李琛,李浩飛,從善暢,宋賓濤
(陜西理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,陜西 漢中 723001)
生物氧化法處理合成洗滌劑廢水的研究進(jìn)展
李琛,李浩飛,從善暢,宋賓濤
(陜西理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,陜西 漢中 723001)
隨著合成洗滌劑生產(chǎn)廢水的不斷增加,處理合成洗滌劑廢水的方法也不斷增多。本文主要以生物氧化法為中心,對(duì)多種聯(lián)合工藝處理合成洗滌劑廢水方面進(jìn)行綜合論述分析,并對(duì)其進(jìn)行展望。
生物氧化法;合成洗滌劑;廢水處理
合成洗滌劑廢水包含生產(chǎn)廢水和使用后所產(chǎn)生的廢水。生產(chǎn)廢水成分復(fù)雜,其主要污染物為陰離子表面活性劑,以直鏈烷基苯磺酸鈉 (簡(jiǎn)稱LAS)為主,并含有油類、脂肪酸和磷酸鹽等污染物,是一種較難處理的有機(jī)工業(yè)廢水[1]。合成洗滌劑廢水來(lái)源廣泛,涉及到家庭生活廢水、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢水,且廢水產(chǎn)生量巨大,對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重[2]。合成洗滌劑廢水對(duì)環(huán)境危害的關(guān)鍵原因是水中所含的表面活性劑(LAS)對(duì)人體、對(duì)水生生物和微生物的毒害作用。表面活性劑難以降解,具有COD含量高、生化性差、起泡性強(qiáng)、毒性大等特點(diǎn)[3-5],若未經(jīng)處理而直接排放,將對(duì)環(huán)境造成極大的危害。LAS廢水的處理對(duì)于保護(hù)資源、保持生態(tài)平衡、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,都具有重要意義[6]。目前處理合成洗滌劑廢水常用的生物氧化工藝有:ABR及其聯(lián)合工藝、SBR及其聯(lián)合工藝、生物膜法等。
厭氧折流板反應(yīng)器(ABR)是20世紀(jì)80年代中期由Bachman和McCarty等人從厭氧生物轉(zhuǎn)盤(pán)工藝發(fā)展而來(lái)的,是以SMPA理論為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的第三代新型厭氧反應(yīng)器。隨著技術(shù)的逐步成熟,ABR反應(yīng)器的工藝構(gòu)造、操作條件、微生物特性等多方面都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了工業(yè)廢水處理中廣泛應(yīng)用的厭氧反應(yīng)器,也使它成為一種被廣泛關(guān)注的新型厭氧反應(yīng)器[7-8]。
申松梅[9]分別利用實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的 l.2 g/L的成熟厭氧顆粒污泥作為ABR反應(yīng)器的接種污泥、某污水處理廠氧化溝末端好氧污泥作為生物接觸氧化反應(yīng)器的接種污泥。利用所組建的ABR﹣生物接觸氧化聯(lián)合體系對(duì)某合成洗滌劑廢水進(jìn)行處理,實(shí)驗(yàn)研究了該體系的啟動(dòng)條件和啟動(dòng)過(guò)程。 在對(duì) COD=1500 mg/L、[LAS]=150 mg/L的合成洗滌劑廢水處理時(shí),確定N源補(bǔ)充比例為 1/60[COD],在ABR反應(yīng)器中最佳水力停留時(shí)間為24 h,生物接觸氧化池中最佳水力停留時(shí)間為12 h,ABR反應(yīng)器中最佳反應(yīng)溫度在30~35℃之間[10],在生物接觸氧化池中最佳溶解氧含量為 4.0 ~ 5.0 mg/L, 生物營(yíng)養(yǎng)素最佳投加量為3~5 mg/L。實(shí)驗(yàn)用合成洗滌劑廢水在此條件下處理后,出水COD<100 mg/L,[LAS]< 5 mg/L,出水水質(zhì)滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-1996)》的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)要求。該工藝污水處理成本約為2.43元/m3,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益,有廣闊的工業(yè)化應(yīng)用前景。
王榕等[11]利用圖 1 所示混凝沉淀+ABR+生物接觸氧化工藝對(duì)某陰離子型氨基酸類表面活性劑月桂酰肌氨酸鈉生產(chǎn)廢水進(jìn)行了處理,進(jìn)水水質(zhì) CODCr=2800 mg/L、BOD5=550 mg/L、SS=700 mg/L、NH3-N = 50 mg/L、pH = 4.5 ~ 7, 處理水量為40 t/d的混合廢水經(jīng)該工藝聯(lián)合處理后,pH = 6 ~ 9,CODCr、BOD5、SS 和 NH3-N 的去除率分別達(dá)到 CODCr≥96.7%、BOD5≥96.4%、SS≥70%、NH3-N≥83.3%,出水水質(zhì)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-1996)》的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)要求。 該工程的總造價(jià)費(fèi)用為116.02萬(wàn)元,運(yùn)行費(fèi)用約為0.85 元 /m3。
圖1 某企業(yè)月桂酰肌氨酸鈉生產(chǎn)廢水處理工藝流程圖
SBR即間歇式活性污泥法是近年迅速發(fā)展起來(lái)的一種污水處理工藝。其污水處理機(jī)理與普通活性污泥法相同,其區(qū)別在于原水不是順次流經(jīng)各個(gè)污水處理單元,而是放流到一個(gè)反應(yīng)池內(nèi),按時(shí)間順序?qū)崿F(xiàn)不同目的的操作。鄭道敏等人[12]僅就使用SBR工藝對(duì)合成洗滌劑生產(chǎn)廢水做了初步研究,確定了該工藝的運(yùn)行條件。實(shí)驗(yàn)確定各個(gè)環(huán)節(jié)停留時(shí)間為:進(jìn)水(0.5 h)→曝氣(6 h)→攪拌(1.5 h)→靜置沉淀(1.5 h)→排水和排泥(0.5 h)。實(shí)驗(yàn)同時(shí)還確定了周期進(jìn)水量與反應(yīng)器中最小水量的比例值為1/5。在所確定的最佳反應(yīng)條件下,SBR反應(yīng)器對(duì)實(shí)驗(yàn)廢水的CODCr和BOD5的去除率分別為:CODCr≥ 90%,BOD5≥ 95%,效果良好。譚顯東等人[5]利用小型SBR法考察了合成洗滌劑生產(chǎn)廢水中十二烷基苯磺酸鈉(LAS)在SBR法反應(yīng)期的降解規(guī)律,并對(duì)其生物降解動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了初步分析。 其結(jié)果表明:在(23.0 ± 0.5)℃范圍內(nèi),LAS濃度≤90 mg/L的合成洗滌劑生產(chǎn)廢水,在SBR反應(yīng)器內(nèi)經(jīng)過(guò)6 h左右的曝氣反應(yīng),其LAS濃度就可以達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。在低基質(zhì)濃度條件下,Monod方程和一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程都能很好地模擬LAS的生物降解過(guò)程,最終求定了相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。孫勇等采用SBR法(反應(yīng)期缺氧/好氧相結(jié)合)處理洗滌廢水。在反應(yīng)期缺氧段,通過(guò)水解和部分酸化反應(yīng)對(duì)合成洗滌劑進(jìn)行初級(jí)降解(改變合成洗滌劑的表面活性);在反應(yīng)期好氧段,進(jìn)一步降解上一階段的水解產(chǎn)物。試驗(yàn)結(jié)果表明:非離子合成洗滌劑負(fù)荷為0.03~0.04 kg/kg MLSS·d,SBR 進(jìn)水期為 1.5 h, 當(dāng)反應(yīng)期缺氧段為6.0 h,反應(yīng)期好氧段為10.0 h時(shí),可以達(dá)到92%的非離子合成洗滌劑去除率、86%的CODCr去除率。
孫淑波[13]利用改性粉煤灰和SBR工藝對(duì)洗滌劑廢水進(jìn)行處理, 對(duì) [CODCr]=543.34 mg/L,[LAS]=137.3 mg/L,[BOD5]=165.23 mg/L,[SS]=615.3 mg/L,pH=9.0 的某洗滌劑廢水進(jìn)行處理后,出水 [CODCr]=95.19 mg/L,[LAS]=45.23 mg/L,[BOD5]=58.58 mg/L,[SS]=47.4 mg/L,pH= 4.3。在曝氣時(shí)間 4 h,沉降時(shí)間 3.5 h,pH=6,進(jìn)水量6 L,閑置時(shí)間4 h的最佳實(shí)驗(yàn)條件下,CODCr和LAS的去除率分別為86.53% 和86.1% 。出水可以作為循環(huán)冷卻用水。李俐敏[14]首先利用硅藻土對(duì)某生產(chǎn)洗滌劑廢水進(jìn)行預(yù)處理,然后使用SBR工藝對(duì)預(yù)處理后的廢水進(jìn)行處理,SBR反應(yīng)器接種污泥取自某造紙廠氧化溝,馴化10 d后投入使用,對(duì)進(jìn)水水質(zhì)為CODCr濃度500~900 mg/L,pH=6.8~7.8之間的廢水進(jìn)行處理后, 出水水質(zhì)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-1996)》的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。
李榮喜等[15]利用粉煤灰吸附-混凝物化處理-SBR復(fù)合工藝處理湖南麗臣實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司合成洗滌劑生產(chǎn)車間洗滌劑廢水,粉煤灰取自湖南省湘潭電廠,實(shí)驗(yàn)確定了粉煤灰最佳投加量為 0.55 g/mL,PAC 投加量為 400 mg/L,5%PAM投加量為5 mg/L,SBR最佳運(yùn)行方式為:進(jìn)水時(shí)間 3 h、曝氣 21 h、沉降 2 h、排水 0.5 h、待機(jī)0.5 h,每周期 27 h,pH 值控制在 6.5 ~ 7.5。在此條件下,當(dāng)進(jìn)水 CODCr濃度為 6388 mg/L,LAS 濃度為629 mg/L時(shí),其去除率分別達(dá)到92.4%和97.3% ,處理效果較好。 譚顯東等[16]研究了合成洗滌劑廢水在SBR反應(yīng)器中的降解行為和動(dòng)力學(xué)行為,實(shí)驗(yàn)接種污泥取自成都市三瓦窯污水處理廠二沉池和成都寶潔公司污水總排放口的底泥。在SBR反應(yīng)器馴化后,處理成都寶潔公司生產(chǎn)合成洗滌劑廢水,廢水CODCr=200~500 mg/L,LAS=10 ~ 120 mg/L。 TP=10 ~ 40 mg/L。 在 23±0.5℃的溫度下,廢水在SBR反應(yīng)器中曝氣6 h,出水水質(zhì)達(dá)到 《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn) (GB8978-1996)》的二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。LAS在SBR反應(yīng)器中的降解行為符合Monod方程和一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程。
青志鵬等人[17]根據(jù)含表面活性劑的高濃度日化廢水水質(zhì)特性,采用了混凝﹣厭氧﹣好氧處理工藝。運(yùn)行過(guò)程中,首先通過(guò)混凝沉淀對(duì)高濃度CODCr的LAS廢水進(jìn)行預(yù)處理;對(duì)于CODCr=9972 mg/L的LAS廢水,按3000 mg/L的投加量向廢水中加入SH混凝消泡劑。該預(yù)處理的廢水的CODCr去除率可達(dá)85%以上,LAS去除率可達(dá)99%,為后續(xù)的生化處理打下了基礎(chǔ)。后續(xù)的水解酸化工藝可去除35%左右的CODCr和LAS。經(jīng)混凝和水解酸化處理后,污水進(jìn)行好氧活性污泥法處理后達(dá)到《國(guó)家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-1996)》的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。該工藝試驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果表明,在進(jìn)水CODCr=20000 mg/L左右,混凝沉淀和好氧反應(yīng)對(duì)高濃度日化廢水的去除率分別達(dá)到90%以上和78%以上,該試驗(yàn)對(duì)工程上處理高濃度日化廢水具有較好的指導(dǎo)意義。宋爽等人[18]采用混凝法對(duì)高濃度合成洗滌劑生產(chǎn)廢水進(jìn)行預(yù)處理,去除廢水中大量的SS、油脂類物質(zhì)及表面活性劑,用反應(yīng)后所得的出水與其他低濃度廢水混合進(jìn)行生物氧化處理。試驗(yàn)結(jié)果表明:混凝氣浮法對(duì)CODCr、SS及油脂類物質(zhì)去除效果明顯,CODCr去除率為35%~56%,在廢水含鹽量較高的情況下,生物氧化法仍有較高的處理效率,CODCr去除率達(dá)到70%~95%,生化處理出水CODCr則可降至100 mg/L以下,達(dá)到 《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-1996)》的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。
生物接觸氧化池于1971年在日本產(chǎn)生,又稱為淹沒(méi)式生物濾池,是生物膜反應(yīng)器的典型代表,在城市污水處理和工業(yè)污水處理中得到廣泛應(yīng)用。
宋揚(yáng)等[19]采用Fenton氧化-好氧接觸工藝對(duì)廣州市某大型日用化工廠生產(chǎn)廢水進(jìn)行了小試和中試實(shí)驗(yàn), 首先向廢水中按 0.6 g/L 和 0.12 g/L的質(zhì)量濃度添加Fe2+和H2O2,廢水經(jīng)Fenton氧化預(yù)處理40 min后,CODCr和LAS的質(zhì)量濃度分別從 1500 mg/L 和 490 mg/L 降至 230 mg/L 和 23 mg/L。預(yù)處理后的污水進(jìn)入好氧接觸氧化池,好氧接觸氧化池中的污泥由廣州市某大型日用化工廠污水站二沉池所取污泥馴化而成,預(yù)處理后的污水在好氧接觸氧化池中停留20 h后出水,出水水質(zhì)達(dá)到廣東省一級(jí)廢水排放標(biāo)準(zhǔn),CODCr和LAS的去除率分別達(dá)到95%和99%以上。
陳花果等[20]使用長(zhǎng)安大學(xué)環(huán)境工程研究所研制的無(wú)機(jī)聚電解質(zhì)類復(fù)合混凝劑GS對(duì)西安某日用化工廠的洗滌劑生產(chǎn)廢水進(jìn)行預(yù)處理,實(shí)驗(yàn)確定該復(fù)合混凝劑的用量為100 mg/L時(shí)即可滿足后續(xù)生化處理進(jìn)水水質(zhì)要求。在廢水處理時(shí),廢水首先經(jīng)過(guò)均合池進(jìn)入泡沫分離器,然后進(jìn)入渦流反應(yīng)器與混凝劑混合反應(yīng),而后進(jìn)入浮選池進(jìn)行浮選分離,再進(jìn)入生物接觸氧化池進(jìn)行生化處理,生化處理后的污水經(jīng)沉淀池沉淀分離后直接排放。西安某日用化工廠的洗滌劑生產(chǎn)廢水經(jīng)該工藝處理后的出水達(dá)到 《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-1996)》的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。
申松梅等[21]使用以 85% [硫酸亞鐵+硫酸鋁+硫酸鎂]+10%[氯化鈣+氫氧化鈣]+5%[活性炭+聚丙烯酰胺]質(zhì)量組分配比而成的新型復(fù)合混凝劑RX對(duì)某日用化工廠的洗滌劑生產(chǎn)廢水進(jìn)行處理,在工業(yè)應(yīng)用性試驗(yàn)中,廢水經(jīng)調(diào)節(jié)池進(jìn)入混凝反應(yīng)器,廢水與混凝劑混合反應(yīng)后,進(jìn)入沉淀池進(jìn)行沉淀,其出水進(jìn)入生物接觸氧化池進(jìn)行生化處理,再經(jīng)二沉池沉淀后排放。實(shí)驗(yàn)確定了混凝最佳實(shí)驗(yàn)條件:RX投加量為150 mg/L,pH=7 ~ 9,PAM 投加量為 0.5 ~ 1.0 mg/L。經(jīng)混凝和生物接觸氧化池聯(lián)合處理后,廢水的LAS和CODCr總?cè)コ史謩e為99.5% 和97.0% ,出水中的平均 LAS 和 CODCr分別為 1.10 mg/L 和 79.6 mg/L,出水達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-1996)》的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。羅杰等[22]利用復(fù)合式曝氣生物濾池(HBAF)處理 CODCr= 400 ~ 500 mg/L,LAS=50 mg/L的模擬合成洗滌劑廢水,研究發(fā)現(xiàn)CODCr和LAS去除率隨水力負(fù)荷的增加而迅速減小,在氣水比=4:1時(shí),模擬廢水通過(guò)2 m的濾層后,出水CODCr和LAS均能達(dá)標(biāo)排放,此時(shí)CODCr和LAS的去除率分別達(dá)到86%和81%。
張文浩[23]將物化處理和水解酸化+好氧生化處理相結(jié)合對(duì)生產(chǎn)醇醚合成洗滌劑廢水進(jìn)行處理。該廢水表面活性劑含量較高,含脂肪醇硫酸鹽(AS)、烷基苯磺酸鹽(LAS)、醇醚硫酸鹽(AES)和脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO),起泡能力強(qiáng),直接生化處理困難。通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定的廢水處理工藝為:廢水→細(xì)格柵→調(diào)節(jié)池→配水池→生物濾池→中間沉淀池→生物轉(zhuǎn)盤(pán)→二沉池→排水。泡沫產(chǎn)生量通過(guò)控制濾池、轉(zhuǎn)盤(pán)進(jìn)水CODCr濃度進(jìn)行控制。該廠所產(chǎn)生的洗滌劑生產(chǎn)廢水經(jīng)該工藝處理后,出水 CODCr≤100 mg/L,BOD5≤ 60 mg/L,pH=6 ~7,SS≤100 mg/L,NH3-N<15 mg/L,TP<1 mg/L,均可達(dá)到遼寧省污水與廢氣排放標(biāo)準(zhǔn) (DB-60-89)。涂傳青等[23]采用混凝沉淀一水解酸化一好氧移動(dòng)床生物膜工藝處理 [CODCr]=1432 mg/L,[BOD5]= 467 mg/L,[SS]= 430 mg/L, [LAS]=183 mg/L,[TCC-TCS]=35 mg/L 的含生物毒性成分的洗滌劑廢水。經(jīng)混凝沉淀一水解酸化一好氧移動(dòng)床生物膜工藝處理后,出水水質(zhì)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-1996)》的二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。
作為成分復(fù)雜的難處理廢水,合成洗滌劑廢水處理時(shí)不僅要注重LAS和CODCr的去除率,同時(shí)也要注重處理成本,不同的處理方法處理費(fèi)用差別很大。在工程應(yīng)用中,可以考慮采用回收利用或者生物氧化分解兩條途徑設(shè)計(jì)處理工藝,同時(shí)應(yīng)根據(jù)不同的水質(zhì)特點(diǎn)因地制宜地對(duì)相關(guān)處理工藝組合、調(diào)整,尋求合理、高效、經(jīng)濟(jì)的聯(lián)用技術(shù),在保證出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的前提下,通過(guò)改善運(yùn)行條件、合理的藥劑和工藝選擇減少投資和節(jié)約運(yùn)行成本。綜合對(duì)比證明,采用混凝沉淀一厭氧水解一好氧串聯(lián)工藝處理含高濃度陰離子表面活性劑LAS的合成洗滌劑生產(chǎn)廢水,在技術(shù)上是合理可行的,并具有投資少、操作管理方便、運(yùn)行費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn),值得進(jìn)一步推廣使用。
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2011-09-23