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HCR 处理环氧树脂废水的中试 邵琪 无锡职业技术学院基础部, 江苏 无锡 214121 摘要 对某化工厂的高浓度环氧树脂废水进行 HCR 中试研究。 当进水 COD 容积负荷为 7. 5～ 12 kg m3d 时, COD 的 去除率达 85。 结果证明 HCR 反应系统处理效率高, 抗负荷冲击性能强, 系统运行稳定。 关键词 环氧树脂废水; HCR; 容积负荷; 中试 THE PILOT-SCALE TEST ON THE TREATMENT OF EPOXIDE WASTEWATER USING THE HCR TECHNOLOGY Shao Qijun Basic Curriculum Department, Wuxi Institute of Technology, Wuxi 214121, China Abstract The wastewater from one epoxide resin factory is high-concentration one and hard -degraded.The wastewater is treated using the HCR technology. The pilot-scale tests are conducted. The test proves thatwhenCOD volumetric loadof the influent isin the range of 7. 5 to 12 kg m3d , the system of the HCR in pilot-scale operates stable. The removal of COD is up to 85 percent. This system also has a strong resistance to loading impact. Keywords wastewater containing epoxide resin; HCR;volumetric load; pilot -scale test 0 引言 某化工厂主要产品为双酚A 和环氧树脂。各生 产工段每小时排放废水总量为30 t 。 废水中主要含 COD 2 000～ 4 000 mg L 、酚 300 ～ 5 000 mg L ,另外 含少量氯化钠及老化树脂 , 废水 pH 值为 8～ 10。该 环氧树脂废水 COD 浓度较高, 常规生化处理反应器 难以保障正常运行。确定采用 HCR 工艺处理。 HCR 工艺 high perance compact reactor 是德 国克劳斯塔尔 Clausthal 工科大学物相传递研究所于 20 世纪 80 年代发明的新工艺。该工艺是好氧生物 处理技术的一个飞跃, 它融合了当今的高速射流曝 气、 物相强化传递、 紊流剪切等技术 ,并具有深井曝气 和流化污泥床的特点 。通过提高充氧能力和污泥活 性来满足短时间内快速降解有机物的要求, 因此, 其 空气氧的转化率高 ,反应器的容积负荷大 ,水力停留 时间短,好氧生物处理效果好 [ 1] 。 中试从2006 年 3 月开始实行 , 期间进行了装置 的设计、 启动及运行 ,历时 2 月, 取得了较好的处理效 果。目前该厂污水改造工程已完工 ,经HCR处理后的 环氧树脂废水经过后续处理, 出水可达到GB8978- 1996污水综合排放标准一级标准。 1 中试工艺 1. 1 工艺流程 配水槽中的废水由进水泵打入两端封闭的圆形 HCR 反应器, HCR 反应器顶部安装射流器。反应出 水经搅拌脱气池后, 一部分出水经二沉池沉淀后排 放,另一部分出水通过循环泵加压与进水 、 回流污泥 在管道中混合进入 HCR 顶部的射流器, 形成高速射 流,富含溶解氧的废水经导流筒到反应器底部后, 又 沿外筒壁向上返流, 如此循环形成环流。图 1为HCR 处理环氧树脂废水的中试工艺流程 。 1. 2 HCR 中试装置的设计 [ 2] 1. 2. 1 配水槽 设计流量平均10 L h , 最高20 L h, 连续运行, 配 水槽选择体积为240 L左右的铁桶即可 。 1. 2. 2 HCR反应器 反应器的容积计算方法见式 1 。 Nv QC0 V 1 式中 Q 流量; 35 环 境 工 程 2009年 8 月第27 卷第4 期 图 1 中试工艺流程 C0 进水 COD 浓度; V 反应器的容积 ; NV COD容积负荷。 则 V QC0 Nv 2 确定 V, 需对流量 、 进水浓度和容积负荷 3 个变 量的数值作出初步的判断 ,并能在以后的中试中得到 设计容积合理的验证。根据最高设计流量20 L h, 企 业废水的实际状况 进污水站的最高 COD 浓度为 7 000～ 8 000 mg L ,参考 HCR处理其他废水的稳定 运行负荷值作保守估算 , NV最大取 30 kg m 3 d 。 当流量、COD 浓度最大时 , NV亦最大。代入公式 2 计算得 V 112 L 。 但由于 HCR 反应池具有独特的工艺优势, 可将 V 0. 85 96 L。 按工程实际经验, 高径比 H∶ R 12∶ 1, 则 V πR 2H 3. 14 12 R3 0. 096 m 3 解得 R 136. 6 mm , 因 此设计 R 150 mm, H 1 800 mm 。 HCR反应器为钢筋混凝土结构 。 1. 2. 3 脱气池 按平均流量10 L h,每30 min脱气 ,则脱气池体积 为5 L ,取 H∶ R 4∶ 1, V πR 2 H 3. 14 4 R 3 0. 005 m 3 解得 R 73. 5 mm ,设计 R 80 mm, H 320 mm 。 脱气 池为钢筋混凝土结构 。 1. 2. 4 二沉池 二沉池的设计按表面负荷法。沉淀区的表面积 按式 3 计算 。 A Q q 3 式中 Q 废水的最大流量 ,取20 L h; q 表面负荷, 由于 HCR 反应器中污泥浓 度 高 ,根 据 经 验q取 较 小 值 0. 6 m 3 m2 h 。 则 A 0. 03 m 2 。 取 D 0. 1 m, H 0. 4 m。 二沉池 为钢筋混凝土结构。 1. 2. 5 其他材料和主要参数 进水泵 蠕动泵 ,流量 15～ 80 L h,扬程15 m 。 污泥回流泵 流量 15 ～ 50 L h, 扬程15 m , 功率 5. 5 kW。 排泥 泵 流 量 15 ～ 50 L h , 扬 程 15 m, 功 率 5. 5 kW。 进水、回流污泥流量计 流量 5～ 100 L h 。 射流泵 流量2 m 3 h,扬程15 m 。 2 中试运行 中试持续约40 d。 取某工段排出的环氧树脂废 水,加水配制使 COD 达2 000 mg L左右, 进入 HCR 反 应器, 启动成功后正式运行 ,逐渐改变进水的流量和 COD负荷,测定进出水的COD、 酚 、 MLSS 等指标 。 2. 1 HCR 的启动 启动HCR生物处理系统首先需培养数量足够的 细菌族群 污泥 并加以驯化, 以便能有效处理废水。 根据实际情况直接从污水处理厂“接种” 污泥 MLSS 约为4 g L , 加入 HCR 反应器中 , 加自来水注满 1 2 反应器 。培养污泥初期, 活性污泥较少 , 进行封闭式 培养曝气 , 闷曝1 d以恢复污泥活性。首先进少量的 废水 ,进水采用经精馏预处理过的环氧树脂废水配水 COD调节至2 000 mg L , 同时按 ρ BOD ∶ ρ N ∶ 36 环 境 工 程 2009年 8 月第27 卷第4 期 ρ P 100∶ 5∶ 1 加营养液磷酸二氢钠和葡萄糖 ,逐步 驯化污泥。启动时第 1 天按5 L h ,COD 容积负荷约 2. 5 kg m 3d 进水 ; 第 2 天 , 按7. 5 L h , COD 容积负 荷约3. 75 kg m 3 d 进水; 第 3 天按10 L h进水 ,COD 容积负荷约5 kg m 3d ; 第 4 天按10 L h进水, COD 容积负荷不变; 第 5天中试时逐渐加入企业进入污水 站的混合原水 原水占 50 ; 第 6 天加入 75的原 水,第 7 天开始完全采用原水 ,延续3 d 。到第 9 天容 积负荷达到了10 kg m 3d , 此时系统运行正常,COD 的去除率能稳定在 80 以上,系统启动成功。 2. 2 HCR的运行 启动成功后对 HCR 进行负荷冲击试验, 具体方 法如下 首先固定进水的 COD 浓度 4 000 mg L , 逐 步提高进水流量, 测定各级次流量出水的 COD 去除 率。然后固定进水流量 10 L h , 稀释废水 , 使 COD 浓度从3 000 mg L开始逐步增加到7 000 mg L左右 ,测 定出水的 COD 去除率和 MLSS 。确定中试装置的稳 定运行负荷 [ 3 -5] 。 3 试验结果与分析 3. 1 启动期的处理效果 表1 为 HCR 反应器启动期进出水的 COD、酚和 MLSS 值 。 当进水浓度为2 006 ～ 4 496 mg L时 , 负荷值从 2. 5 kg m 3d 增至11. 2 kg m3d , COD 的去除率为 45 ～ 83,MLSS 为 4. 1～ 10. 8 g L, 混合液污泥浓 度与容积负荷呈一定的正相关关系 。试验初期污泥 絮体较为松散, 未发现指示性微生物 ,随着进程深化, 3 或4 天后污泥浓度从4. 1 mg L上升到5. 2 mg L左右, 可观察到小型游动纤毛虫 ,COD 的去除率稳定达到 70 左右 , 第 8 天后 MLSS 达到10 mg L ,COD 的去除 率稳定达到 80 以上 , 酚的去除率达 60以上。出 水较以前清澈许多, 系统启动成功。 表 1 HCR反应器启动时进出水 COD、酚和 MLSS 与时间的关系 时间 d 进水COD 浓度 mgL- 1 出水 COD 浓度 mgL- 1 COD 去除率 负荷值 kgm- 3d- 1 进水酚 mgL- 1 出水酚 mgL - 1 酚去除率 MLSS gL- 1 12 0061 104452 . 5313131584. 1 22 015846583 . 830993704. 5 32 023627695 . 0295130565. 2 41 986417795 . 0278111605. 7 53 013964687 . 5324120636. 9 63 6071 010729 . 0318137578. 3 74 0851 0587410 . 2405154629. 4 84 3028178110 . 83921765510. 2 94 4968468311 . 23561326310. 8 3. 2 稳定运行期的处理效果 3. 2. 1 流量对 HCR 去除 COD 的影响 表2 为进水浓度在4 000 mg L左右时流量与 COD 去除率的关系。 图2 为稳定运行时COD容积负荷与去除率的关 系。图2 显示,COD 容积负荷越高 ,COD 的去除率相 对下降。但是COD去除率下降速度相对于 COD 容积 负荷增加速度较缓慢 , 说明 HCR 去除 COD 的性能很 稳定, 耐冲击负荷能力强。由表 2 可知 ,COD 容积负 荷在5 kg m 3d 时 ,COD 的去除率可达到 85,COD 容积负荷在10 kg m 3d 时 ,COD 的去除率也可达到 80。按设计上限 COD 容积负荷为30 kg m 3d 时 的去除率也超过 70。 表 2 进水浓度不变时流量与 COD去除率的关系 进水 COD mgL- 1 进水流量 Lh- 1 出水COD mgL- 1 COD 容积负荷 kgm- 3d- 1 COD去除率 4 02656045. 0385 3 9867 . 57057. 4782 . 3 3 895107139. 7481 . 7 4 0131586715. 0578 . 4 3 7642098218. 8273 . 9 3 963301 08629. 7272 . 6 3. 2. 2 进水浓度对 HCR去除 COD 的影响 流量为10 L h, COD 浓度逐渐增加时 ,HCR 反应 37 环 境 工 程 2009年 8 月第27 卷第4 期 图 2 稳定运行时 COD 容积负荷与去除率的关系 器中的COD、 MLSS 的变化情况如表 3 所示 。 表 3 流量一定时 COD去除率和 MLSS 的关系 进水COD mgL- 1 出水 COD mgL- 1 COD容积负荷 kgm- 3d- 1 COD去除率 MLSS gL- 1 3 0064367. 585 . 58. 65 3 97860510. 084 . 89. 23 4 99787412. 582 . 59. 42 6 0131 56915. 073 . 99. 85 6 4391 77716. 172 . 410. 06 6 9872 03317. 570 . 910. 18 7 0112 15917. 569 . 210. 74 由表 3可知, 随进水浓度的增加 ,COD 的去除率 略有下降, 但基本在 70以上 ,MLSS 亦增加 ,最高可 达11g L 。 由中试结果可知 ,HCR 的稳定运行参数应在进 水COD容积负荷为 7. 5 ～ 12 kg m 3d 时, COD 的去 除率可达到85。 3. 2. 3 溶解氧对HCR去除 COD的影响 HCR 反应器内的微生物主体为好氧菌 , 池内必 须有足够的溶解氧 。根据活性污泥法大量的运行数 据, 曝气 池内的溶解 氧浓度一 般宜保持不 低于 2 mg L ,而HCR工艺采用快速高效的氧传递方式, 溶 解氧能保持在 4～ 5 mg L,如进水浓度高, 溶解氧也可 适当提高 。 溶解氧浓度是影响污水处理的一个重要因素。 试验结果表明, 溶解氧浓度 6. 50 mg L时 ,COD 去除率反而下降 。这是 因为当污水中的溶解氧浓度过低时 ,微生物的耗氧速 率超过实际的氧传递速率时, 代谢速率受氧传递速率 控制 。过高的溶解氧则使有机物质分解过快 ,从而使 微生物缺乏营养。好氧代谢仅发生在曝气池中有剩 余氧的地方 。要达到高的溶解氧浓度,需要加大曝气 量,从而使能耗加大。同时由于紊动过分剧烈, 导致 絮状态体破裂, 会使出水浊度升高。针对环氧树脂废 水进水COD浓度较高的特点 ,HCR 反应器中的溶解 氧控制在 5～ 6 mg L。 3. 2. 4 废水停留时间对 HCR去除 COD 的影响 中试期间, 进行了废水在 HCR 反应器的停留时 间对 COD 去除效率的影响试验。采用配水 , 进水 COD浓度在2 000 mg L左右 , 进水流量为10 L h。 试验 结果见图 3。 图3 COD 随时间的降解曲线 由图 3 可见,6 h后 COD 浓度下降约 50, 8 h后 COD下降 82,但随着水力停留时间的再增加 ,COD 的去除率没有明显增大。 3. 2. 5 其他因素的影响 试验中还考察了其他因素对 HCR 反应器的冲 击,归纳如下 1 盐分 ,环氧树脂废水中盐分较少, 主 要是 Cl - , 和其他废水混合后对 HCR 反应器影响很 小; 2 pH 值, 环氧树脂废水接近中性, 企业少量的酸 性废水与环氧树脂废水在综合调节池混合后对HCR 的冲击很小 ,故无须再调节进水 pH 值 。 3. 2. 6 生物相观察 在反应器的活性污泥中存活的原生动物有肉足 虫、 鞭毛虫和纤毛虫等 3 类 。在启动期 ,活性污泥尚 未得到良好的培育, 混合液中只观察到少量的变形虫 和纤毛虫, 系统稳定运行后,出水水质良好,但也未观 察到小口钟虫等后生动物 。 4 问题与讨论 中试主要是考察 HCR 反应器对环氧树脂废水中 COD和酚的去除率,验证HCR工艺的可行性和优势。 但一些问题尚待解决 一是由于中试条件的限制, 试 验未准确计算该工艺产泥的情况,因而对微生物增殖 和呼吸作用未做深入的研究; 二是容积负荷能否进一 步提高 ,HRT 缩短 ,各种循环量达到最佳组合还有较 38 环 境 工 程 2009年 8 月第27 卷第4 期 多的研究空间; 三是能耗 ,能耗是 HCR 反应器普遍存 在的问题。当 COD 去除率在 80以下时, 所需能耗 低; 但若 COD 的去除率要求过高, 能耗将直线升高 。 HCR 系统稳定运行是在进水 COD 容积负荷 7. 5～ 12 kg m 3d 时,根据中试期间每天处理的 COD 的量 ,反应的容积设计为 96L 是完全合理的。但在实 际生产时, 如何结合诸多因素合理地设计 HCR 反应 系统尚待研究。 中试过程中还有起泡现象 ,泡沫使污泥有较多流 失。后来通过投加粉末活性炭 ,增加稀释水量的方法 解决了该问题。 要维持HCR高负荷 、 高效率运行 ,应尽可能使系 统连续运行 ,否则系统内的微生物会失去活性 ,恢复 需要一段的时间 。经 HCR 反应系统处理过的水还需 进行后序处理才能达标排放。 5 结论 进行环氧树脂废水进入HCR好氧反应系统的中 试。设计了主要反应装置 。通过接种污泥和配水启 动HCR系统 ,启动成功后采用原水对 HCR 系统进行 抗冲击负荷试验。结果表明 当废水进水 COD 浓度 为4 000 mg L时, 随着流量的增加 , COD 容积负荷从 5 kg m 3d 增至30 kg m3d ,COD 去除率从 85下 降至 72. 6 。而当流量固定在10 L h时 ,随着COD浓 度 的 增 加 ,负 荷 从 7. 5 kg m 3 d 增 加 到 17. 5 kg m 3d 后,COD去除率也仅从 85. 5下降至 69. 2。HCR 反应系统耐冲击表明 , HCR 是一种处 理高浓度、水质波动较大的环氧树脂废水的高效好氧 新工艺 。中试反应系统稳定运行阶段, 当进水 COD 容积负荷为 7. 5 ～ 12 kg m 3d 时, COD 的去除率达 85。 参考文献 [ 1] 刘康怀, 席为民, 李月中 . 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