天然橡膠加工廢水處理技術(shù)
中國污水處理工程網(wǎng) 時(shí)間:2015-3-8 8:47:54
污水處理技術(shù) | 匯聚全球環(huán)保力量,降低企業(yè)治污成本
天然橡膠加工過程中排放出來的廢水是COD、氨氮和總磷濃度很高的有機(jī)廢水,COD 平均8 g/L 以上,BOD5/COD 高達(dá)0.6~0.7。國內(nèi)天然橡膠加工廠的廢水基本沒有得到有效治理,尤其對(duì)于總磷的去除更是不重視。氮、磷污染是造成水體富營養(yǎng)化的主要原因,對(duì)污水中氮磷的去除已成為水處理領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。一般采用厭氧-好氧方式處理橡膠加工廢水,其中好氧多采用多級(jí)氧化塘、單一氧化溝等簡單工藝,不僅占用了大片的土地,而且總氮、總磷去除率不高,出水水質(zhì)無法達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
污水處理工藝的選擇是污水處理廠建設(shè)的關(guān)鍵,它影響污水處理廠的投資額、運(yùn)行費(fèi)用和處理效果,具體工藝選擇應(yīng)堅(jiān)持技術(shù)合理、經(jīng)濟(jì)節(jié)能、易于管理等原則。海南農(nóng)墾某橡膠加工廠采用“UASB+氧化塘+氧化溝”工藝處理其濃乳加工、標(biāo)準(zhǔn)膠加工和凝標(biāo)膠加工廢水,占地面積大,處理出水氮、磷含量嚴(yán)重超標(biāo),水質(zhì)無法達(dá)標(biāo)排放。筆者以UASB+兩級(jí)A/O+沉淀組合工藝對(duì)橡膠加工廢水進(jìn)行處理,利用正交試驗(yàn)的方法對(duì)影響兩級(jí)A/O 工藝處理天然橡膠加工廢水的各因素進(jìn)行研究,獲得了最佳工藝控制條件,達(dá)到較高的氮、磷去除率,既節(jié)省投資,又節(jié)約土地,最終達(dá)到廢水達(dá)標(biāo)排放和環(huán)境保護(hù)的目的。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)用水
試驗(yàn)所用廢水取自海南農(nóng)墾某橡膠加工廠的濃乳加工廢水和標(biāo)準(zhǔn)膠加工廢水分別經(jīng)過UASB 厭氧消化后與凝標(biāo)膠加工廢水(COD 較低)的混合液,取該混合液進(jìn)行實(shí)驗(yàn),采用前置反硝化技術(shù)處理,即在好氧池前設(shè)置厭氧池和污泥回流系統(tǒng),使沉淀池的部分污泥回流到厭氧池。實(shí)驗(yàn)中微生物的脫氮能力主要來源于厭氧池的反硝化作用,除磷能力主要來自于厭氧池的充分釋磷和好氧池的有效吸磷;旌弦篊OD 為2 196~2 261 mg/L,氨氮為190~219 mg/L,總磷質(zhì)量濃度為53~59 mg/L。
1.2 接種污泥
為了快速啟動(dòng)試驗(yàn)裝置,接種活性污泥取自海南農(nóng)墾某橡膠加工廠廢水處理一體化氧化溝內(nèi),易于接種和馴化。
1.3 工藝流程
本實(shí)驗(yàn)采用的前置反硝化生物處理系統(tǒng)主要以PVC 桶加工制成,2 個(gè)容積300 L 的桶用于制作好氧池,2 個(gè)容積150 L 的桶用于制作厭氧池,2 個(gè)容積50 L 的桶用于制作沉淀池。每個(gè)厭氧池內(nèi)放1 臺(tái)潛水泵作循環(huán)攪拌使用;每個(gè)好氧池由1 臺(tái)小型的曝氣機(jī)提供氧氣; 沉淀池底部連接污泥回流管道。進(jìn)水流量20 L/h,出水沉淀時(shí)間約為1 h。前置反硝化生物處理系統(tǒng)主要由兩級(jí)A/O 及污泥沉淀部分組成,其流程如圖 1 所示。
混合液進(jìn)入初級(jí)厭氧池,部分回流污泥也進(jìn)入初級(jí)厭氧池,攪拌,混合廢水在此進(jìn)行反硝化作用,聚磷菌釋磷。污水經(jīng)過初級(jí)厭氧池處理后進(jìn)入初級(jí)好氧池,經(jīng)好氧硝化處理過程降解有機(jī)物、轉(zhuǎn)化氨氮,聚磷菌吸磷,吸磷污泥及時(shí)排出。監(jiān)測(cè)出水水質(zhì)。
1.4 試驗(yàn)方法
1.4.1 單因素試驗(yàn)
在天然橡膠加工廢水處理中,HRT、DO、MLSS均是影響污染物去除效果的主要因素,因此,本研究先通過3 個(gè)獨(dú)立的單因素試驗(yàn)初步確定各因素的考察范圍,每組實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3 次。DO 分別為2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、3.8、4.0 mg/L;MLSS 分別為1 540、2 560、3 560、4 520 mg/L;HRT 分別為24、28、32、36、40、44 h。
1.4.2 正交試驗(yàn)
根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行正交試驗(yàn),對(duì)兩級(jí)A/O 工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
1.4.3 驗(yàn)證試驗(yàn)
按照正交試驗(yàn)優(yōu)化的工藝參數(shù),對(duì)天然橡膠加工廢水進(jìn)行處理,測(cè)定其COD、NH3-N、TP 的去除率。
1.5 測(cè)試項(xiàng)目及方法
參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(4 版)中的標(biāo)準(zhǔn)方法,測(cè)試COD、NH3-N、TP、HRT、DO、MLSS,其中COD、NH3-N、HRT 每隔4 h 檢測(cè)1 次,TP 每隔2 h檢測(cè)1 次,DO 每隔1 h 檢測(cè)1 次,MLSS 每隔1 d 檢測(cè)1 次,每次平行檢測(cè)3 個(gè)樣。
2 結(jié)果與分析
2.1 HRT 對(duì)污染物去除效果的影響
固定兩級(jí)好氧池DO 在3.5 mg/L、MLSS 為3 300mg/L,改變兩級(jí)A/O 裝置中HRT,考察HRT 對(duì)廢水中COD、NH3-N、TP 去除率的影響,結(jié)果見圖 2。
從圖 2 可知,用兩級(jí)A/O 工藝處理天然橡膠加工廢水厭氧消化液,COD、NH3-N、TP 去除率隨HRT增加而提高,在HRT=36 h 時(shí)變化趨勢(shì)開始變緩,此時(shí)出水的COD、NH3-N 達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn),即COD≤100 mg/L,NH3-N≤15 mg/L,TP 雖然未達(dá)標(biāo),但也大幅度降低。故將正交試驗(yàn)中HRT 范圍確定為28~40 h。
2.2 曝氣量對(duì)污染物去除效果的影響
2.2.1 初級(jí)好氧池曝氣量對(duì)污染物去除的影響
固定HRT=36 h,MLSS 為3 300 mg/L,次級(jí)好氧池DO 在3.5 mg/L,改變初級(jí)好氧池DO,考察初級(jí)好氧池DO 對(duì)COD、NH3-N、TP 去除率的影響,結(jié)果見圖 3。
由圖 3 可以確定,初級(jí)好氧池DO 的適合范圍為3.2~4.0 mg/L。
2.2.2 次級(jí)好氧池曝氣量對(duì)污染物去除的影響
固定HRT=36 h,MLSS 為3 300 mg/L,初級(jí)好氧池DO 在3.5 mg/L,改變次級(jí)好氧池DO,考察次級(jí)好氧池DO 對(duì)COD、NH3-N、TP 去除率的影響,結(jié)果見圖 4。
由圖 4 可以確定,次級(jí)好氧池DO 合適范圍為3.0~3.8 mg/L。
2.3 好氧池MLSS 對(duì)污染物去除效果的影響
MLSS 間接反映了污水處理細(xì)菌的數(shù)量,曝氣池污泥濃度是影響有機(jī)物從污水中去除效果的重要因素,直接影響污水中COD、氨氮、TP 等污染物的去除情況。固定兩級(jí)好氧池DO 為3.5 mg/L、HRT=36 h,改變MLSS,考察曝氣池內(nèi)MLSS 對(duì)COD、NH3-N、TP 去除率的影響,結(jié)果見圖 5。
由圖 5 可以確定,曝氣池內(nèi)MLSS 合適范圍為3 560~4 520 mg/L。
2.4 正交試驗(yàn)分析
根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果,采用L16(45)正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)選優(yōu),結(jié)果見表 1。
序號(hào) | A(HRT)/h | B(初級(jí)好氧池DO)/(mg·L -1 ) | C(次級(jí)好氧池DO)/(mg·L -1 ) | D(MLSS)/(mg·L -1 ) | COD去除率/% | NH 3 -N去除率/% | TP去除率/% | |
1 | 28 | 3.2 | 3.0 | 1540 | 74.2 | 72.0 | 60.5 | |
2 | 28 | 3.5 | 3.2 | 2560 | 84.3 | 83.4 | 81.4 | |
3 | 28 | 3.8 | 3.5 | 3560 | 93.5 | 89.3 | 88.2 | |
4 | 28 | 4.0 | 3.8 | 4520 | 89.2 | 86.1 | 87.6 | |
5 | 32 | 3.2 | 3.5 | 4520 | 92.7 | 90.1 | 89.8 | |
6 | 32 | 3.5 | 3.8 | 3560 | 91.5 | 90.6 | 88.3 | |
7 | 32 | 3.8 | 3.0 | 2560 | 86.1 | 86.2 | 83.5 | |
8 | 32 | 4.0 | 3.2 | 1540 | 81.1 | 79.5 | 72.3 | |
9 | 36 | 3.2 | 3.8 | 2560 | 89.2 | 86.5 | 86.4 | |
10 | 36 | 3.5 | 3.5 | 1540 | 80.7 | 81.7 | 70.1 | |
11 | 36 | 3.8 | 3.0 | 4520 | 93.4 | 89.9 | 90.3 | |
12 | 36 | 4.0 | 3.2 | 3560 | 92.8 | 92.6 | 92.4 | |
13 | 40 | 3.2 | 3.2 | 3560 | 92.5 | 89.6 | 89.2 | |
14 | 40 | 3.5 | 3.0 | 4520 | 93.2 | 89.2 | 88.2 | |
15 | 40 | 3.8 | 3.8 | 1540 | 79.7 | 83.2 | 71.2 | |
16 | 40 | 4.0 | 3.5 | 2560 | 90.9 | 90.3 | 87.5 | |
COD去除率 | k1 | 85.30 | 87.15 | 86.73 | 78.93 | |||
k2 | 87.85 | 87.43 | 87.68 | 87.63 | ||||
k3 | 89.03 | 88.18 | 89.45 | 92.58 | ||||
k4 | 89.08 | 88.50 | 87.40 | 92.13 | ||||
R | 3.77 | 1.35 | 2.72 | 13.65 | ||||
NH 3 -N去除率 | k1 | 82.70 | 84.55 | 84.33 | 79.10 | |||
k2 | 86.60 | 86.23 | 86.28 | 86.60 | ||||
k3 | 87.68 | 87.15 | 87.85 | 90.53 | ||||
k4 | 88.08 | 87.13 | 86.60 | 88.83 | ||||
R | 5.38 | 2.60 | 3.52 | 11.43 | ||||
TP去除率 | k1 | 79.43 | 81.48 | 80.63 | 68.53 | |||
k2 | 83.48 | 82.00 | 83.83 | 84.70 | ||||
k3 | 84.80 | 83.30 | 83.90 | 89.53 | ||||
k4 | 84.03 | 84.95 | 83.38 | 88.98 | ||||
R | 5.38 | 3.47 | 3.28 | 21.00 |
從表 1 可以看出,以COD 去除率為檢測(cè)指標(biāo)最佳組合工藝為A4B4C3D3,以NH3-N 去除率為檢測(cè)指標(biāo)最佳組合工藝為A4B3C3D3,以TP 去除率為檢測(cè)指標(biāo)最佳組合工藝為A3B4C3D3。因COD、NH3-N 的A3、A4相差較小,而A4會(huì)增加不少投資,所以與TP 去除率結(jié)合選擇A3;COD、TP 選B4,而NH3-N 的B3、B4相差很小,因此取B4。根據(jù)正交試驗(yàn)分析可知,最佳工藝參數(shù)選擇為A3B4C3D3,即:HRT=36 h、初級(jí)好氧池DO 為4.0 mg/L、次級(jí)好氧池DO 為3.5 mg/L、MLSS 為3 560 mg/L。
2.5 驗(yàn)證試驗(yàn)
按正交試驗(yàn)分析結(jié)果,在HRT=36 h、初級(jí)好氧池DO 為4.0 mg/L、次級(jí)好氧池DO 為3.5 mg/L、MLSS 為3 560 mg/L 條件下用試驗(yàn)裝置處理廢水COD、氨氮、TP 的去除率分別為97.5% 、93.6% 、91.5%。
2.6 前置反硝化技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析
采用前置反硝化技術(shù)處理混合液,處理水量2 400 m3/d,占地1 500 m2,工程投資450 萬元,耗電量108 kW·h,運(yùn)行費(fèi)用約0.9 元/m3,COD、氨氮可達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn),總磷可降至較低濃度,經(jīng)進(jìn)一步化學(xué)處理后可達(dá)標(biāo)排放。雖然從單純的污染物處理成本來看,該方法運(yùn)行成本略微偏高,但對(duì)天然橡膠加工企業(yè)而言,可通過以下方式降低成本:(1)廢水資源化利用。將處理后的廢水回用至橡膠加工車間,或用于橡膠林、農(nóng)田種植和園林綠化苗木灌溉,盡量資源化利用,實(shí)現(xiàn)廢水零排放。(2)沼氣資源化利用。本工藝采用污泥回流系統(tǒng),可提高厭氧池的污泥數(shù)量和活性,保證沼氣產(chǎn)量持續(xù)穩(wěn)定,將沼氣用于干燥膠片,經(jīng)濟(jì)效益顯著,可大幅度降低燃料成本。(3)污泥資源化利用。在廢水處理站增設(shè)1 臺(tái)污泥壓濾機(jī),將產(chǎn)生的污泥作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)肥料轉(zhuǎn)移,可減輕廢水治理工藝后續(xù)處理的難度,減少耗電及化學(xué)除磷費(fèi)用,同時(shí)又能回收利用資源。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
3 結(jié)論
(1)采用前置反硝化技術(shù)處理天然橡膠加工廢水厭氧消化液可行,可取得很好的脫氮除磷效果,出水COD、氨氮能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn),TP 也大幅度降低。
(2)運(yùn)用單因素試驗(yàn)縮小影響因素范圍,以正交試驗(yàn)優(yōu)化工藝參數(shù),工藝參數(shù)優(yōu)化選擇HRT=36 h、初級(jí)好氧池DO 為4.0 mg/L、次級(jí)好氧池DO 為3.5mg/L、MLSS 為3 560 mg/L,此時(shí)COD、氨氮、總磷去除率分別高達(dá)97.5%、93.6%、91.5%。
(3)比較分析后認(rèn)為前置反硝化技術(shù)(兩級(jí)A/O工藝)在技術(shù)、投資和運(yùn)行費(fèi)用上優(yōu)于傳統(tǒng)處理技術(shù)(氧化塘+兩級(jí)好氧池組合工藝)。