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气浮法对矿区洗浴污水中洗涤剂处理及回用研究 邵 武 李中和 宋 岩 中国矿业大学, 北京 100083 摘要 通过不同方案的对比试验, 确定了矿区洗浴污水处理及回用的工艺, 重点解决了阴离子合成洗涤剂对水质的影 响, 为矿区洗浴污水回用提供一项可行的方案。 关键词 洗浴污水; 阴离子合成洗涤剂; 气浮 RESEARCH ON TREATING DETERGENT IN BATH SEWAGE IN MINING AREAS BY AIR FLOAT PROCESS AND REUSEOF SEWAGE Shao Wu Li Zhonghe Song Yan China University of Mining and Technology Beijing, Beijing 100083, China Abstract It was determined the processes of treatment and reuse of bath sewage in a mining area through comparison and test of different schemes.It was also solved mainly the problem of the effect of anion synthetic dertergent onwater quality, which provided a feasible scheme of reusing bath sewage in mining areas. Keywords bath sewage; anion synthetic detergent; air float 0 引言 矿区洗浴污水、办公楼污水由于具有相对稳定水 质、 水量, 经处理后可以作为资源回用于工业生产 。 平顶山某矿位于河南省平顶山市中心以北3 km, 年产原煤 350万 t , 现有职工 1. 2 万人,是典型的国有 大型煤炭企业。由于受各种条件的影响和限制,在用 水高峰季节和旱季 ,日缺水量可达到 1 万 t 以上, 严 重影响了矿区的生产和职工的生活。为缓解用水的 紧缺状况, 按照开源节流和因地制宜的原则 ,将矿区 未经处理外排的洗浴污水、办公楼生活污水 1 500～ 2 000 m 3 d 集中后进行综合治理,并将处理后的出水 回用于工业生产 ,以便缓解用水紧张状况。按照企业 要求处理后出水主要提供给选煤厂作为洗煤用水 。 1 水质及工艺要求 选煤厂洗煤用水的主要作用是湿法选煤过程中 作为水力分级、重介质 、浮选等各洗选工艺部分所需 要的介质 [ 1] 。单从洗去煤粉和煤尘的角度看, 洗煤用 水对水质没有特殊的要求 。但是,在浮选工艺中需要 加入各种浮选药剂如煤油 、 发泡剂等 ,因此,该工艺要 求水质中不应含有其他干扰物质 [ 2] 。 将一矿洗浴污水的水质分析后与国家标准 GB T18920-2002城市污水再生利用工业用水水质标 准对照如表 1 所示。 从表1 可以看出 , 一矿澡堂洗浴污水的水质主 要以悬浮物 SS、生化需氧量 BOD5、 化学需氧量 COD、 阴离子合成洗涤剂 LAS 为主要污染物, 同时还含有 人体的毛发 、 油脂和大量细菌等有害物质 。根据一矿 洗浴污水处理后的用途, 结合水质情况 , 确定主要影 响指标是阴离子合成洗涤剂 LAS 和油脂, 这两项指 标是浮选药剂的主要干扰物质 。 只有将洗浴污水中 表 1 原水水质与国家标准对照表 项目色 度臭pH ρ SS mgL - 1 ρ BOD5 mgL-1 ρ COD mgL- 1 细菌总数 个mL- 1 总大肠杆菌 个mL- 1 ρ 阴离子合成 洗涤剂 mgL - 1 ρ 游离氧 mgL- 1 监测值7. 910890～ 1102553 . 4 水质标准 30无不快感6. 0～ 9 . 010 50100 30 . 50. 2 30 环 境 工 程 2009年 2 月第27 卷第1 期 阴离子合成洗涤剂和油质去除 ,达到国家城市杂用水 工业用水水质标准, 出水才可作为选煤厂洗煤用水 。 2 处理工艺试验和选择 目前国内洗浴污水中 LAS 的处理工艺主要有生 物处理法 、 物理化学法和生化物化混合法3 种 [ 3] 。 2. 1 工艺试验 2. 1. 1 混凝剂选择 目前国内外对洗浴污水处理工艺的设计特点一 般是 原水经过格栅 、 毛发过滤器进入调节水池,然后 进入混凝沉淀、消毒过滤工艺 [ 3] 。此工艺主要以药剂 的氧化作用和絮凝作用使污水得以净化 ,所以混凝剂 的选择是该工艺的重要因素 [ 4] 。混凝去除有机物的 机理是电性中和以及金属离子产生的水解产物 金属氢氧化物对有机物的吸附作用 ,这些金属氢氧化 物的表面带正电 ,而洗浴废水中的有机物主要以蛋白 质、 油脂等人体代谢产物和亚甲兰活性物质为代表, 常含 有 较多 的官 能 团如 COOH 、 NH2、 OH、 HSO3, 在中性 pH 条件下大部分带负电荷 ,因此 ,在 静电力作用下有机物被吸附到金属氢氧化物表面 ,从 水中去除 [ 5] 。按照该试验结论,根据目前市场上各种 类混凝剂的特点 , 选择分子量较大 、凝聚速度快 、 pH 值适用范围较广 、 受环境温度影响小、容易水解的聚 合氯化铝作为混凝剂较为合适 。在水样 pH7. 9 时 , 通过六联搅拌混凝沉淀试验, 可以得到混凝剂的投加 量与 COD、LAS 、 SS 去除率关系如图 1 所示。水样原 水水质 COD 182 mg L , LAS 3. 05 mg L, SS 32 mg L。 图 1 加药量与 COD、LAS、SS 去除率关系 从图 1可以看出, 在加药量为 6 mg L 时 , 原水经 过混凝沉淀之后 ,可以得到清彻透明的上清液 ,其中 COD、 SS 含量已基本接近 GB T18920-2002 标准, 而 LAS 去除效率较低, 未达到 GB T18920 -2002 标准, 因此 ,需要采取进一步处理措施。 2. 1. 2 混凝加压气浮试验 在混凝加压气浮工艺中, 通过控制混凝剂的投加 量和回流比 溶气水与混凝气浮总出水量比值 ,可以 得到较好的处理效果 。采用 L9 3 2 正交试验的方法, 将影响气浮效果的两个因素混凝剂的投加量和回流 比,各设 3个水平, 其试验结果如表 2 所示。水样原 水指 标 COD 190 mg L , LAS 3. 7 mg L , SS 100 mg L 。 表 2 混凝气浮正交试验 聚合氯化 铝 mgL - 1 回流比 去除率 CODLASSS 105074. 37764. 5 203065. 571. 458. 8 304081. 573. 184. 9 104073. 67570 205076. 68085. 8 30306872. 188. 4 103062. 566. 884. 9 20407377. 677. 4 305079. 474. 489. 7 对表 2 进行综合分析可以看出, 混凝加压气浮工 艺有效地提高了 COD 的去除率, 同时也提高了 LAS 的去除效果 , 使出水中的 LAS 含量可以达到 1 mg L 以下,同时, 还将污水中的油脂去除 。但是按照 GB T18920-2002 标准 ,一矿澡堂洗浴污水采用混凝加压 气浮工艺处理后出水水质中还含有 20～ 30的可 溶解性 COD 和 LAS, 因此 , 该工艺不可以单独使用, 应该采取进一步的处理措施。 2. 1. 3 活性炭吸附试验 活性炭是一种非常优良的吸附剂,它具有很强的 物理吸附和化学吸附的双重特性,易于吸附经消毒后 变化为短链 、 小分子的有机物, 能去除芳香族合成剂 等,在处理含 LAS 废水时效果很好 [ 6] 。根据矿区洗浴 污水水质情况和活性炭的特性 ,以过滤速度和滤床高 度作为影响因素进行 L9 3 2 正交试验 。活性炭过滤 柱入水水质 COD187. 6 mg L,LAS 3. 32 mg L ,将入 水以不同的过滤速度注入不同高度的滤床 ,COD、LAS 的去除率试验结果如表 3。 从表 3 中可以看出 ,过滤速度的减小和滤床高度 的增加 ,都可以有效的提高污水的 COD 和 LAS 的去 除率 ,即洗浴污水与活性炭的接触时间的长短决定污 水COD和 LAS 的去除率的高低。考虑到水头压力损 失、 浊质的穿透性能及活性炭的运行周期等问题, 根 据试验的结果, 选择滤床高度120 cm 、滤速10 m h作 为技术运行参数比较适合工艺要求 。 31 环 境 工 程 2009年 2 月第27 卷第1 期 表 3 活性炭吸附正交试验 过滤速度 mh- 1 滤床高度 cm 去除率 CODLAS 66082. 586. 1 106073. 282. 8 136062. 775. 5 612089. 395. 4 1012085. 791. 0 1312073. 480. 0 618092. 695. 6 1018086. 193. 2 1318075. 882. 0 2. 1. 4 过滤试验 按照洗浴污水处理的传统工艺 ,处理后出水经过 过滤消毒后,可以进行回用。本试验采用石英砂滤罐 对该工艺的污水进行过滤 。砂滤既有过滤功能又具 有接触氧化的作用, 当污水以 8 ～ 10 m h的滤速经过 滤罐中的石英砂时, 水中的悬浮物被截留。随着时间 的增加 ,在滤料石英砂表面会生成生物氧化膜 ,可以 进一步提高COD和 LAS 的去除率 。砂滤既可以节省 占地面积 ,又减少了运行管理的工作量。但是 ,在试 验时发现, 混凝沉淀后 , 单独使用砂滤对污水的处理 效果较差 ,应将其与其他工艺串联才能够达到很好的 效果 。 2. 2 工艺组合效果对比及选择 根据单元试验, 认为单独一项处理工艺不能够完 全满足处理后出水水质达到国家标准 ,所以 ,应该将 不同的工艺串联使用 ,才能使出水水质达到要求。选 用如下工艺方案进行对比试验 a . 混凝过滤 活性炭 吸附; b. 混凝加压气浮活性炭吸附 ; c. 混凝加压气 浮石英砂过滤 。对 3 种不同工艺方案分别进行连 续进水对比试验 ,原水水质 COD184. 6 mg L, LAS 3. 1 mg L ,SS77. 4 mg L, 试验结果如表 4。 表 4 不同工艺对比试验结果 工艺方案 去除率 出水水质 mgL- 1 CODLASSSCODLAS a . 混凝过滤活性炭吸附88. 586. 121 . 20 . 43 b. 混凝加压气浮活性炭吸附 91. 097. 316 . 60 . 1 c. 混凝加压气浮石英砂过滤 90. 692. 317 . 40 . 24 从表 4 可以看出 ,串联后 3种工艺方案处理后的 出水水质均优于 GB T18920-2002 标准 。3 种工艺方 案都可以作为一矿洗浴污水处理的备选工艺。在预 处理工艺相同的条件下, 活性炭吸附工艺和混凝加压 气浮工艺是方案选择的关键因素。然而 ,活性碳再生 能耗大 ,且再生后吸附能力亦有不同程度的降低, 因 而限制了其应用 [ 7] 。另外,洗浴污水中的油脂会黏附 在活性炭的表面 ,对活性炭的吸附能力和使用周期也 产生很大影响 。考虑到现场运行维护成本 、出水水 质、 工艺等各方面综合因素 ,确定第 3 种工艺方案是 最佳选择 , 且完全满足设计要求 , 可作为首选方案。 该工艺方案 c 设计流程如图 2 所示 。 污水格栅毛发过滤器调节池 混 凝 剂 加压气浮 加氯 清水池砂滤罐 图 2 工艺方案 c 设计流程 3 结论 根据试验结果, 混凝加压气浮石英砂过滤对于 矿区洗浴污水中的 LAS 和油脂具有很好的去除作用 和一定的生物降解作用, 处理后出水水质稳定, 各项 水质指标都优于 GB T18920 -2002 标准 。应用该工 艺处理后的洗浴污水不仅能够满足洗煤用水的需要, 还可用于乳化液的配制用水及矿区除尘、绿化等, 在 矿区具有广泛用途和推广价值 ,同时具有良好的经济 效益和社会效益 。 参考文献 [ 1] 谢广元. 选矿学[ M] . 中国矿业大学出版社, 2001 127 -233. 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