微电解与I-BAF组合工艺处理硝基甲苯废水中试.pdf

微电解与 I-BAF 组合工艺处理硝基甲苯废水中试 ＊ 叶正芳 1 王中友 1 牟敬海 2 焦宏春 2 沈 仲 2 崔华辉 2 鲁宏文 2 宋秀萍 2 王 静 2 王延庆 3 张志山 3 郝英超 3 张德龙 3 1.北京大学环境工程系水沙科学教育部重点实验室, 北京 100871;2 .辽宁庆阳特种化工有限公司 , 辽宁 庆阳 111002; 3.五洲工程设计研究院, 北京 100053 摘要 采用微电解-固定化曝气生物滤池 I -BAF 组合工艺对硝基甲苯废水进行现场中试。 试验结果表明 该工艺对 硝基甲苯废水的处理效率高, 费用低 0. 23元 t , 而且具有较高的稳定性和抗冲击能力; 当总水力停留时间为28 h 时, 硝基甲苯 MNT、DNT 和 TNT 、苯胺类物质、COD 的去除率分别达到 99、85. 1、72. 8。 关键词 固定化微生物 曝气生物滤池 微电解 硝基甲苯废水 ＊国防基础科研 TNT 精制废水处理工程化应用研究。 0 引言 硝基甲苯废水产生于炸药的生产和精制过程中, 其成 分主 要为 一硝 基甲 苯 MNT 、二 硝基 甲苯 DNT 、 三硝基甲苯 TNT 等污染物 , 具有较强的致 癌、 致基因突变和难降解性 ,对生态环境和人类健康 存在很大的危害 [ 1 -3] 。 目前,一般采用物理化学方法处理硝基甲苯废 水,如活性炭吸附 [ 4 -5] 、高级氧化技术 [ 6- 10] 、焚烧技术 等。这些处理技术成本高 [ 11] ,很难为企业采用 ; 同时 物理化学法易产生二次污染 [ 12] 且不能保持出水持续 稳定达标 ,导致环境风险很大 。生物法可有效的解决 上述问题, 但由于MNT 、 DNT 和 TNT 对微生物有较强 的抑制作用 [ 13] , 目前国内外对生物法处理硝基甲苯 废水的研究较少。试验采用微电解预处理与固定化 微生物-曝气生物滤池的组合工艺对硝基甲苯废水 进行现场中试, 重点考证该工艺的可行性和可靠性, 为工业化的废水处理装置运行提供设计依据 。 1 材料与方法 1. 1 试验水质 本试验采用的硝基甲苯废水取自庆阳特种化工 有限公司 。废水中主要含有 MNT 、 DNT 、TNT 、苯胺等 污染物质 ,具有毒性高、可生化性差等特点 。主要污 染物指标见表 1。 表 1 主要污染物指标mg L MNT 、 DNTTNT苯胺COD 18～ 1302～ 160～ 0. 480～ 1 000 1. 2 试验工艺流程 工艺流程见图 1。 进水 微电解池中和池 碱液 沉淀池调节池 磷酸盐 I -BAF 池 鼓风机 出水 图 1 废水处理工艺流程 废水处理工艺分为物化和生化处理 2 个部分。 物化处理由微电解、中和 、沉降和调节池 4 个工序组 成; 生化处理由 I-BAF 生化池组成 。微电解由 3级串 联装置组成 ,每级装置的有效反应容积为0. 55 m 3 , 其 主要作用将废水中的硝基化合物转化为苯胺类物质, 并提高废水的可生化性和 pH 值 。I-BAF 由 4 级生化 处理池组成 ,每 1 级的池容积为1. 8 m 3 , 从下部进水, 上部出水, 池内装有容积 60的载体 ,池底设置 ADS 曝气系统, 空气由池底进入,池内投加高效微生物 。 1. 3 试验方法 试验共分 2 个阶段 第 1 阶段为微生物的驯化和 固定化 ,时间为15 d; 第 2 阶段为工艺参数、运行控制 研究阶段, 时间为40 d。 首先用泵将污水打入微电解池进行反应 ,出水用 10的氢氧化钠溶液调节 pH 为 7～ 9,然后废水自流 进入沉淀池 ,上清液再自流进入调节池 , 在调节池投 加磷酸三钠 , 调节池的污水再自流进入 4 级 I- BAF 池。废水将 I- BAF 池打满后开始曝气, 投加一定量的 高效微生物 ,然后开始闷曝,在第 2天和第 3天 ,继续 向各池投加高效微生物,闷曝3 d后, 开始以0. 25 m 3 h 流量连续进水, 并开始每天定时检测各生物池污染物 73 环 境 工 程 2008年 8 月第26 卷第4 期 指标。若各池的污染物指标呈梯度变化, COD 去除 率 50,硝基化合物转化的苯胺类污染物去除率 70,即认为驯化、固定化阶段基本完成 ,然后进入第 2 阶段,连续检测进 、 出水的各项指标。 2 结果与讨论 2. 1 组合工艺对COD的去除效果 在 I- BAF 经过第 1 阶段的驯化和固定化后 ,组合 工艺对COD的去除效果较好 。进入组合工艺的污水 COD最高值为318. 0 mg L , 最低值为83. 0 mg L , 平均 值为190. 0 mg L; 出水 COD 最高值为79. 8 mg L ,最低 值为28. 9 mg L, 平均值为51. 5 mg L,COD的去除率达 到72. 8,说明以 I-BAF 池为主体的组合工艺可以完 成对废水中有机物的去除 。其去除效果见图 2。 图 2 组合工艺对 COD 的去除效果 由图 2 可知 ,组合工艺对 COD 的去除具有很好 的稳定性和去除效果。出水 COD 有个别数据偏高, 这是因为进水中 MNT 、 DNT 和 TNT 等难降解物质含 量较高 ,微电解系统无法将其完全转化为苯胺类物 质,致使 COD 相对偏高。 2. 2 微电解对硝基甲苯类物质的转化效果 试验中,微电解的主要作用是将硝基化合物转化 为苯胺类化合物 , 同时提高污水的可生化性及 pH 值,减少后段的加碱量, 避免废水中盐度的升高。微 电解池将硝基甲苯类物质转化为苯胺类物质的转化 效果见图 3 和图 4。 图 3 微电解对硝基甲苯转化效果 由图 3 和图 4 可看出, 经过微电解处理后, 硝基 化合物浓度迅速下降 ,除 3 个数据外 ,其余浓度均为 图 4 微电解池进、出水苯胺类物质浓度变化 0 mg L, 而污水中的苯胺类物质浓度从0 mg L上升为 平均浓度14. 21 mg L。这说明微电解池可有效的将 废水中的硝基甲苯类物质转化为苯胺类物质 ,为后续 工艺的充分降解提供保障 。 该试验微电解装置有效体积为1. 65 m 3 , 按试验 能力计算, 有效反应时间为6. 6 h 。根据资料和工厂 自身的运行条件 ,设计微电解装置的有效反应时间在 2 h以上即可满足要求 。 2. 3 I- BAF 对苯胺类物质的去除效果 苯胺类污染物主要是硝基苯类物质经过微电解 后转化的产物,在大多数情况下, 微电解可将 90以 上的硝基化合物转化为苯胺类物质。表 2 是 I- BAF 进、 出水苯胺类物质的变化情况。从表 2 可以看出, I- BAF 对苯胺类污染物已具有较好的去除效果 ,进水 苯胺类污染物最高值38. 75 mg L , 最低值3. 43 mg L, 平 均 13. 18 mg L ; 出 水 苯 胺 类 污 染 物 最 高 值 4. 31 mg L, 最低值0. 69 mg L ,平均1. 97 mg L, 苯胺类 污染物的去除率达85. 1。 表 2 各级 I-BAF 进、出口苯胺类物质浓度变化mg L 项目 进水出水 浓度平均值浓度平均值 去除率 1 级3. 43～ 38. 7513. 183. 70～ 24. 5311. 0316. 31 2 级3. 70～ 24. 5311. 030～ 7. 132. 9673. 16 3 级0～ 7. 132. 960～ 4. 852. 3221. 62 4 级0～ 4. 852. 320. 69～ 4. 311. 9715. 09 从表 2还可以看出 ,4 级 I-BAF 对苯胺类污染物 的降解情况 ,第 1 级 I- BAF 对苯胺类污染物的降解率 不高, 而第 2 级 I-BAF 对苯胺类污染物降解率较高。 这是因为苯胺类物质中的氨基具有还原性,苯胺类物 质的降解主要以好氧生物氧化为主体。在4 级 I- BAF 中,第 1 级和第 3 级为厌氧生物滤池 , 第 2 级和第 4 级为好氧生物滤池。第 1 级 I- BAF 对苯胺类物质的 降解主要是反硝化作用所致 原水中含有硝酸 ,原水 中虽然有大量硫酸盐 ,但在厌氧阶段由于硝酸盐的存 74 环 境 工 程 2008年 8 月第26 卷第4 期 在,氧化了可能产生的硫化氢, 故在厌氧生物滤池未 发现有大量硫化物溢出的臭味 。而第 3 级 、 第 4 级 I- BAF 池的去除率不高 ,主要是废水中苯胺类物质已被 充分降解所致。 2. 4 组合工艺对硝基甲苯类污染物的去除效果 硝基甲苯化合物 MNT 、 DNT 、 TNT 的去除主要包 括2 方面,首先通过微电解的还原作用将大部分的硝 基甲苯化合物转化为苯胺类物质, 剩余的多硝基化合 物再通过微生物降解去除 。由图 3可知, 微电解工艺 已经将废水中81～ 100 的硝基甲苯物质转化为苯 胺类物质。剩余的污染物几乎被 4 级 I-BAF 完全降 解, 在生物池出口基本检测不到 MNT 和 DNT 。在 20 个出水 TNT 的监测数据中 , 17 个为 0 mg L , 其余 3 个浓度均 1 mg L 。组合工艺对 MNT 、DNT 和 TNT 的去除率达到了 99以上 。 2. 5 生物处理的水力停留时间 该试验生物池 I-BAF 池共分为 4 级 ,总水力停留 时间为28 h, 厌氧 、好氧各14 h。从表 2 可以看出, 第2 、 3级I-BAF 出水的污染物指标与第 4 级差别不 大,这主要是废水中的污染物已得到充分的降解, 试 验中 ,水力停留时间为20 h可满足处理的要求 。但在 工程设计时 ,应考虑一些不确定因素, 建议水力停留 时间按28 h以上设计。 2. 6 冲击性试验 中试期间, 进入系统的污水 COD、硝基甲苯类物 质浓度变化较大 ,但出水水质较稳定, 各项指标均达 国家排放标准 GB14470. 1-2002 。这说明组合工艺 的抗冲击负荷较高 ,系统的整体稳定性能较好 ,有利 于工程应用的正式运行。 3 结论 1 采用以固定化微生物为主体的工艺处理多硝 基甲苯废水 ,其主要污染物的去除率为 硝基甲苯化 合物 99以上、苯胺类 85. 1、 COD 72. 8, 说明所 采用的工艺处理硝基甲苯废水在技术上是可行的 。 2 生物处理单元水力停留时间不超过20 h时, 水中污染物已得到充分降解, 出水指标可满足一级排 放标准的要求, 为工程设计提供了一个基本参数。 3 微电解可有效将硝基化合物转化为苯胺类化 合物 ,提高污水 pH 值, 减少后序工艺加碱量。 4 尽管水质变化较大 ,但未发现水质的变化对 微生物的活性带来显著的影响 ,说明固定化微生物耐 毒性能和抗冲击负荷能力较强 ,为工程的稳定运行提 供保障。 参考文献 [ 1] Dianne J, Luning P. 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Keywords converter dedust flue gas venturi tube throat THE CHARACTERISTICS AND MEASUREMENT OF NOISE FROM PIPELINE OF PIPE GALLE - RY OXYGEN AREAS IN LARGE IRON AND STEEL PLANTS Yu Wuzhou Zeng Huaxiu Li Minna et al 68 Abstract Portable sound insulation noise -abatement tube is presented to make efficient pipe noise measurement and identification of pipelines of pipe gallery in oxygen area for a large iron steel plant, and the characteristics of pipe noise are analyzed. The results show that this is effective and reliable. What s more, pipe noise changes along pipe length due to the effect of valves and bendings, and different pipes emit noise with different levels and spectral characteristics.It is suggested in this paper that proper pipe lagging structures should be applied to pipe gallery with different pipelines according to their noise contributions. Keywords noise measurement pipe noise IMPROVEMENT ON DECOLORIZATION PROCESS OF ACTIVATED CHAR Zhang Mengcun 71 Abstract According to the problems of the traditional decolorization process of activated char, their causes were analyzed and a feeder of venturi tube was developed, which fundamentally solved the pollution of adding activated charcoal, the bump and the fusion speed. The decoloriza - tion time was decreased and the production efficiency was also raised. Keywords activated charcoal decolorization venturi tube feeder PILOT -SCALE TEST ON NITROTOLUENE WASTEWATER TREATMENT WITH MICRO-ELEC - TROLYSIS AND I-BAFYe Zhengfang Wang Zhongyou Mou Jinghai et al 73 Abstract Pilot scale test was made on the treatment of nitrotoluene wastewater by using micro -electrolysis and immobilizedmicroorganism- biological aerated filter I -BAFprocess. The resultsindicate that the process has high efficiency and low cost 0. 23 Yuan t wastewaterandit al - so has characteristics of steady running and powerful resistance to impact load. When total hydraulic retention time is 28 h, the removal rates of ni- trotoluene MNT, DNT and TNT, aniline and COD are 99, 85. 1 and 72. 8, respectively. Keywords immobilizedmicroorganisms biological aerated filter micro -electrolysis nitrotoluene wastewater CHARACTERISTICSTUDYONNEWBIOREACTORSHORT-RANGENITRIFICATION - DENITRIFICATIONSong Yinghao Yang Shasha Zhao Zongsheng et al 76 Abstract Some studies on nitrite accumulation in nitrification process by using air lift reactorwere pered. Treatment effect of combined processof nitrification-denitrification was also studied by combining air lift reactor with upflow sludge bed after it had been operating for six months. The results show that when concentration of influent ammonia was more than 98 mg L andfree ammonia reached 1. 07 mg L, concentra - tion of effluent nitrite started to rise and over 50of nitritation rate NO - 2-N NO - X-N could be achieved. Whenammonia sludge loading was close to 0. 53 kg kgd, ammonia removal rate was quite high and nitritation rate wasmaximum. But when sludge loading reached0. 85 kg kgd, ammonia removal rate fell. There was obvious particulate sludge in upflow sludge bed reactor. Treatment effect of ultimate effluent turned good ob - viously when carbon source was enough. Keywords air lift reactor short-range nitrification-denitrification upflow sludge bed reactor particulate sludge TREATMENT PROCESS OF OILY WASTEWATER DURING ROLLING PROCESS Wang Jiang Li Zhengyao Han Jingtao 79 Abstract The process of demulsification-floeculation-activated carbon adsorption is used in the treatment of the oily wastewater from a roll - ing mill. During the treatment, W25 is used as demulsifier and PAC as floeculant, then the water is filtered by activated carbon, whose effluent can reach the second -order emission standard. Keywords demulsifier wastewater treatment physicochemical s INNOVATION OF TREATMENT PROCESS OF WASTEWATER CONTAINING FLUORINE Zou Donglei Yang Zhongping Yuan Wenshuang et al 81 Abstract A complete set of wastewater treatment process is proposed according to the fact that there is a lower pH and a higher F-in the wastewater from the process of washing sand by hydrofluoric acid. The treatment process features simple operation and stable running, therefore, the efflunet still can meet the emission standard when the fluorine content of the influent is 1 560 mg L, and the removal rate of F is over 99. Keywords chemical precipitation wastewater containing fluoride technological innovation 5 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 26, No. 4,August, 2008