉淀工艺,也逐步开始在各大企业中推广应用;电石渣浆普遍的处理方法是沉淀+浓密池澄清+板框压滤工艺,处理后回用于乙炔发生,或采用干法乙炔生产工艺杜绝电石渣浆的产生。由此可见,乌海市PVC项目废水治理基本上全部采用了国内较为成熟的治理工艺,君正化工40万吨PVC及40万吨烧碱项目经内部挖潜,在某些方面还优于国内普遍水平,但次钠废水仍做不到零排放,有少部分需处理达标后排至园区污水处理厂,工艺废水做不到零排放。
4乌海市现有PVC及烧碱项目存在的问题及解决办法
4.1存在的问题乌海市现有PVC及烧碱项目废水治理主要存在以下问题:
1)有的企业固碱蒸发工段的蒸汽冷凝水直接排入大气,未进行回收利用。
2)离心母液部分企业采用的处理工艺达不到循环水补充水水质要求,造成循环冷却水系统排水水质不能满足环保要求。
3)含汞废酸共沸解析技术和加盐解析处理装置运行不稳定。
4)其它含汞废水处理工艺参差不齐,有些企业处理工艺较简单落后,实现达标有一定的难度。
5)次钠废水经处理后普遍做不到零排放。
6)有些企业有部分电石渣浆随电石渣一起排到渣场或灰场,未实现零排放。
4.2解决方法
1)针对部分企业固碱蒸发工段的蒸汽冷凝水直接排入大气,未进行回收利用这一问题,因乌海当地已有成功经验,对现有企业可以通过技术改造回收利用这部分蒸汽冷凝水,实现固碱蒸发冷凝水的回收利用,针对新建项目,可通过环保三同时要求实现蒸汽冷凝水零排放。
2)针对部分企业离心母液采用的处理工艺达不到循环水补充水水质要求,要求部分企业学习先进经验,改进离心母液处理工艺,保证处理后水质能够满足循环冷却水系统对水质的要求,全部补入循环冷却水系统,不外排;
3)含汞废酸共沸解析技术和加盐解析处理装置运行不稳定,积极寻求技术支持,做好设备防腐蚀工作,保证处理装置稳定运行。
4)改进含汞废水处理工艺,以保证含汞废水实现稳定达标。
5)次钠废水做不到零排放,主要原因有两个:一是部分企业未对这部分废水进行有效的处理,不能满足回用于乙炔发生用水要求;二是即使对这部分废水单独进行了处理,能够满足乙炔发生用水水质要求,但由于乙炔发生产生的电石渣制水泥对氯根的要求,不能全部回乙炔发生,剩余次钠废水又找不到合适的去向及用途,只能外排。最好的解决办法是改变乙炔清净工艺为硫酸清净,但又出现固废硫酸处理问题,在我市及周边硫酸处理企业几乎没有,故改次钠清净为硫酸清净不现实,着眼于实际,解决办法是次钠废水单独设置处理系统,处理后废水在满足水泥生产要求的前提出尽可能回用,剩余部分立足于其它对水质要求不高的用水单位及项目进行回用。
6)针对电石渣浆有部分外排这一问题,因我市已有成功实例,立足于加强管理,废水分质使用,学习先进经验,来实现零排放。
5乌海市现有PVC及烧碱项目及新建氯碱项目发展方向初探
目前乌海市已投产和在建PVC项目普遍采用电石法生产PVC,采用离子膜法生产烧碱,乙炔气发生正在由湿法乙炔向干法乙炔转变,乙炔气清净普遍采用次钠清净工艺。一方面,PVC项目产生的大量废水外排,得不到综合利用,造成环境污染。另一方面,我市处于缺水地区,用水量不足已成为制约企业发展的一个重要因素。故本论文立足于节约用水,提高水资源利用率,按照废水分质使用、梯级利用的原则,希望乌海市PVC及烧碱项目将来的发展方向应为:从生产工艺角度分析,希望乙炔发生采用干法乙炔生产技术以彻底解决电石渣浆外排的问题;采用低汞触媒,改进含汞废水处理工艺,处理后含汞废水采取蒸发结晶的办法实现含汞废水的零排放;在引进废硫酸处理工艺及项目的前提下改次钠清净为硫酸清净,以期彻底解决次钠废水外排问题和电石渣氯含量高影响水泥质量的问题。从废水处理方面分析,希望根据废水特点,分别设置废水处理系统。对电石渣浆,经厢式压滤机压滤后,采用多级冷却技术进行降温,通过加药沉淀处理后解决水温高、易结垢的问题全部回用;对离心母液,采用两级生化+絮凝沉淀+过滤+次钠消毒工艺处理后水质能够满足循环冷却水系统对水质的要求,全部补入循环冷却水系统,并将最终回PVC聚合釜作为以后探索、试验及发展的方向;对次钠废水,应单独设立废水处理系统,处理后部分回用,剩余寻求其它利用途径或处理达标后回用。
6几点建议
为节约用水,提高水资源利用率,逐步达到PVC及烧碱项目工艺废水零排放的目标,提出以下几点建议:
1)由于PVC及烧碱项目循环冷却系统排污水和自备电站水处理及锅炉排污水的量也很大,采取反渗透处理工艺将这部分水进行处理回用于生产。
[中图分类号]X5[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2016)04-0096-02
在科技迅猛发展的今天,汽车产业的发展能有力的拉动一个国家经济的综合发展,推动科学技术的发展。因此,各国均将汽车产业作为支柱产业之一。2013年我国共生产汽车2372.29万辆,销售2349.19万辆,汽车产业的蓬勃发展为整个国家经济的增长提供了强有力的支撑。但是任何事物都是一分为二的,汽车产业的快速发展也带来的了一定的负面影响。随着汽车产业的快速发展,汽车产业与能源消耗、环境污染之间的矛盾也日益突出。目前汽车制造一般分为冲压、车身、涂装和装配工艺四大环节,其中涂装工艺是产生废水排放最多的工艺。涂装废水含有树脂、表面活性剂、重金属离子、油、磷酸盐、油漆、颜料、有机溶剂等污染物,CODcr值高,若不妥善处理,会对环境产生严重污染[1]。如何有效的处理汽车涂装废水中的有害物质,己经成为摆在汽车制造企业面前的一道重要课题。国内外各方也对此给予了高度重视,在工程实践和科学研究方面取得了很大的进展。本文对汽车涂装工艺废水处理研究及实践进展进行了综述。
1涂装工艺废水的特点
1.1涂装废水的来源
汽车涂装作为汽车生产过程中的重要环节,是将拼装完成的的钢板车身经过一系列化学防腐处理,最终在整车钢板基材表面包括内腔形成若干层化学涂层和相关保护介质,其主要作用是防止车身钢板腐蚀和美化车身外观。汽车涂装工艺流程包括预处理、电泳涂装、电泳打磨、PVC材料密封、中涂涂装、中涂层打磨、色漆涂装、清漆涂装、烘烤、整理报交、点修工艺、门槛黑漆、空腔注蜡、总装返修等,其工艺流程图如图1所示[2]。图1涂装工艺流程图Fig.1Processflowchartofpainting涂装废水主要来自于车体前处理工序(预脱脂、脱脂、表调、磷化、钝化等)、阴极电泳工序和中涂、喷面漆工序。脱脂剂、磷化剂、表面调节剂和磷酸等是汽车涂装废水的主要污染物[2]。
1.2废水成分及特点
废水中含有的主要有毒、有害物质如下[3]:涂装前处理:亚硝酸盐、磷酸盐、乳化油、表面活性剂、Ni2+、Zn2+;底涂:低溶剂阴极电泳漆膜、无铅阴极电泳漆膜、颜料、粉剂、环氧树脂、丁醇、乙二醇单丁醚、异丙醇、二甲基乙醇胺、聚丁二烯树脂、二甲基乙醇、油漆等;中涂、面涂:二甲苯、香蕉水等有机溶剂、漆膜、颜料、粉剂。汽车涂装废水有如下特点[4]:废水种类多、成分复杂汽车涂装线排放的废水种类很多,每一种废水水质(成分浓度)因使用的材料而异;排放无规律。除部分水洗水连续溢流排放外,涂装废水多为间歇集中排放;水量、水质变化幅度的大。由于各种废水成分、浓度各异,且排放无规律,造成汽车涂装线排水水量、水质变化很大,且无规律可循。
2处理技术及其研究进展
目前应经有多种技术用于涂装废水的综合处理或是针对某一成分作深化处理,其研究和工程实践的范围涉及物理法、化学法和生物法等多种处理方法。
2.1物化处理方法
物化法一般采用两级混凝沉淀,通过在废水中投加混凝剂,是污染物形成大颗粒的团聚物,经过沉淀、过滤加以去除。物化法原理简单、投资省、占地少,一般可用于排放要求不高的污水处理工程中。但单独采用物化处理难以达到较高的水质要求。天津某汽车制造工厂[5]的生产污水处理站选用对于化成废水单独进行除镍的预处理,主体采用一级反应-混凝沉淀-二级反应-气浮的物化工艺。经监测,水质可以稳定的达到GB8978-1996《污水综合排放标准》中的三级排放标准。磷化废水中重金属镍为国家控制的一类污染物,根据国家环保部门规定,此工厂设置预处理系统,将金属镍离子浓度处理到1.0mg/L以下,从而达到国家的要求。蔡莹等[1]针对汽车涂装废水中含有树脂、表面活性剂、重金属离子、油、颜料等污染物,特别是其中成份复杂,浓度高,可生化性差的电泳废水、喷漆废水,采用分质处理、混凝沉淀、混凝气浮、砂滤等工艺对涂装废水进行处理,取得了良好效果:CODcr去除率大于80%。
2.2生物处理方法
生物处理方法就是用微生物降解水中的有机物。该方法的优点是运行费用低,有机物的去除率高,处理过程消耗的能量少。但微生物对环境条件要求较高,处理运行周期较长。江铃集团公司涂装车间生产过程中产生大量的涂装废水,废水中含有乳化油、表面活性剂、水溶性树脂、颜料、漆料等有毒物质。公司于2004年8月投资建成了曝气生物滤池(BIOFOR)废水处理设施,自建成投用以来,运行状况良好。系统出水各项指标达到污水综合排放标准一级排放标准。整个废水处理工程具有处理能力强、处理效果好、耐冲击负荷、不需二沉池、工艺流程简单等优点。其工艺流程如图2所示[6]。刘敏等[7]研究了应用SBR工艺对涂装废水进行处理,采用射流曝气技术提高了氧的转换效率,同时对运行中的工艺参数进行探讨。结果表明应用SBR工艺处理涂装废水中的有机物是十分有效的;射流曝气技术在涂装废水中的应用是成功的。它有效地提高了混合液中溶解氧的浓度,从而提高了有机物的去除效果,降低了运行成本;生物处理的维护管理十分重要,生物相的观察和污泥性能的测试,可以有效指导操作和维护,是生物处理效果的间接反映。
2.3物化-生化处理法
由于汽车涂装废水具有成分复杂、水量波动大、排放无规律的特征,当采用单一的物化法或生物法处理废水时,存在出水不稳定达标、处理费用较高等等特点。随着废水排放标准的逐渐提高,物化生化法取代单一处理方法而成为今后汽车涂装废水处理的主要方法。该法具有处理效果稳定、运行成本低和操作管理方便等特点,能有效地去除汽车涂装废水中的污染物,具有较好的经济效益和社会效益。合肥某汽车制造厂是生产客车专用底盘和轻型载重汽车的全国汽车行业重点企业,其技术人员在深入调研的基础上,提出强化分质预处理的物化-生化法处理生产废水的方案,在优化汽车生产废水处理工艺方面进行了有益的探索。对含磷废水和高浓度有机废水分别采用石灰法和混凝沉淀-气浮法进行分质预处理。经混凝沉淀-生化-过滤工艺处理后,COD≤100mg/L,磷酸盐(以P计)≤0.5mg/L,可达标排放[8]。杨德敏、夏宏等[9]根据某汽车公司车架车间生产废水处理工程的实际情况,本着尽量减少工程投资、降低处理难度和运行成本的原则,最后确定采用预处理/气浮/水解酸化/接触氧化处理工艺,将阳极电泳废水和面漆废水分别进行预处理,然后采用气浮/水解酸化/接触氧化组合工艺进行处理。工程设计规模为200m3/d,调试运行结果表明,该组合工艺抗冲击负荷能力强,运行较稳定,出水水质达到了《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的一级标准。柳州某汽车制造厂根据汽车制造涂装废水特点,对上述涂装废水处理工艺进行了整合优化,先进行分类收集,分类物化预处理,然后将经过预处理后的涂装废水与厂区生活废水进行混合调节,再经过生化处理系统进行处理(其工艺流程如图3所示)。工程设计规模为160m3/d,调试运行结果表明,该组合工艺预处理系统与生化系统集中建站,生活废水为生化系统提供养分,降低了建设成本与运行成本,且方便运行管理,出水水质达到了《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的一级标准。
2.4其它研究进展
汽车涂装废水成分复杂,处理涉及面广。因此,为了更好的对涂装废水进行处理,除了对传统物化法、生物法和物化-生物法的研究实践,还有许多学者对诸如涂装废水除镍、处理工艺设备的运行维护、废水循环利用等方面做了大量研究。汽车涂装废水含有较高浓度的镍。汽车涂装废水一般采用混凝沉淀加生化的处理工艺,往往会忽略对镍的处理。而镍是国家严格控制的一类污染物,含镍废水的处理难度又较处理含其它金属废水要大得多,研究汽车涂装废水中除镍的工艺参数,具有现实意义。王春冬[10]等研究了化学沉淀法处理汽车涂装废水中镍的工艺参数,为满足汽车涂装废水中镍的达标排放提供保证。研究表明汽车涂装废水中影响镍质量浓度的主要因素是脱脂废水的变化,pH对漂洗废水和混合废水中镍的处理效果影响显著,投加氢氧化钙300mg/L,pH控制在11左右时,镍的去除率可以达到90.5%。江大水[11]对如图4所示的处理工艺进行了实践研究,根据实际运行,采用本处理工艺进行汽车涂装废水的处理,以下方面在设计和控制是比较重要的:水量水质调节、除油、反应条件、石灰除磷、补充营养盐、采用合适的生化池。本项目自建成以来,运行稳定,各项出水指标均优于设计指标。物化段有针对性地对重金属和磷进行了前处理,生化阶段主要对COD进行处理。晋启俊[12]等以汽车涂装车间废水资源二次利用为主题,探讨涂装车间如何再利用蒸汽和纯水附属产品-冷凝水及浓缩水,来达到节水和节能的目的,从而降低了废水排放量。冷凝水的再利用包括:再利用至空调喷淋段、再利用至空调表冷段,经过空调表冷段二次利用后的蒸汽冷凝水集中回收后送至热电厂进行再次利用。附近没有热电厂的可以将蒸汽冷凝水回收后利用泵对办公楼进行供暖,减少生活楼空调使用的消耗;浓缩水含有较高无机盐分,经过验证和实际经验证明浓缩水可以直接应用到汽车涂装生产线的喷漆室进行再利用,如:喷漆室晾干间、废漆处理循环水系统及工位和厂房供风空调喷淋段、卫生间等。
3结论及展望
汽车涂装生产工艺中产生的废水中含有多种高分子树脂、表面活性剂、乳化油及有机溶剂等,具有水量、水质波动大,成分复杂、COD含量高但可生化性差等特点。目前常用的涂装废水处理方法包括物化法、生物法和物化-生物法,采取多种手段与处理方式相结合进行综合处理,对于成分复杂且污染物浓度较高的涂装废水能达到比较理想的处理效果。从可持续发展与清洁生产的角度来看,应该改进涂装生产工艺,改良涂装材料,提高涂装技术,强化涂装生产管理,以便减少污染物的排放。
参考文献
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[10]王春冬,陈文静,李韵,等.汽车涂装废水除镍的试验研究[J].环境科学与管理,2010(02):90-92.
【关键词】火电厂;烟气脱硫、脱硝系统;生物处理技术
【Keywords】 thermal power plant; flue gas desulfurization and denitrification system; biological treatment technology
【中图分类号】X78 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069(2017)06-0183-02
1 引言
目前,社会经济的不断发展,人们对电力的需求逐渐增加。以煤炭为燃料的火电厂在进行发电的同时,还会排放出大量的SOX、NOX和颗粒物等污染物,严重污染了环境,影响着人们的生活质量。近年来,随着环保要求日益严苛,国内大部分电厂完成了脱硫、脱硝装置的改造,为减少火电厂烟气污染物排放做出了贡献。
通常情况下,火电厂烟气脱硫、脱硝尾液(简称废水)经过物理方法、化学方法去除废水中的固体悬浮物、重金属和部分有害物质后综合利用或排放至全厂废水处理系统;现有的尾液处理工艺过程,并不能处理掉全部的氮氧化合物和其他酸根离子。这部分废液不经过进一步处理进入水体,就会造成水体污染,从而产生新的环境问题。因此,开展火电厂烟气脱硫、脱硝废水的新的处理技术提上日程。
2 火电厂烟气脱硫脱硝废水处理工艺分析
2.1 废水的物理、化学处理工艺
在对火电厂废水进行物理处理时,主要采用的是过滤、混凝沉淀以及调节pH值等物理和化学相结合的方法完成废水处理过程的[1]。具体的工艺流程包括以下几点:①在废水处理站中建立一座废水调节池,尽量保证水力停留12小时以上,这样能够对废水水质和水量进行更好地调节。②脱硫系统或脱硝系统废水pH值一般偏酸性,要在废水沉淀池前面设置调节pH值的装置,pH值调节添加物质一般为生石灰或Ca(OH)2等碱性物质,可以调节废水pH值的同时去除废水中的重金属离子。③废水中含有大量的悬浮物、固含量和细微粉尘,在进行废水沉淀前要添加混凝剂,才能够保证沉淀的效果。④废水悬浮物沉淀和去除工艺对整个废水处理效果和废水后续处理工艺比较重要,根据目前运行经验,有澄清浓缩器+压滤机工艺和竖流式沉淀池+石英砂滤料2种处理工艺,前者一般用于只需进行物理化学处理的废水处理工,后者一般用于还有后续精处理工艺的流程。具体采取何种工艺需依据项目具体情况和废水水质条件确定。
经过上述物理和化学处理过程,能够基本上去除废水中悬浮物和大部分的重金属离子,但是对于废水中的酸根离子和氨氮没有去除作用。
2.2 废水生物处理工艺
为了更进一步去除废水中的有害物质和氨氮,可采用生物处理技术处理火电厂脱硫、脱硝的废水。
在火电厂烟气脱硫脱硝废水处理过程中,脱硫脱硝废水的进水温度以及初始氨氮的浓度都比较高,但是脱硫脱硝废水内的有机物浓度却相对较低。这种废水环境十分有利于厌氧氨氧化自养菌的生长。因此,一般采用厌氧氧化工艺对火电厂烟气脱硫脱硝废水进行处理。
但是在实际操作过程中,采用厌氧+好氧相结合的生物处理方法比单纯使用厌氧氧化工艺效果更好,各部分主要配置如下:
①厌氧池工艺,主要采用的是封闭钢制圆形反应器,同时在池顶设置了硫化氢收集装置,这个装置可以尽可能地收集硫化氢气体。
②兼氧池工艺。兼氧池工艺主要采用的是封闭钢制圆形反应器,同时在池顶设置一个搅拌器。
③好氧池工艺。好氧池工艺主要采用的也是封闭钢制圆形反应器,但是在池底设置了微孔曝气器,主要借助鼓风机完成供气需求。
通过物理化学处理工艺和生物处理工艺后,废水排放水质可达标排放。
3 工程案例分析
某火电厂的装机容量是1台350MW燃煤发电机组,采用石灰石-石膏法烟气脱硫工艺,脱硝工艺为选择性催化还原(SCR)工艺;该发电厂烟气脱硫、脱硝装置产生的尾液(废水)设计值是240m3/d;经过测量,该发电厂烟气脱硫、脱硝装置产生的废水水质指标如表1所示。
由上表可看出,该废水为酸性环境,废水中含有固体物、悬浮物、酸根离子、COD超标及氨氮超标;为了使得该电厂废水满足达标排放要求,拟采用物理化学处理工艺+生物处理工艺完成废水处理过程。先用物理、化学处理工艺提升pH值,去除固体物、悬浮物和部分酸根离子,使得废水水质满足生物处理工艺的相关要求,然后采用厌氧氧化+好氧相结合处理工艺,降低废水中氨氮和化学耗氧量及部分酸根离子,该发电厂脱硫、脱硝废水处理的具体流程如图1所示。
现场实测数据表明,经过上述处理工艺后,废水处理系统出口的水质指标分别是:pH值7.0左右,TSS的数值指标是100.0 mg・L-1,BOD5数值指标是50.0 mg・L-1,CODCr数值指标是100.0 mg・L-1,SO42- 数值指标是300.0 mg・L-1,T-N数值指标是125.0 mg・L-1,NH3-N数值指标是35 mg・L-1,基本满足工业废水排放标准要求。
4 结语
通过相关的实验和工程实例表明,火电厂烟气脱硫脱硝废水采用物理化学处理工艺+生物处理技术可满足工业废水达标排放要求[2],该组合工艺中最重要的部分就是厌氧工艺的使用,可以最大限度地处理掉废水中氨氮和化学耗氧量,这对于水质的清洁有相对较好的作用。实际运行工程表明,当火电厂脱硫脱硝尾液中的硫酸根含量过多时,通过厌氧工艺的处理无法产生很好的效果,甚至还可能产生制约的影响。因此,对于火电厂烟气脱硫脱硝尾液生物处理技术还要经过不断地研究和探索,以期完善处理方式,使得处理后的水能够达到相对比较干净的状态。
中图分类号:K826文献标识码: A
一、钢铁废水的来源
废水的来源:高炉和热风炉的冷却、高炉煤气的洗涤、炉渣水淬和水力输送是主要的用水装置.此外还有一些用水量较小或间断用水的地方。以用水的作用来看。炼铁厂的用水可分为:设备间接冷却水: 设备及产品的直接冷却水: 生产工艺过程用水及其他杂用水。随之而产生的废水也就是间接冷却废水、设备或产品的直接冷却废水及生产工艺过程中的废水 炼铁厂生产工艺过程中产生的废水主要是高炉煤气洗涤水和冲渣废水。
二、钢铁废水的特点
废水的水量和水质: 炼铁厂的所有给水。除极少量损失外,均转为废水.所以用水量基本上与废水量相当。高炉煤气洗涤水是炼铁厂的主要废水.其特点是水量的,悬浮物含量高,含有酚、氰等有害物质,危害大,所以它是炼铁厂具有代表性的废水。
三、常见钢铁废水的处理方法
废水处理的技术路线: 主要的处理技术有悬浮物的去除、温度的控制、水质稳定、沉渣的脱水与利用、重复用水等五方面内容。
悬浮物的去除:炼铁厂废水的污染. 以悬浮物污染为主要特征。高炉煤气洗涤水悬浮物含量达lO00~3000mg/L. 经沉淀后出水悬浮物含量应小于150mg/L。鉴于混凝药剂近年来得到广泛应用. 高炉煤气洗涤水大多采用聚丙烯酰胺与铁盐并用,都取得良好效果
温度的控制:用水后水温升高.通称热污染,循环用水而不排放.热污染不构成对环境的破坏。但为了保证循环,针对不同系统的不同要求.应采取冷却措施。炼铁厂的几种废水都产生温升,由于生产工艺不同,有的系统可不设冷却设备, 如冲渣水。水温度的高低. 对混凝沉淀效果以及解垢与腐蚀的程度均有影响。设备间接冷却水系统应设冷却塔,而直接冷却水或工艺过程冷却系统,则应视具体情况而定。
水质稳定:水的稳定性是指在输送水过程中.其本身的化学成分是否起变化,是否引起腐蚀或结垢的现象。既不结垢也不腐蚀的水称为稳定水 控制碳酸盐解垢的方法如下:(1)酸化法:酸化法是采用在水中投加硫酸或者盐酸,利用CaSO4、CaCI3的溶解度远远大于CaC0 的原理,防止结垢。(2) 石灰软化法:在水中投入石灰乳,利用石灰的脱硬作用.去除暂时硬度,使水软化。(3)药剂缓垢法:加药稳定水质的机理是在水中投加有机磷类、聚羧酸型阻垢剂,利用它们的分散作用,晶格畸变效应等优异性能.控制晶体的成长,使水质得到稳定。最常用的水质稳定剂有聚磷酸钠、NTMP f氮基膦酸盐)、EDP (乙醇二膦酸盐)和聚马来酸酐等。
沉渣的脱水与利用:炼铁厂的沉渣主要是高炉煤气洗涤水沉渣和高炉渣.都是用之为宝、弃之为害的沉渣。高炉水淬渣用于生产水泥. 已是供不应求的形势。技术也十分成熟。高炉煤气洗涤沉渣的主要成分是铁的氧化物和焦炭粉. 将这些沉渣加以利用,经济效益十分可观,同时也减轻了对环境的污染。
重复用水:应该指出.悬浮物的去除、温度的控制、水质稳定和沉渣的脱水与利用是保证循环用水必不可少的关键技术。一环扣一环.哪一环解决不好,循环用水都是空谈。它们之间又不是孤立的,互相联系。互相影响。所以要坚持全面处理,形成良性循环。
四、废水处理工艺及现状
混凝剂复配使用具有良好的去除效果,适用范围较广,且具有良好的经济性。钢铁工业是用水大户,年耗水量超过30亿m3,废水排放量占全国工业废水排放量的10%以上钢铁工业生产过程包括采选、烧结、炼铁、炼钢、轧钢等工艺,其废水特点为浊度高,悬浮物质粒度小、颗粒比重不均匀、可生化性差,难以采用生物技术处理。对于高浊度废水的处理,目前国内外大多采取絮凝沉淀的方法,传统的无机混凝剂用量大,易产生大量的污泥,且絮凝效果不佳;有机高分子混凝剂,絮凝效果较好,但价格昂贵,大大增加了处理废水的成本。
(一)含油废水处理工艺
高浊含油废水是高浊废水中最难处理的一类污水。20世纪70年代,各国广泛采用气浮法去除水中悬浮态乳化油,同时结合生物法降解COD。后来日本学者研究出用电絮凝处理含油废水,用超声波分离乳化液,用亲油材料吸附油。近几年膜分离法处理含油废水得到了快速发展,并与生物法相结合,取得了较好的效果。目前含油废水处理采用的工艺主要有气浮-过滤-生物接触氧化、超滤-生物接触氧化/生物滤池-过滤、超滤-MBR。
(1)气浮一过滤一生物接触氧化工艺
气浮-过滤-生物接触氧化工艺主要是通过气浮法去除废水中的油类物质,过滤去除水中的SS和部分油类物质,采用生物接触氧化对废水中的COD进行降解。在该工艺中,也可以根据需要在生物接触氧化后增加过滤器或膜生物反应器(MBR)。
生物接触氧化法是生物膜法的一种,其技术实质是在生物反应池内填充填料,部分微生物以生物膜的形式固着生长在填料表面,废水以一定的流速流经填料,在微生物的作用下,有机污染物被降解去除。MBR是将膜技术与生物技术相结合的一种废水处理新方法,首先利用生化技术降解水中的有机物,驯养优势菌类、阻隔细菌,然后利用膜技术过滤悬浮物和水溶性大分子物质,降低水浊度。与传统的生物水处理技术相比,MBR具有以下特点:处理效率高、出水水质好;设备紧凑、占地面积小;易实现自动控制、运行管理简单。
(2)超滤一生物接触氧化/生物滤池工艺
超滤一生物接触氧化/生物滤池的组合工艺在高浊含油废水的处理中应用较为广泛。超滤法是膜分离法中的一种,通过超滤膜可以有效去除含油废水中的ss和油类物质,而生物接触氧化/生物滤池可以去除废水中大部分的COD。典型的超滤一生物接触氧化/生物滤池工艺如图所示。在实际应用中,通常根据需要在生物法后增加过滤或吸附工艺。
超滤-生物接触氧化/生物滤池工艺流程图
超滤是一种新型含油废水处理技术,具有物质在分离过程中无相变、耗能少、出水油含量低、油水分离过程不需要化学药剂、系统本身不产生污泥、可回收的废油浓度较高、维护管理方便等优点。超滤法的关键在于超滤膜的选择,超滤膜包括有机膜和无机膜。最早采用的超滤膜为有机膜,如醋酸纤维素膜、聚酞胺膜、聚醚矾膜等,但有机膜售价高、不耐高温、容易水解且不易清洗。20世纪90年代,南京化工大学研制出了以氧化错、氧化铝等为材料的无机陶瓷膜。无机陶瓷膜除具有有机膜的优点外,还具有稳定性好、机械强度高、使用寿命长、截油率高、清洗再生性能好等优点。
(3)超滤-MBR工艺
超滤一MBR工艺主要是先将含油废水经调节池调节后用纸带过滤机过滤,去除粗渣后进入到超滤系统进行油水分离,超滤出水进入膜生物反应器进一步处理。该工艺出水水质好,处理效率高,但需要严格控制操作条件与工艺参数,尽可能减轻膜污染,提高膜组件的处理能力和运行稳定性。
(二)含油废水处理现状
目前,国内高浊含油废水的处理多采用超滤技术,并将超滤技术与生物技术和MBR相组合,使出水的SS和油类物质得到了较好的控制,但COD的处理效果仍然达不到排放标准。
五、废水处理发展趋势
废水的处理,对于钢铁企业减少污水排放和新水补充量,提高废水循环利用率具有重要的意义。在轧钢废水处理工艺的选择上,应充分考虑废水的种类、水量、成分和排放制度,因地制宜地选择净化组合工艺。此外,对于高浊废水必须分质进行处理,尤其是含铬废水,在治理前绝不能与其他废水混合,这样有利于降低处理难度,减少运行费用并提高处理效率。未来应积极开发废水深度处理新工艺和新型水处理药剂,高效、低成本地处理轧钢废水。
结语
所处理废水浊度很高,达到几万NTU,须经一段时间预先沉降,对初沉池出水进行处理,然后投加混凝剂,通过投加经济性良好的传统混凝剂的方法去除废水中的污染物。传统混凝剂如膨润土、聚合氯化铝(PAC),其单独投加时处理效果一般,不能达到国家污水回用的标准。但将二者按照一定的顺序投加后,处理效果则有所改善,通过控制生产工艺条件,能够取得很好的处理效果,较前面提到的两种混凝剂单独投加,复配混凝剂使用量较少,因此污泥产生量较少,经济性也较好。只要适当控制处理反应条件,处理后的水可以达到污水回用标准,这也为其他高浊度废水提供了一条新的处理思路。
参考文献
一、研究背景和意义
纺织工业是我国的传统支柱工业之一,也是出口创汇较多的行业之一,目前我国占有15%左右的国际市场份额,是世界上最大的纺织品出口国。经过多年建设,纺织工业基本成为一个门类较齐全、布局较合理、原料和设备基本立足于国内、生产技术达到一定水平的工业部门。产业综合发展能力不断增强,已形成棉、毛、丝、麻、化纤、服装、纺织机械等行业较为完整的系列体系。
纺织工业按加工的原料、产品的品种和产品的加工用途等不同,主要分为上游、中游、下游三类产业,纺织工业的上游产业主要指各类纤维生产和加工,如天然纤维的棉花、羊毛和各类化学纤维等生产领域;中游产业指纺纱、织布、染色等生产领域;下游产业主要指服装加工等生产领域。
染色行业作为纺织工业中的中游行业,在纺织工业中起到承上启下的作用,即将各类纤维加工制造的坯布,通过染色和印花工艺生产出各类带色彩和图案的织物。在染色业中,棉纺染色业是最大的行业。染色行业作为湿法加工行业,其生产过程中用水量较大,据不完全统计。我国染色废水排放量约为每天300万~400万立方米,染色厂每加工100米织物,产生废水量3~5立方米。而且,染色废水成份复杂,含有的多种有机染料难降解,色度深,对环境造成非常严重的威胁。
随着工业化的不断深入,全球性的环境污染日益破坏着地球生物圈几亿年来形成的生态平衡,并对人类自身的生存环境存在威胁。由于逐渐加重的环境压力,世界各国纷纷制定严格的环保法律、法规和各项有力的措施,我国作为世界大国,对环境保护也越来越重视,并向国际社会全球性环境保护公约作出了自己的承诺。
二、废水处理方法分类
根据使用技术措施的作用原理和去除对象,废水处理法可分为物理处理法、化学处理法和生物处理法三类。具体如下:
1.废水的物理处理法
利用物理作用进行废水处理,主要目的是分离去除废水中不溶性的悬浮颗粒物。主要工艺有:
(1)格栅和筛网 格栅是一组平行金属栅条制成的有一定间隔的框架。把它竖直或倾斜放置在废水渠道上,用来去除废水里粗大的悬浮物和漂浮物,以免后面装置堵塞。筛网是穿孔滤板或金属网制成的过滤设备,用以去除较细小的悬浮物。
(2)沉淀法 利用重力作用,使废水中比水重的固体物质下沉,与废水分离。主要用于(a)在尘砂池中除去无机砂粒(b)在初见沉淀中去除比水重的悬浮状有机物(c)在二次沉淀中去除生物处理出水中的生物污泥(d)在混凝工艺以后去除混凝形成的絮状物(e)在污泥浓缩池中分离污泥中的水分,浓缩污泥。此法简单易行而且效果好。
(3)气浮法 在废水中通入空气,产生细小气泡,附着在细微颗粒污染物上,形成密度小于水的浮体,上浮到水面。主要用来分离密度与水接近或比水小,靠重力无法沉淀的细微颗粒污染物。
(4)离心分离 利用离心作用,使质量不同的悬浮物和水体分离。分离设备有施流分离器和离心机。
2.废水的化学处理法
(1)酸性废水的中和处理
酸性废水处理可以用投药中和法、天然水体及土壤碱度中和法、碱性废水和废渣中和法等。药剂有石灰乳、苛性钠、石灰石、大理石、白云石等。他的优点是:可处理任何浓度、任何性质的酸性废水。废水中允许有较多的悬浮物,对水质水量的波动适用性强,中和剂利用率高,过程容易调节。缺点:劳动条件差、设备多、投资大、泥渣多且脱水难。天然水体及土壤碱度中和法采用时要慎重,应从长远利益出发,允许排入水体的酸性废水量应根据水体或土体的中和能力来确定。
(2)碱性废水和废渣中和法
投酸中和法可用药剂:硫酸、盐酸、及压缩二氧化碳(用二氧化碳做中和剂,由于PH值低于6,因此不需要PH值控制装置)酸性废水及废气中和法如烟道气中有高达24%的二氧化碳,可用来中和碱性废水。其优点可把废水处理与烟道气除尘结合起来,缺点是处理后的废水中硫化物、色度和耗氧量均有显著增加。清洗由污泥消化获得的沼气(含25%—35%的二氧化碳气体)的水也可用于中和碱废水。
3.生物处理法
利用微生物可以把有机物氧化分解为稳定的无机物的这一功能,经常采用一定人工措施大量繁殖微生物。
(1)好氧生物处理法
应用好氧微生物,在有氧环境下,把废水中的有机物分解成二氧化碳和水的方法,主要处理工艺有:活性污泥法、生物滤池、生物转盘、生物接触氧化等,这种方法处理效率高,应用面广。
(2)厌氧生物处理法
应用兼性厌氧菌和专性厌氧菌在无氧条件下降解有机污染物,最后生成二氧化碳、甲烷等物质的方法。主要用于有机污泥、高浓度有机工业废水的处理。如啤酒厂、屠宰厂。
(3)自然生物处理法
应用在自然条件下生长,繁殖的微生物处理废水的方法。工艺简单,建设费用和运行成本都比较低,但其净化功能受自然条件的限制,处理技术有稳定塘和土地处理法。
三、染色污水处理系统的工艺设计
在染色污水处理系统的工艺设计中往往遇到以下问题:(1)工程设计人员大都是仅仅了解废水水质的情况下,根据自己的工程经验和直觉进行设计,这样往往造成工程缺陷,使建成的处理系统处理废水不能达标排放;(2)在有些设计中,因为对出水的达标要求严格,使设计出的工艺建设费用和运行费用偏高;(3)在许多现有的处理系统中,由于所要处理的水质发生改变,原有工艺不能针对目前的水质进行有效的处理。以上的这些都涉及到污水处理系统的优化改造和优化管理运行问题。
如何优化污水处理工艺,降低污水处理成本,提高污水处理效果,对于污水处理有着极其重要的意义。必须指出的是,染色废水处理系统的优化改造是一个非常错综复杂的问题,从目的上它不仅要基于污水水质分析,按照技术和经济的要求,在条件允许的范围内,利用各种方法,找出最佳的设计工艺方案,并在设计工况条件下,找出最佳的设施组合和最佳工艺参数,而且还要在污水的成份和水量一定幅度变动的情况下,找出相应的优化运行措施和最少运行成本。而在各染色废水水质各异、水量大小不一的实际工况下,要求得到一个能严格意义上普遍性的染色废水优化处理系统是不可能的,某一污水处理系统可能对某企业的废水处理是最优,但它对其他的染色厂可能就并不能做到最优,因此本论文对染色废水处理系统优化研究只是为提出一个系统优化改造和优化运行的概念和思路,并不是要提出一个能对所有染色废水有最优处理效果的处理系统。
四、系统工艺改造的总体思路
污水处理厂废水的水质为含有一定量难生物降解物质和颜色的有机废水,各染色子行业排放的废水所含污染物质不同,其相应的治理工艺流程也不同。对染色废水处理,工程上一般用物化法和生化法或两种方法相结合的处理方法。物化处理有见效快、水力停留时间短的优势,但其处理费用高、污泥产量大、污泥处理困难、存在二次污染的隐患。虽然臭氧氧化、活性碳吸附、电解等方法有较好的脱色效果,但它们较高的运行费用却使厂家无法承受。但前述的几种方法都具有稳定性好的特点。生物处理因具有处理成本较低,并能大幅度去处有机污染物和一定色度的特性使得染色废水治理采用生物治理作为主要治理单元己成为共识。但结合园区污水处理厂目前的运行现状及操作工人素质,为确保污水处理厂处理出水的稳定达标排放,因此改造扩建工艺的设计思想以强化物化处理的原则,以生物处理工艺为重心,尽量提高强化生物处理的作用。鉴于污水处理厂接受的染色废水综合性废水,是典型的难生化降解的有机废水,水质性质有其特殊性,而且各有关企业生产废水排放的水质水量的不稳定性,以及污水处理厂的运行成本及运行负荷。因此必须要有针对性的废水处理工艺,才能达到较好的处理效果。在选择处理工艺前,应在分析废水水质及其组成及对废水所要求的处理程度的基础上,确定各单元处理方法和改造工艺流程,以验证改造工艺的有效性。
五、结论
印染生产废水可生化性差,原污水处理系统又存在着设计、施工不尽合理,管理水平落后等缺陷,从而造成了处理出水污染指标达不到排放标准,运行成本高等后果。染色废水处理系统的优化改造本身就是一个非常错综复杂的问题,而作为集中式染色废水处理厂的优化就更加困难了。从目的上它不仅要在污水水质分析的基础上,按照技术和经济的要求,在条件允许的范围内,利用各种方法,找出最佳的设计工艺方案。并在设计工况条件下,找出最佳的设施组合和最佳工艺参数,而且,还要在污水的成份和水量大幅度变动的情况下,找出相应的优化运行措施和最少的运行成本。但由于客观条件的诸多限制,并且各种印染废水水质各异,水量大小不一的设计情况下,要求得到一个能严格意义上普遍性的染色废水优化方法十分困难,某一污水处理系统可能对某一区域内的废水处理是最优的,但它对其他的企业可能就并不能做到最优。因此,在加强技术创新和知识创新的同时也要为保护我们仅有的水资源提高人类意识,转变观念,为创造一个更好的环境多做努力。
一、研究背景和意义
纺织工业是我国的传统支柱工业之一,也是出口创汇较多的行业之一,目前我国占有15%左右的国际市场份额,是世界上最大的纺织品出口国。经过多年建设,纺织工业基本成为一个门类较齐全、布局较合理、原料和设备基本立足于国内、生产技术达到一定水平的工业部门。产业综合发展能力不断增强,已形成棉、毛、丝、麻、化纤、服装、纺织机械等行业较为完整的系列体系。
纺织工业按加工的原料、产品的品种和产品的加工用途等不同,主要分为上游、中游、下游三类产业,纺织工业的上游产业主要指各类纤维生产和加工,如天然纤维的棉花、羊毛和各类化学纤维等生产领域;中游产业指纺纱、织布、染色等生产领域;下游产业主要指服装加工等生产领域。
染色行业作为纺织工业中的中游行业,在纺织工业中起到承上启下的作用,即将各类纤维加工制造的坯布,通过染色和印花工艺生产出各类带色彩和图案的织物。在染色业中,棉纺染色业是最大的行业。染色行业作为湿法加工行业,其生产过程中用水量较大,据不完全统计。我国染色废水排放量约为每天300万~400万立方米,染色厂每加工100米织物,产生废水量3~5立方米。而且,染色废水成份复杂,含有的多种有机染料难降解,色度深,对环境造成非常严重的威胁。
随着工业化的不断深入,全球性的环境污染日益破坏着地球生物圈几亿年来形成的生态平衡,并对人类自身的生存环境存在威胁。由于逐渐加重的环境压力,世界各国纷纷制定严格的环保法律、法规和各项有力的措施,我国作为世界大国,对环境保护也越来越重视,并向国际社会全球性环境保护公约作出了自己的承诺。
二、废水处理方法分类
根据使用技术措施的作用原理和去除对象,废水处理法可分为物理处理法、化学处理法和生物处理法三类。具体如下:
1.废水的物理处理法
利用物理作用进行废水处理,主要目的是分离去除废水中不溶性的悬浮颗粒物。主要工艺有:
(1)格栅和筛网格栅是一组平行金属栅条制成的有一定间隔的框架。把它竖直或倾斜放置在废水渠道上,用来去除废水里粗大的悬浮物和漂浮物,以免后面装置堵塞。筛网是穿孔滤板或金属网制成的过滤设备,用以去除较细小的悬浮物。
(2)沉淀法利用重力作用,使废水中比水重的固体物质下沉,与废水分离。主要用于(a)在尘砂池中除去无机砂粒(b)在初见沉淀中去除比水重的悬浮状有机物(c)在二次沉淀中去除生物处理出水中的生物污泥(d)在混凝工艺以后去除混凝形成的絮状物(e)在污泥浓缩池中分离污泥中的水分,浓缩污泥。此法简单易行而且效果好。
(3)气浮法在废水中通入空气,产生细小气泡,附着在细微颗粒污染物上,形成密度小于水的浮体,上浮到水面。主要用来分离密度与水接近或比水小,靠重力无法沉淀的细微颗粒污染物。
(4)离心分离利用离心作用,使质量不同的悬浮物和水体分离。分离设备有施流分离器和离心机。
2.废水的化学处理法
(1)酸性废水的中和处理
酸性废水处理可以用投药中和法、天然水体及土壤碱度中和法、碱性废水和废渣中和法等。药剂有石灰乳、苛性钠、石灰石、大理石、白云石等。他的优点是:可处理任何浓度、任何性质的酸性废水。废水中允许有较多的悬浮物,对水质水量的波动适用性强,中和剂利用率高,过程容易调节。缺点:劳动条件差、设备多、投资大、泥渣多且脱水难。天然水体及土壤碱度中和法采用时要慎重,应从长远利益出发,允许排入水体的酸性废水量应根据水体或土体的中和能力来确定。
(2)碱性废水和废渣中和法
投酸中和法可用药剂:硫酸、盐酸、及压缩二氧化碳(用二氧化碳做中和剂,由于PH值低于6,因此不需要PH值控制装置)酸性废水及废气中和法如烟道气中有高达24%的二氧化碳,可用来中和碱性废水。其优点可把废水处理与烟道气除尘结合起来,缺点是处理后的废水中硫化物、色度和耗氧量均有显著增加。清洗由污泥消化获得的沼气(含25%—35%的二氧化碳气体)的水也可用于中和碱废水。
3.生物处理法
利用微生物可以把有机物氧化分解为稳定的无机物的这一功能,经常采用一定人工措施大量繁殖微生物。
(1)好氧生物处理法
应用好氧微生物,在有氧环境下,把废水中的有机物分解成二氧化碳和水的方法,主要处理工艺有:活性污泥法、生物滤池、生物转盘、生物接触氧化等,这种方法处理效率高,应用面广。
(2)厌氧生物处理法
应用兼性厌氧菌和专性厌氧菌在无氧条件下降解有机污染物,最后生成二氧化碳、甲烷等物质的方法。主要用于有机污泥、高浓度有机工业废水的处理。如啤酒厂、屠宰厂。
(3)自然生物处理法
应用在自然条件下生长,繁殖的微生物处理废水的方法。工艺简单,建设费用和运行成本都比较低,但其净化功能受自然条件的限制,处理技术有稳定塘和土地处理法。
三、染色污水处理系统的工艺设计
在染色污水处理系统的工艺设计中往往遇到以下问题:(1)工程设计人员大都是仅仅了解废水水质的情况下,根据自己的工程经验和直觉进行设计,这样往往造成工程缺陷,使建成的处理系统处理废水不能达标排放;(2)在有些设计中,因为对出水的达标要求严格,使设计出的工艺建设费用和运行费用偏高;(3)在许多现有的处理系统中,由于所要处理的水质发生改变,原有工艺不能针对目前的水质进行有效的处理。以上的这些都涉及到污水处理系统的优化改造和优化管理运行问题。
如何优化污水处理工艺,降低污水处理成本,提高污水处理效果,对于污水处理有着极其重要的意义。必须指出的是,染色废水处理系统的优化改造是一个非常错综复杂的问题,从目的上它不仅要基于污水水质分析,按照技术和经济的要求,在条件允许的范围内,利用各种方法,找出最佳的设计工艺方案,并在设计工况条件下,找出最佳的设施组合和最佳工艺参数,而且还要在污水的成份和水量一定幅度变动的情况下,找出相应的优化运行措施和最少运行成本。而在各染色废水水质各异、水量大小不一的实际工况下,要求得到一个能严格意义上普遍性的染色废水优化处理系统是不可能的,某一污水处理系统可能对某企业的废水处理是最优,但它对其他的染色厂可能就并不能做到最优,因此本论文对染色废水处理系统优化研究只是为提出一个系统优化改造和优化运行的概念和思路,并不是要提出一个能对所有染色废水有最优处理效果的处理系统。
四、系统工艺改造的总体思路
污水处理厂废水的水质为含有一定量难生物降解物质和颜色的有机废水,各染色子行业排放的废水所含污染物质不同,其相应的治理工艺流程也不同。对染色废水处理,工程上一般用物化法和生化法或两种方法相结合的处理方法。物化处理有见效快、水力停留时间短的优势,但其处理费用高、污泥产量大、污泥处理困难、存在二次污染的隐患。虽然臭氧氧化、活性碳吸附、电解等方法有较好的脱色效果,但它们较高的运行费用却使厂家无法承受。但前述的几种方法都具有稳定性好的特点。生物处理因具有处理成本较低,并能大幅度去处有机污染物和一定色度的特性使得染色废水治理采用生物治理作为主要治理单元己成为共识。但结合园区污水处理厂目前的运行现状及操作工人素质,为确保污水处理厂处理出水的稳定达标排放,因此改造扩建工艺的设计思想以强化物化处理的原则,以生物处理工艺为重心,尽量提高强化生物处理的作用。鉴于污水处理厂接受的染色废水综合性废水,是典型的难生化降解的有机废水,水质性质有其特殊性,而且各有关企业生产废水排放的水质水量的不稳定性,以及污水处理厂的运行成本及运行负荷。因此必须要有针对性的废水处理工艺,才能达到较好的处理效果。在选择处理工艺前,应在分析废水水质及其组成及对废水所要求的处理程度的基础上,确定各单元处理方法和改造工艺流程,以验证改造工艺的有效性。
五、结论
印染生产废水可生化性差,原污水处理系统又存在着设计、施工不尽合理,管理水平落后等缺陷,从而造成了处理出水污染指标达不到排放标准,运行成本高等后果。染色废水处理系统的优化改造本身就是一个非常错综复杂的问题,而作为集中式染色废水处理厂的优化就更加困难了。从目的上它不仅要在污水水质分析的基础上,按照技术和经济的要求,在条件允许的范围内,利用各种方法,找出最佳的设计工艺方案。并在设计工况条件下,找出最佳的设施组合和最佳工艺参数,而且,还要在污水的成份和水量大幅度变动的情况下,找出相应的优化运行措施和最少的运行成本。但由于客观条件的诸多限制,并且各种印染废水水质各异,水量大小不一的设计情况下,要求得到一个能严格意义上普遍性的染色废水优化方法十分困难,某一污水处理系统可能对某一区域内的废水处理是最优的,但它对其他的企业可能就并不能做到最优。因此,在加强技术创新和知识创新的同时也要为保护我们仅有的水资源提高人类意识,转变观念,为创造一个更好的环境多做努力。
The review of 2-naphthol producing wastewater treatment technology
TIAN Ru-jun et al
School of Architecture and Environment, Sichuan University, Chengdu 610065
Abstract: 2 - naphthol is an important dyestuff intermediate, 2 - naphthol production wastewater contains large amounts of refractory organic matter, causing the difficulty of waste water treatment. Articles conduct on analysis of the literatures about 2 - naphthol wastewater treatment process, reviewing of 2 - naphthol producing wastewater treatment process conclude: concentration, adsorption, biochemical, oxidation, combined process. And comparing the various wastewater treatment process that concentration is energy consumption, adsorption and oxidation need large investment costs, combined and biochemical process have purification of great depth, but need large investment.
Key words: 2-naphthol producing wastewater treatment
2-萘酚又名β-萘酚、乙萘酚、2-羟基萘,是萘系染料中间体典型产品之一。主要用于染料和染料中间体的生产,在医药、农药、橡胶助剂、香料、皮革鞣制、纺织印染助剂及选矿剂原料等方面也有广泛应用。在染料工业中,2-萘酚可制造有机染料及其中间体,2,3-酸(在加工可得到色酚AS系列物、2-羟基-3-萘甲酸-6-磺酸、2-萘酚-3-甲酰胺)、薛氟酸(在加工可得到布隆酸)、吐氏酸(再加工可制得磺化吐氏酸、J酸、双J酸)、G酸(再加工可得到氨基K酸、γ酸)、R盐(再加工得到2,3-二羟基萘-6-磺酸、2-萘胺-3,6-二磺酸)、1,2,4-酸(再加工得到1,2,4-酸氧体、6-硝基-1,2,4-酸氧体)、2-萘酚-1-磺酸、N-苯基-2-萘胺、N-对羟基苯基-2-萘胺。近年来,2-萘酚下游产品用于感光材料及液晶材料的生产。在我国2-萘酚的消费结构大致为:染料中间体及染料生产消耗占68%,防老剂生产消耗占23%,其他有机化工原料生产消耗占9%。
由于2-萘酚生产的特殊性,其环保影响倍受国内外环保部门重视。在20世纪末,美国和欧盟国家已把萘酚列为优先污染物[1],相应的2-萘酚的生产也转嫁到发展中国家。目前,中国和印度是2-萘酚的主产地。就中国而言,2-萘酚年总生产能力大约为8~9万吨,约占全世界总产量的50%[2],出口量占35%。其生产过程中排放的废水有机物含量高、酸度大,含盐高,对微生物有毒性,对人体有致畸、致癌作用,在环境中难以降解,属于极难治理的有机工业废水之一。为了能对2-萘酚的生产废水进行有效的治理及国内外对环境条件的要求越来越高,学者们对这一有机废水采取了各种各样的治理措施和方法。
1. 2-萘酚生产方法及废水
2-萘酚的生产主要有萘的磺化碱熔法[3]、异丙萘法、直接催化合成法、氯萘法。但比较成熟的技术是磺化碱熔法。表1列出了2-萘酚生产方法及各生产方法中产生废水的相关情况。实践和研究都表明2-萘酚生产废水具有排放量大、水质复杂[5]、处理难度大等特点。
2. 2-萘酚废水处理工艺现状
2-萘酚生产废水主要的治理方法是:浓缩法、吸附法、化学氧化法、生化法和组合工艺。
2.1 浓缩法
2-萘酚生产废液中含有大量的硫酸盐和难降解有机物等,对废液有用成分的提取不仅可以带来一定的经济效益同时也带来了可观的环境效益。
利用磺化碱熔法合成2-萘酚的生产废水中含有的大量Na2SO4和NaCl,通过盐析作用,可使其中的2-萘磺酸钠析出[4]。相关方面的研究[6~7]表明,利用浓缩法处理2-萘酚生产废水时,2-萘磺酸钠的回收效率可达到50%,回收的硫酸钠和亚硫酸钠,可用于制备含水的质量分数为5%~6%的无水硫酸钠和无水亚硫酸钠。用回收后的硫酸钠和亚硫酸钠作为生产硫化碱的原料,既降低生产成本又避免了环境污染。
从废水资源化的理念来考虑,浓缩法具有一定的环境效益,并且操作简单,工艺成熟。但是浓缩法的能耗高,在应用上受到一定的限制。
2.2 吸附法
2.2.1 传统吸附材料
吸附法是处理萘酚废水的常用方法,但处理效果不甚理想,且成本较高,若吸附材料回收处理不当,还会引起二次污染。目前研究吸附法处理萘酚生产废水主要是对吸附材料的研究。传统的吸附材料有活性炭和树脂两种。例如张萌[8]等就采用一种特种活性炭,对含酚废水处理效果进行研究。在活性炭用量为10g、pH值为6.1~7.1、室温及反应时间为2h的条件下,含酚废水经过特种活性炭吸附处理后,出水酚浓度为0.1296mg/L,水质指标满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的排放标准。谢毅[9]等针对含酚废水的特点,用邻羧基苯甲酰基修饰的新型聚苯乙烯-二乙烯苯吸附树脂ZH-03和ZH-05,吸附水中的2-萘酚。结果表明他们的饱和吸附容量分别达到0.0868和0.105g/mL。
2.2.2 新型吸附材料
基于传统吸附剂对酚类物质的吸附能力的限制,人们在不断的探寻新材料对含酚废水进行处理。分子印迹聚合物指获得在空间结构和结合位点上与模板分子完全匹配的聚合物制备技术的聚合材料。分子印迹材料由于其吸附效果好,使用寿命高,稳定性好等特点,在环境、医学[10~11]等领域都有相关的研究。Yi Lin[12]等人利用沉淀聚合地方法,合成吸附酚类物质的分子印迹聚合物,通过研究证明该分子印迹聚合物在pH=5的时候,对酚类的吸附能力高于同等条件下300mg的活性炭,同时使用寿命也可以达到30次。Kohei Takeda[13]等通过双酚A甲基丙烯酸酯和二乙烯基苯制得双酚A(Bisphenol A, BPA)分子印迹聚合物,通过吸附性能实验表明,制得的分子印迹材料对酚类物质的吸附最高可达到158umol/g。但是由于分子印迹聚合物在结合位点不单一性,从而制约了这种材料的发展,但是当前对分子印迹聚合物的研究越来越多,在有机物的吸附方面的研究尤其突出,这为难处理有机物的水处理带来了机遇。
另外一些学者[14-16]研究了二氧化硅和膨润土对萘酚的吸收。Jianfeng Ma等[17]利用有机膨润土对含酚废水进行吸附实验研究,实验表明经过25分钟的吸附,有机膨润土对酚、2-萘酚的吸附效率可分别达到69%、99%。浙江大学[18]利用橘皮中的有机碳对1-萘酚和萘球进行了吸附研究,橘皮中含有九种生物碳,并对含酚废水中的酚具有一定的吸附特性,同时这种吸附效果的好坏主要受温度的影响。由于2-萘酚生产废水的可生化降解差,使得这类环境友好型的处理方法得到应用。但是吸附材料的研究和应用都需要进一步的发展。
2.3 生化法
生化法在处理有机物上占有一定的优势,出水质量较好。但生化法对原水水质要求较严格,即是工艺易受到水力条件和污染负荷的影响。对2-萘酚生产废水来说BOD/COD小于0.3,可生化性较差,所以在进行生化处理之前要对废水进行预处理。
目前对于酚类物质生化法一般包括活性污泥、生物滤池及投菌法。周红星等[19]采用了活性污泥的方法对含酚废水进行处理,工艺主要是原水酸化催化氧化出水,出水中酚的去除率达到99.3%,效果良好。其中酚类物质的去除主要集中在酸化和催化氧化两个阶段,酚类物质的去除率可以达到99.3%。S.Zang[20-21]等人分析了黑曲霉(aspergillus niger)和枯草杆菌(bacillus subtilis)在处理含2-萘酚废水的生物降解协同作用。通过研究认为单纯的真菌或细菌对2-萘酚的去除都不是很高,只有在二者的协同作用下,才能对2-萘酚有很好的去除效果。
2.4 氧化法
氧化法对含酚废水的处理主要是投加催化剂和氧化剂。如李贵菊等[22]就针对化工集装罐清洗废水中含酚废水浓度大的特点,采用湿式催化氧化法进行了较深入的研究,选用活性炭(AC)和氧化铝为载体,制备了专项催化剂。在最佳的工艺条件下,含十二烷基苯酚的清洗废水的COD去除率达到95%以上,处理效果显著。Graca M.S.R.O.等[23]研究了金属四价磷酸盐对酚类物质氧化的促进作用也取得了一定成效。
向废水中投加氧化剂主要用于分解、破坏某些有机化合物。目前研究的最多的是Fenton试剂、HClO对废水中酚类物质的处理。刘光明等[24]使用Fe2+/HClO氧化处理β-萘酚模拟废水。在pH为2.0,C(Fe2+)=10mmol/L,NaClO投加量为8ml/L,反应2h后CODCr去除率大于65%。王春等[25]用Fenton试剂预处理2-萘酚模拟废水,认为Fenton试剂除了对有机物的氧化作用外,Fenton预处理可有效消除2-萘酚废水的生物毒性,因此采用Fenton预处理2-萘酚生产废水对于废水后续污水处理的步骤具有很大的实用性。
除了利用上述特定的氧化性物质对2-萘酚废水进行处理外,也有研究者[1]利用TiO2作为光学催化剂,在人工光照的条件下,催化降解水中的2-萘酚。实验研究表明当选用“Degussa P-25”作为催化剂,Ag+(5*10-4mol/l)-TiO2(1g/l);pH为11时,对2-萘酚有较高的去除效率。
2.5 组合工艺
针对2-萘酚废水的水质条件复杂性及各种处理方法处理废水条件的限制,人们开始研究物理、化学及生物方法之间的组合工艺来处理2-萘酚废水。在这些组合工艺中大多采用Fenton试剂对含酚废水进行预处理使BOD/COD提高,再选用合适的生化方法对废水进行处理。如王春等[26]采用FOP-EGSB-MBR组合工艺,对2-萘酚生产废水进行实验模拟研究,通过 Fenton氧化预处理使BOD/COD提高到0.167,再进行厌氧EGSB处理和好氧MBR处理。废水经Fenton氧化处理后,有机物大部分降解COD去除率达到85%左右,出水COD在5000mg/L左右。经过14h的厌氧处理,出水COD可达610mg/L,COD去除率接近87%;再经4h的好氧处理后,出水COD在100mg/L 以下,达到《污水综合排放标准》(GB2897821996)一级排放标准。研究者认为采用FOP-EGSB-MBR组合工艺处理2-萘酚生产废水,COD总去除率可达99%,该工艺运行性能稳定,效果可靠,具有潜在的应用价值。
还有一些研究者[27~28]采用电-Fenton法对酚类物质的处理,EF法对邻苯二酚的COD去除率200分钟内达到90%以上。Zucheng Wu等[29]以氟化树脂修饰的B-PbO2陶瓷作阳极、Ni-Ti合金作阴极,在最佳的实验条件下,苯酚的去除率可达100%。黎泽华等[30]用氧化吹脱―离子交换处理萘酚废水,首先使污水中的亚硫酸钠氧化为硫酸钠,再用弱碱性离子交换树脂吸附回收2-萘磺酸。该组合工艺基于离子交换原理,但是2-萘酚生产废水中高含量的硫酸钠、亚硫酸钠,带来了废水处理难度。表2列举了各种2-萘酚生产废水处理方法的研究情况。
3. 结论
由于2-萘酚废水对环境的严重危害,迫切需要高效率、低能耗的处理方法。在现阶段,国内外2-萘酚生产废水的处理技术物理法、化学法和生化法中,物理、化学方法适用于高浓度的含酚废水,而生化法适用于中低浓度的含酚废水。针对不同的废水水质采取不同的处理方法,其中物化和生化方法的组合是目前处理2-萘酚生产废水的主要方法。由于2-萘酚生产废水可生化性差,含难降解有机物等特点,在进行废水处理时,应考虑废水的综合利用。浓缩法能耗大,吸附法和氧化法投资成本大,生化法和组合工艺净化深度大,但是投资大。
在2-萘酚废水的处理过程中,应着眼于现有处理技术的综合应用,同时大力开发高效、经济的混凝剂、吸附树脂、高分子膜等技术并积极地推广应用。开发低成本、高效率组合工艺,实现废水处理与资源化应是以后的研究方向。
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一、课题背景和意义
造纸工业是能耗高、物耗高,对环境污染严重的行业之一。造纸工业的污染问题十分严重,受到了人们普遍的关注。在世界范围内,造纸工业废水都是重要的污染源,例如日本、美国分别将造纸工业废水列为六大公害和五大公害之一。
在我国,造纸工业废水污染已成为造纸生产及相关行业能否生存和发展的关键因素。据环保统计公报数字表明,县及县以上制浆造纸和纸制品废水排放量占全国工业总排放量的11%,仅次于化学工业及钢铁工业的年排水量,居第三位,其中达标排放量仅占造纸总排放量的14%,排放废水中COD约占全国总排放量的45%。
目前我国造纸工业废水排放量及COD排放量均居我国各类工业排放量的首位[1]。 近年经多方不懈努力,造纸工业废水污染防治已经取得了一定的成绩,虽然纸及纸板产量逐年增加,但排放废水中的COD却逐年降低。由此看出,造纸工业初步实现了增产减污的目标。但目前造纸行业约占排放总量50%的废水尚未进行达标处理,废水污染防治任务还相当繁重。
制浆造纸废水是指化学法制浆产生的蒸煮废液(又称黑液、红液),洗浆漂白过程中产生的中段水及抄纸工序中产生的白水,它们都对环境有着严重的污染。
一般每生产1 t硫酸盐浆就有1 t有机物和400 kg碱类、硫化物溶解于黑液中;生产1 t亚硫酸盐浆约有900 kg有机物和200 kg氧化物(钙、镁等)和硫化物溶于红液中。废液排入江河中不仅严重污染水源,也会造成大量的资源浪费[2]。
近年来,一些以制浆造纸为主要工艺的小型企业由于受白水困扰被迫停产或转产。随着造纸行业的发展,受原料林资源的约束,废纸作为再生纤维资源在造纸工业原料中的重要性与日俱增,我国产量名列前几位的造纸企业大部分是以废纸为原料。
废纸作为造纸原料之一,即可减轻环境污染,又可减少森林砍伐,节省原料纤维资源,缓解原料紧张局面,经济和社会效益十分显著。尽管废纸造纸废水污染物产量比化学制浆造纸减少了85%以上,但废水的COD、SS浓度仍然较高[3]。
某造纸厂主要以商品木浆为原料,生产各色特种装饰钛白印刷面纸、平衡纸系列、印花原纸系列、瓜子袋纸系列、特种长纤维纸系列、水松纸产品等各种高档特种工业印刷纸以及文化用纸,总产量为1.2万t/a,排放造纸废水约8000t/d。
目前,这些废水若未经处理就排入附近水体,将对环境造成严重污染[1 ~4] ,同时该厂生产耗水量大,如处理后进行回用,将产生巨大的经济效益废液排入江河中不仅严重污染水源,也会造成大量的资源浪费。所以对造纸废水的处理在我国也是非常重要的,其中造纸白水对环境造成的影响,是本论文论述的主要观点。
二、国内外研究现状
2.1、造纸工艺
目前国内废纸造纸主要流程为碎浆、磨浆、筛选、打浆、造纸、烘干、卷取等[4]。 简要流程如下:
图1 造纸工艺流程
2.2 、处理工艺
目前国内外针对白水所采用的处理工艺主要有以下几种:
2.2.1、气浮法
气浮法是白水处理中较常用的方法。白水中所含的物质为短纤维、填料、胶状物以及溶解物,它经过调节后在气浮池内与减压后的溶气水混合,进行气浮操作过程。完成分离后,清水入清水池供纸机回用,短纤维进入浆池供造纸机回用。气浮法在我国造纸企业中有较广的应用。
2.2.2、絮凝法
絮凝法在造纸白水处理中也有应用,即利用适当的絮凝剂处理废水,可以使其中的细小纤维和其他细小固体颗粒悬浮物沉淀下来。在造纸白水的处理过程中,造纸白水先经微孔过滤处理回收纤维,降低白水中的悬浮物含量,再加入混凝剂和助凝剂,使白水中的细小纤 维、填料、胶体性物质及部分溶解性有机物聚沉,处理后的澄清水可完全回用于生产或排放。
化学絮凝处理造纸白水具有投资少、工期短、处理系统运行管理简单、操作灵活、处理效果好等特点。能有效去除再生造纸废水中的SS、色度以及有机物等,得到的泥浆经过适当处理后还能用作生产箱纸板的纸浆,处理的上清液可以作为工业水循环使用,因此,其经济效益和环境效益相当显著。
2.2.3、过滤法
应用于白水处理的过滤法常见的有两种:真空过滤法和微滤法。
真空过滤法具有过滤速度快、处理量大、工艺过程稳定、占地面积小、基建费用少、运行费用低等特点,处理后的白水可直接用于造纸过程。近年来国内的一些大型造纸企业大力推广真空过滤机用于白水处理,使得白水的处理与循环回用的程度大大提高。
微滤法采用的过滤介质为不锈钢丝网或化纤网,其过滤孔径的大小可根据用户的废水种类、浓度等的不同而随意选择,最小孔径当量可小于20 um。其优点更在于工艺简单、占地少、投资省;过滤能力大、效率高、运行费用低、操作极其简便。
2.2.4、膜分离法
膜分离技术处理造纸白水,可以较彻底去除造纸白水中的金属离子和溶解性无机盐物质,是实现造纸零排放目标的有效措施之一。然而,膜分离法处理水量能力不大、费用较高,在用于造纸白水处理方面还处于实验室的研究阶段,距离实际生产还有很长的路要走[5]。
三、课题主要内容
1、设计流量:Q=1500 m3/d Kz=1.1
2、进出水水质,最后出水符合《辽宁省污水与废气排放标准》(DB 21-60-89)二级标准
3、运用大学期间所学的专业知识,理论和毕业实习中学到的实践知识,对造纸生产工艺的最终出水进行处理设计。
4、污水处理工艺流程的确定 5、主要构筑物设计计算
6、依据具体地形对污水处理厂进行平面布置。
7、高程布置。
8、并对建成的运行管理提出要求和建议。
9、在对造纸废水(白水)进行设计过程中,要知道造纸废水中是多种多样的,不能设想只用一种处理方法,就能把污染物取值殆尽,往往要采用多种方法组合的处理工艺系统,才能达到处理效果。应尽量选取较好的处理方法。
10、在对废水处理工程设计过程中,应尽量运用清洁生产的理念,降低废水中复杂成分,使得在后续废水处理中降低难度和提高效率。
四、课题研究方案
废纸回收利用过程中,从工艺上分为抄纸段产生的废水称为白水。由于白水日排水量 大,含有大量的软纤维和填料,悬浮物含量高,它所引起的污染令世人瞩目。目前,国内外处理造纸自水的方法主要有气浮法、絮凝沉淀法、过滤法、膜分离法等,综合各种方法的优缺点,我选择气浮法进行对造纸污水(白水)进行处理。
采用混凝气浮为主的工艺流程处理造纸废水,处理后出水SS、CODcr和BOD5的平均去除率分别达到90%、74%和80%以上,出水达到设计要求,可以直接回用于生产工艺中,并可回收纸浆。实现了生产用水的闭路循环运行,达到了废水零排放。此工艺避免了生化处理占地面积大、投资和运行费用高等缺点,并且处理费用低,运行稳定,维护简单,具有显著的环境效益。气浮法在我国处理造纸污水(白水)普遍使用,气浮法不仅经济效应低,并且处理效果非常好,占地面小,运行操作简单[6]。
结合造纸废水目水质的特点,实验拟采用采用混凝气浮+水解酸化+接触氧化的处理工艺。
五、日程安排
1、资料收集、方案对比 2017.3.17~2017.3.23 一周
2、撰写开题报告、开题答辩、英文翻译 2017.3.24~2017.3.30 一周
3、主体构筑物设计计算 2017.3.31~2017.4.6 一周
4、附属构筑物及高程设计计算 2017.4.7~2017.4.13 一周
5、流程图、总平面图绘制 2017.4.14~2017.4.20 一周
6、高程图绘制 2017.4.21~2017.4.27 一周
7、构筑物图绘制 2017.4.28~201.5.4一周
8、构筑物图绘制 2017.5.5~2017.5.11 一周
9、构筑物图绘制 2017.5.12~2017.5.18 一周
10 、设计说明书编制 2017.5.19~2008.5.25 一周
11 、修改设计说明书 2017.5.26~2017.6.1 一周
12 、修改图纸 2017.6.2~2017.6.8 一周
13 、毕业设计答辩 2017.6.9~2017.6.15 一周
六、参考文献
[1] 田启平.斜网-混凝沉淀-二段A/O组合工艺处理造纸废水的研究.浙江大学硕士学位论文.2007,2.