物化-生化组合工艺处理皂素废水.pdf

2 陈润铭, 何炜光, 朱锡海等. 阳离子染料废水的脱色方法及其机理 的研究. 环境化学, 1994. 13 2 163～ 169. 3 上海市纺织工业局 染料应用手册 编写组. 染料应用手册 第四分 册阳离子染料 , 北京 纺织工业出版社, 1984 2～ 19, 51, 57, 99, 102, 141. 4 A. Mahdavi Talarposhti, T. Donnelly and G. K. Anderson. Colour removal from a simulated dye wastewater using a two-phase anaerobic packed bed reactor. Wat . Res. ,2001, 35 2 425～ 432. 作者通讯处 刘正芹 226071 青岛市香港东路 7 号 青岛大学纺 织系 E -mail lucyliuqdu 126. com 2004- 07-20 收稿 物化-生化组合工艺处理皂素废水 解清杰 吴晓晖 陆晓华 章北平 刘礼祥 华中科技大学环境科学与工程学院, 武汉 430074 摘要 皂素废水 CODCr高、pH 低、色度高以及可生化性差, 很难被常规生物处理系统降解。 本文介绍了采用物化生 化工艺处理皂素废水的工程实例。 在废水中的 CODCr、BOD5、色度、SS 分别为23 250 mg L、3 600 mg L、216 倍、260 mg L 的条件下, 经过处理后, 出水 CODCr、BOD5、色度、SS分别为 92mg L、20mg L、20倍、27mg L, 均可达到污水综合排放标 准中的一级标准, 废水中 CODCr、BOD5、色度、SS的平均去除率分别为 99. 6、99. 4、90. 7、90. 4。 关键词 皂素 废水处理 物化 生化 1 前言 皂素是一种具有独特生理活性的甾体类化合物, 广泛用于医疗和农业等领域 , 以它为原料可以合成 200余种价值较高的激素药物 [ 1] 。湖北某药业公司 郧西分公司是华中地区规模较大的皂素生产企业。 该厂以黄姜为原料, 每生产 1 t 皂素会产生废水约 700 t 。生产过程中产生的废水是酸性高浓度有机废 水,可生化性差 ,色度和 SO 2- 4浓度高, 温度高,且因生 产情况随市场供求变化而变化, 其排放的废水水质、 水量波动很大, 相应处理难度也较大。该公司所在地 郧西县属于南水北调中线工程的水源地 ,为了保障丹 江口水库的水质 ,该皂素生产废水必须达标排放。而 目前关于皂素废水处理文献多为实验室研究成 果 [ 2～4] ,未见有成功的工程实例报道 。本工程经过试 验、 分析、充分论证, 对于皂素废水确定了1 套物化 生化的组合处理工艺 。经工程调试 、 运行表明 ,该处 理系统运行效果好, 各项指标均达到国家污水综合排 放 GB8978-1996 一级标准。 2 设计水质 、 水量 该公司的皂素废水主要来自浸泡、发酵和洗酸阶 段。浸泡阶段废水主要污染物成份为泥沙,黄姜表皮 等大颗粒固体物质; 发酵阶段废水主要污染物成份为 淀粉 、 纤维素、 木质素 、 细小纤维和少量小分子有机物 质; 洗酸阶段废水主要污染物成份为硫酸、皂甙 , 糖 类、 淀粉及少量有机酸。该公司综合废水排放量为 120 m 3 d,水质情况见表 1。 表 1 设计水质与排放标准 项目 CODCr mg L- 1 BOD5 mgL- 1 色度 倍 SS mgL- 1 SO2- 4 mgL- 1 pH 温度 ℃ 监测水质 17 230～31 450 3 100～4 250 171～ 255 232～ 295 7450～14 1200. 5～ 1. 038～ 63 设计水质22 0003 600200260120000. 850 排放标准1003050706～ 940 该公司皂素生产废水的主要特点有可生化性差 BOD5 CODCr约为 0. 16; 温度高 综合废水最高温度达 63 ℃,冬季略低, 平均为 50 ℃; 污染负荷重 综合废 水的 CODCr平均值为 22 000 mg L ; 酸度高 pH 值低 至0. 8; 盐份高 SO 2- 4大量存在。 3 设计思路 针对以上所述的废水特性 ,皂素废水治理的难点 是如何提高废水的可生化性, 减少 SO 2- 4干扰,适应高 的污染负荷 。 由于皂素废水为有机废水 ,分析其可生化性差的 原因主要包括 一是废水中含有大量在发酵和水解阶 段产生的大分子有机物质, 要提高废水的可生化性, 26 环 境 工 程 2005年 6 月第23 卷第3 期 必须使这些大分子物质转化成小分子易降解物质。 对于此类物质常规的解决办法是采用厌氧水解工 艺 [ 5] 。二是废水中含有大量的还原型糖。当这些糖 份进入生物反应器后, 极易造成可挥发性有机酸 VFA 的快速大量积累。VFA 对厌养微生物的半数 抑制效应浓度为2 000 mg L。还原型糖 、 VFA 的大量 存在, 造成系统 pH 值下降 ,ORP 上升 ,抑制厌养微生 物,同时极易引起后续好氧污染膨胀 [ 3] 。本工程经过 试验研究发现, 可通过电化学方法氧化废水中的还原 型糖 。 SO 2- 4在厌氧生物处理过程中转化为硫化物, 而 硫化物 S 2- 的存在可抑制甲烷菌的生长 ,极限毒性 体积质量为 140 mg L [ 6] , 60 mg L 时使甲烷菌活性下 降 50 [ 7] 。 实 测 综 合 废 水 中 SO 2- 4的 浓 度 约 12 000 mg L,为了减少对后续生化工艺的影响, 必须 对其进行处理, 并考虑后续生化单元采用承受能力较 强的工艺 。同时废水的酸度高 ,亦是由于废水中所含 硫酸造成的。目前对于 SO 2- 4的处理一般均采用投加 石灰进行中和沉淀 。投加石灰的作用有三 一是与 SO 2- 4反应形成 CaSO4沉淀 , 降低 SO 2- 4浓度 ; 二是进 行酸碱中和提高废水的 pH 值 ; 三是反应产生的 CaSO4在下沉的过程中可通过挟裹作用去除废水中 的部分SS 和 CODCr。 对于污染负荷过高, 可采用厌氧生化处理工艺。 由于该公司皂素废水 CODCr高达22 000 mg L ,本工程 考虑采用高负荷厌氧与激波厌氧两级厌氧工艺来降 低负荷。 4 工艺流程 4. 1 工艺流程 设计采用的工艺流程见附图。 附图 皂素废水处理主要工艺流程示意图 4. 2 工艺流程说明 4. 2. 1 物化预处理单元 物化单元主要包括废水沉淀调节池 、 中和反应池 和微电解反应器 。调节池利用该公司原有设施,可使 废水中含有的皂素水解物和木质素等物质进一步沉 淀回收 ; 皂素废水中的 SO 2- 4、 细小纤维 、胶体以及悬 浮固体通过石灰中和和沉淀作用而得到有效的去除; 色度、还原型糖及部分 CODCr的去除可在微电解反应 器中进行。在运行过程中发现 ,废水经过物化预处理 后,SO 2- 4的浓 度可降低 到 200 mg L 左右 , 色 度、 CODCr、 SS 等的去除率分别达到 62、29、35。同 时发现 ,废水经过微电解氧化处理后, 可生化性有所 改善 ,从处理前的 0. 16 提高到 0. 24 左右 。 4. 2. 2 高负荷厌氧单元 该单元采用 2 座改良型 UASB 生化反应器 ,串联 运行。皂素废水水温较高, 经过物化预处理后, 基本 可满足 UASB 反应器在中温条件下运行的要求 ,冬季 时考虑利用厂内锅炉房余热进行加热。改良型UASB 反应器与传统 UASB反应器相比主要不同点在于 倒 锥形底部使布水更均匀 ; 顶部沉淀区内设有 LT 型填 料层, 该填料表面积大, 对生物膜附着力强, 耐冲击, 并具有一定的吸附性, 能将三相分离后水中的有机 物、 微生物吸附在填料表面 , 从而提高 UASB 反应器 内的污泥浓度。并且改良型 UASB 反应器还具有工 艺结构更紧凑、处理能力更大、可承受有机负荷更高 等优点。实际运行过程中 ,该处理单元在承受 CODCr 容积负荷为 20 kg m 3d 的情况下, COD Cr去降率可稳 定在 62 以上; 同时发现, 第 1座反应器内废水的 pH 值始终处于 5. 5～ 6. 5 之间, CODCr的去除主要发生在 第2 座反应器,可以认为第 1 座反应器主要进行的是 厌氧水解。 4. 2. 3 激波厌氧单元 该反应池的建设充分利用了该公司原有 2 座二 次回收池。激波厌氧反应池内设激波传质器 2 套。 激波厌氧反应的机理为 反应池内通过低压流体激波 强化和加速底物的传质, 同时激波传质器还具有剪切 功能, 使池内微生物菌团切割成无数较小粒径的菌 团,以便尽可能多地暴露出内部微生物 , 大大提高参 加反应的有效微生物量, 从而进一步提高对污水的净 化能力 ,大幅度提高厌氧微生物的反应速率 ,缩短反 应时间,减小反应区容积 ,节省工程造价 ,节约运行费 用。该单元设计水力停留时间 16 h, 设计 CODCr的去 除率为65。 4. 2. 4 好氧处理单元 好氧池内采用隐吸双喷器进行曝气充氧 ,气水比 30∶ 1,设计 DO 2 mg L 。采用隐吸双喷器的主要优 点有 供氧效率高 ,可达 16; 节约能耗 ,无需设鼓风 机房 ; 节省土建投资 ,节约占地 ; 隐吸双喷器淹没于水 下,噪音低 。 27 环 境 工 程 2005年 6 月第23 卷第3 期 4. 2. 5 深度处理单元 该单元采用潜流式人工湿地处理系统, 共分 16 格, 内设级配炉渣填料, 厚度 60 cm ,炉渣具有很强 的吸附和生物附着能力, 在微氧状态下 , 利用附着的 兼氧微生物消耗污水中剩余的有机污染物,同时填料 能够吸附污水中部分悬浮物, 确保污水处理达到一级 排放标准 ; 系统表面种植植物为该公司废水入河口处 大量生长的水燕麦 ,此植物能很快适应皂素废水, 并 具有一定的净化作用 。1 a 多的运行实践证明 ,虽然 该单元处理效率略低于设计值 , 但处理效果稳定, 即 使在冬季也能保证处理达标排放。 4. 2. 6 污泥处理单元 处理系统产生的污泥排入污泥干化池,该池为原 有一次回收池改建, 共分 2 格 ,交替运行 。污泥干化 50～ 60 d后 , 外运。好氧污泥回流到激波厌氧池, 提 高了厌氧池的污泥浓度, 同时污泥在其中进一步消 化,大大减少了污泥量。该工程运行 1 a 来, 从未排 泥。处理系统所产生的泥量仅为沉淀池产生的化学 污泥 。 5 处理效果 5. 1 系统启动 系统的启动采用分步培菌 ,逐步提高负荷的方式 。 激波厌氧单元和好氧单元接种污泥采用武汉某水质净 化厂脱水污泥 含水率 80 ,接种后混合液污泥浓度 分别为 4～ 5 g L 、 2～ 3g L。高负荷厌氧单元接种污泥 采用武汉某啤酒厂 UASB 池内颗粒污泥,接种量约为 干泥1 000 kg,接种后混合液污泥浓度分别为5～ 6 g L 。 接种后每天引入适量的生活污水, 以恢复微生物的活 性。系统启动采用厌氧、 好氧联动启动,厌氧出水直接 进入好氧。启动初期将原水稀释后以较低浓度废水 CODCr 500 mg L ,经预热后投加。厌氧系统CODCr容 积负荷控制在 1. 0 kg m 3 d 以下,之后根据COD Cr去除 率逐步提高进水负荷 ,连续运行。厌氧温度采用恒温 35 ℃ 左右 。启动阶段为确保系统稳定正常运行, 每次 提高负荷连续运行1 周后,监测各项参数, 根据系统运 行情况再次提高进水负荷。若系统厌氧进水 CODCr容 积负荷达到设计要求以上且系统总 CODCr去除率达 80 以上,认为系统启动完成。 5. 2 系统运行 经过 1 a 多的调试运行 ,各个处理单元均已处于 正常运行状态 。表 2 所示为各单元运行效果与设计 去除效果的对比 。表 3 为综合运行监测结果。 表 2 各单元运行监测结果对照 项目 设计CODCr值实际运行CODCr平均值 进水 mgL- 1 出水 mgL- 1 去除率 进水 mgL- 1 出水 mgL- 1 去除率 物化单元22 00014 1603523 25016 62029 高负荷厌氧14 1603 9677016 6205 50067 激波厌氧3 9671 428655 5001 66070 好氧池1 428214851 66014791 深度处理单元21475651479237 表 3 废水处理运行结果 项目 CODCr mgL- 1 BOD5 mgL- 1 色度 倍 SS mgL - 1 pH 进水23 2503 6002162600. 8 出水922020257. 2 去除率99. 699. 490 . 790 . 4 6 结论 1 皂素废水成分复杂 ,属高浓度难降解有机废 水。采用本物化 生化组合处理工艺是可行的。 2 经过 1 a 多运行证明, 该系统设施运行稳定, 处理效果好 ,各项指标的去除率稳定在 90 以上。 3 本系统对废水流量 、 有机负荷的抗冲击能力 强,系统稳定好 。 4 该工程运行后 , 预计每年 CODCr、BOD5、 SS 削 减量分别为 792、 129. 6、 9. 4 t 。 参考文献 1 郑一新. 制药行业高浓度有机废水的综合治理及资源利用研究. 环 境科学研究,1999. 12 4 19～ 24. 2 刘春. 皂素生产废水污染特点及治理对策探讨. 环境保护科学, 2001. 27 6 22～ 24. 3 刘大银, 毕业凡,李庆新, 王丹妹, 董梅. 皂素生产废水综合治理技 术研究. 武汉化工学院学报, 2003. 25 4 33～ 36. 4 张志扬, 李江华, 贾丽红, 等. UASB -生物接触氧化-絮凝沉淀法处理 皂素废水. 城市生态与城市环境, 2003 32～ 34. 5 张统. 污水处理工艺及工程方案设计. 北京 中国建筑工业出版社, 2000. 6 毛悌和. 化工废水处理技术. 北京 化学工业出版社, 2000. 7 北京水环境技术与设备研究中心. 三废处理工程技术手册. 北京 化学工业出版社,2001. 作者通讯处 陆晓华 430074 湖北武汉 华中科技大学环境科学 与工程学院 电话 027 87792159 E -mail LXHhust-esri. com 2004- 07-26 收稿 28 环 境 工 程 2005年 6 月第23 卷第3 期 blue triphenylmethane dyesvaried little when acetic acid concentrations increased from 200 mg L to 1 200 mg L and dye concentration from 20 mg L to 100 mg L. It revealed that the biological decolorization of these cationic dyes seemed to be combined action of biosorption and subsequent biodegradation. The acetic acid concentration could enhance the color removal percentage of cationic red 6 B hemicyanine dyes. It could be the co -metabolism took place between 6 B and acetic acid. Keywords cationic dyes, biological decolorizaiton and aerobic process TREATMENT OF SAPONIN WASTEWATER BY PHYSICOCHEMICAL AND BIOCHEMICAL PROCESSXie Qingjie et al 26 Abstract The saponinwastewater is characterized by a strong dark color, high chemicaloxygen demand CODconcentration, low pH value and low biodegradability. Treatment of this wastewater by traditional activated sludge is essentially impossible. In the present work, combined physical, chemical and biological s were synergistically utilize to tackle the wastewater. The results show that CODCr, BOD5, chromaticity and SS can be reduced respectively from 23 250 mg L, 3 600 mg L, 216 times and 260 mg L to 92 mg L, 20 mg L, 20 times and 27 mg L by the process, and their average removal rates are 99. 7, 99. 4, 90. 7 and 90. 4 respectively ,which can meet the first-order of “ Overall Sewage Discharge Standards” GB8978 -1996. Keywords saponin, wastewater treatment, physicochemical and bio-chemical DEMONSTRATIONENGINEERINGRESEARCHONCONSTRUCTEDWETLANDFOR PURIFYING POLLUTED RIVER WATER FLOWING INTO DIANCHI LAKEDeng Futang et al 29 Abstract A demonstration engineering research on purifying the polluted riverwater flowing into Dianchi Lake using a composite constructed wetland system was implemented in thisproject. The resultsshown that the demonstration engineering system of the constructed wetland had a good applicability for treating the polluted river water flowing into Dianchi Lake. Under the normal running condition, the removal rate of CODMn, BOD5, TN and TP int the polluted river water could reach at 67, 74, 83 and 65 separately in the constructedwetland system. Keywords constructed wetland, polluted river water flowing into Dianchi Lake, sewage purification and demonstration engineering TREATMENT OF PRINTING AND DYEING WASTEWATER BY PRETREATMENT HYDROLYTIC ACIDIFICATION -AO PROCESSQin Lian et al 32 Abstract A printing and dyeing company in Changzhou adopts pretreatment -hydrolytic acidifcation -AO process to treat printing and dyeing wastewater. The running result shows the effect of the treatment is good and the process semmed to be fit for serveral different dyeing effluents. The effluent quality from the process meets the first class criterion specified in“ The National Discharge Standard of Pollutants” GB8978 -1996 . The cost of the treatment is 1. 851yuan R MB per ton wastewater. Keywords hydrolytic acidification, AO process and dyeing wastewater STUDIES ON PURIFYING DIESEL EXHAUST GASES WITH ATTAPULGITE CLAY Zou Jianguo et al 35 Abstract The attapulgtite clay was selected as absorbent for purifying diesel exhaust gas. Diesel exhaust gaswas allowed to pass through a jet bubble reactor JBR arragned in the exhaust system of the diesel engine, in which diesel particulates and other contaminantswere absorbed by the attapulgite clay solution. The absorbent slurry has colloid property and a strong affinity for the diesel particulates. It shows that under the experimental conition, the diesel particulates are removed by 71. 3, NOXby 80. 4, HC and SO2all by above 90 from the exhaust gas, the temperature of the exhaust gas decreases from 200～ 250 ℃ to about 55 ℃, and the gas resistance is 3. 5 kPa. Keywords attapulgite, purify, absorb and diesel exhaust gas EXPERIMENTAL STUDY ON NON -THERMAL PLASMA FOR THE OXIDATION OF METHANGE Yang Xiaoping et al 37 Abstract The capacitively coupled plasma for oxidation of CH4in dry air was studied and the removal efficiency of CH4and proucts of reaction were analysed. That was compared to caseswith catalyst in the reactor. The result indicates that when the catalyst was present, the CH4 removal efficiency was improved, the CO2selectivity was increased in the reaction product. The final products of CH4oxidationwere CO, CO2and H2O. Keywords plasma, catalyst, methane and capacitively coupled discharge EXPERIMENTAL STUDY ON DESULFURIZATION OF CONDENSING FLUE GAS BY FOG LYE Sun Jindong et al 40 Abstract Theory of SO2absorptionby Ca OH 2slurry droplet was analyzed. Factors influencing SO2absorption were studied by spraying fog lye in a vertical tube condensing exchanger, such as Ca S ration, inlet SO2concentration, air quantity of fog lye, inlet temperature and Reynolds 3 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 23,No. 3, Jun. , 2005