Study on the Pretreat Process of High Concentration Chemical Waste Water
摘要：本文通过对高浓度化工废水的预处理试验，探索了混凝剂的种类和用量，验证了处理工艺的可行性，使之达到符合生化处理的程度，为生产运行提供依据。
关键词：化工废水 预处理 混凝剂
武汉径河化工厂是一个以生产合成橡胶等精细化工原料为主的国有小型化工企业，该厂产生的废水主要源于：①生产塑解剂SJ-103车间的洗涤水和生产车间地坪冲洗水；②生产增塑剂A车间洗涤水和生产车间地坪冲洗水，总水量为18m3/d。这些废水中BOD5、COD、油脂类等多种污染物超标，给受纳水体造成了严重污染，故对其治理很有必要。受径河厂处理工程设计单位武汉钢铁设计院的委托，我们对该处理系统进行了中试，以验证处理工艺的可行性和可靠性。中试过程中，探索了预处理采用何种药剂及剂量问题，获得了相关的定性定量分析数据。本文仅就中试过程中预处理部分予以介绍.至于生化处理部分将另文介绍。
1 废水性质与处理工艺
经现场勘察及水样检测，径河厂废水水质见表1
表1 径河化工厂生产废水水质分析
分类 | 塑解剂车间废水 | 增塑车间废水 |
BOD5(mg/l) | 600～700 | 2000～3000 |
COD(mg/l) | ～30000 | 3000～7000 |
BOD5/CODCr(%) | 2.3 | 43～66 |
ss(mg/l) | 60～100 | 100～150 |
pH | 1.3～2.5 | 6.5 |
水温(℃) | —— | 80 |
该厂废水属混合性，表现出：①废水性质复杂(经检测水中含六氯苯、NaHs、DMF等化工物质)；②COD含量远高于一般废水；③显酸性，须中和后方能进行生化处理；④BOD5值偏高；⑤色度、SS不高。据此性质，要求采用生化处理法为主的组合处理工艺，以达到处理要求。武钢院提出了“物化＋生化＋物化”的组合处理工艺。其流程图如下：
图1 组合工艺流程图
该处理系统采用—好氧生物膜技术，结合物化的组合工艺，使整个系统的处理效率、稳定性、适应性及抗冲击负荷能力高于一般生化处理工艺[1]。
对调节后的原水进行生化处理是本工艺的关键。为能得到相关工艺参数，按武汉钢铁设计院设计的处理工艺，我们制作了试验装置。其流程见图2
图2 试验装置流程图
试验装置按武钢院设计的处理工艺做了比例缩小，试验参数参照设计参数进行，实验废水为武汉径河厂废水或按比例加自来水稀释作为进水，试验进水水质调节为：
表2 试验水质表
分类 | 原水 | 稀释后水 |
BOD5(mg/l) | 1500～2100 | 500～800 |
CODCr(mg/l) | 8500～9500 | 2500～3500 |
SS | —— | 100～200 |
pH | 5.5～6.0 | 6.0～6.7 |
2 石灰预处理
在试验开始阶段，考虑采用A/O工艺处理化工废水,未投加混凝剂.试验过程中，由于进水pH值较低，水质复杂，水样CODCr值偏高，考虑投加混凝剂。
投加混凝剂可以使废水中带负电的胶体杂质起压缩扩散层及电中和作用,在胶体杂质微粒之间起粘结架桥作用,以及使其自身形成氢氧化物絮状体，在沉淀中对水中胶体杂质起吸附卷带作用。其中，以粘结架桥作用为主。从而使原水COD值下降，色度、SS值降低，减少后续处理难度。对于此次工业废水还需针对生化处理工艺所需pH值加以调节。对各种混凝药剂进行相关技术、经济分析比较，并考虑用户需求后，决定采用石灰为预处理药剂。选取原因为：①石灰货源充足，价格低廉；②有成熟使用经验，易配制；③石灰呈碱性，可调节原水pH值；④石灰有良好凝聚吸附性能，可有效去除原水COD值；⑤生成絮凝体密实、沉淀快，易与水分离[3][4]。为精确计量处理效果，采用分析纯Ca(OH)2。
2.1 试验装置及材料
装置：A/O固定床生物膜处理系统(反应器采用有机玻璃，圆形反应器规格Φ200×1500mm；圆形好氧反应器规格Φ150×1700mm，内装YDT立体弹性生物填料)、1000ml量筒，搅拌装置、哈希COD仪、DR/2010分光光度计，YSI55DO仪、奥利龙818pH测试仪等。材料：分析纯Ca(OH)2。
2.2 试验过程
在原水或按1:2比例与自来水稀释后的水中，投加不同数量的Ca(OH)2，快速搅拌混合1～1.5min，使废水中的胶体颗粒脱稳聚集；降低转速，慢速搅拌反应3～5min，然后静沉30min。在反应阶段，由聚集作用所形成的絮体在接触絮凝作用下，与废水中原有微粒结成了白色絮状物质，并开始下沉。取水样检测pH与CODCr。
2.2.1 原水直接投加Ca(OH)2试验
如前述，两车间进水混合后pH=6，CODCr=8500～9500,若能直接投加Ca(OH)2混合，不仅可减少后续处理负担，还能减少调节用水量。
表3 原水直接投加Ca(OH)2试验
原水(L) | 添加Ca(OH)2 (mg/L) | pH | 进水CODCr (mg/L) | 出水CODCr (mg/L) | η去除率 (%) |
1 | 0 | 6.03 | 9300 | —— | —— |
1 | 400 | 6.86 | 9300 | 7900 | 15.1 |
1 | 500 | 6.81 | 9300 | 7700 | 17.2 |
1 | 600 | 7.10 | 9300 | 7400 | 20.4 |
1 | 1000 | 7.25 | 9300 | 7000 | 24.7 |
1 | 1500 | 7.51 | 9300 | 6500 | 30.1 |
注：水温18.2℃～16℃
随着投加量的增大，沉淀物增多，原水色度降低、变清、去除COD率可达30%左右，但经多次试验仍难保证既将废水COD值降至符合生化处理要求，又能使废水PH值也适应生化处理工艺(pH>8,对A/O法不利)。因此，直接向原水投加Ca(OH)2是不大可能同时满足上两项要求的。我们改用对原水稀释后，再进行预处理。
2.2.2 稀释水投加Ca(OH)2预处理
表4 投加Ca(OH)2预处理
项目 序号 | 水量 (L) | 投加Ca(OH)2 (mg/L) | pH | COD进 (mg/L) | COD出 (mg/L) | η去除率 (%) |
1 | 1 | 0 | 6.3 | 3450 | —— | —— |
2 | 1 | 20 | 6.71 | 3450 | 3250 | 5.80 |
3 | 1 | 40 | 6.80 | 3450 | 3110 | 9.86 |
4 | 1 | 50 | 6.88 | 3450 | 3050 | 11.58 |
5 | 1 | 100 | 6.90 | 3450 | 2970 | 13.83 |
6 | 1 | 150 | 6.95 | 3450 | 2770 | 19.62 |
7 | 1 | 200 | 7.13 | 3450 | 2500 | 27.44 |
注：1.水温14.4℃～18℃。
2.其它投加量降低COD的数值，大体可按表中数据用插值法求出。
表4数据说明，稀释废水，投加适量Ca(OH)2后，PH值升高，COD下降至适于生化处理。投加量越大，水中COD去除率越高。投加量大于200mg/L时，水中沉淀物过多造成后续生化处理试验效果下降。而投加量小于50%，η值过小，达不到预处理效果。故投加预处理药剂量确定在110～150mg/L之间，依稀释水质而定。为判断预处理效果，分别取进水(CODCr为3450mg/L)、出水(CODCr为2770mg/L)，测BOD分别为740mg/L和700mg/L，废水可生化性上升，原水色度也明显下降。可见，效果明显，适于后续生化处理。
2.3 组合工艺运行试验
预处理后原水水质稳定，经A/O法＋混凝沉淀＋活性炭吸附后，CODCr去除率可达90%。出水CODCr达到设计要求。若将原水稀释倍数加大，使稀释水CODCr＜2000mg/L，则处理效果会更好。
3 结论与建议
投加Ca(OH)2有利于此类化工，将原水稀释后投加Ca(OH)2优于直接向原水投加Ca(OH)2。
Ca(OH)2投加量受沉淀物量与适于生化处理要求双重制约，一般取值范围在50～200mg/L之间。
按1:2稀释原水CODCr值仍然偏高，若增大稀释倍数将对石灰预处理和后续生化处理有利，但会增大水资源的消耗。
此次试验是在室温较低(18℃以下)、多雨天气条件下进行的，其他情况下，Ca(OH)2反应能力可能略有变化。
由于时间及经费的限制，此次未能开展更高层次的预处理研究。建议待全套
装置运转正常后，以运行实测数据的概率分布为依据，以预处理后出水pH值及COD值最佳（最有利于后续生化处理）为限定条件，以经济效益为目标函数，以原水水质、稀释水比例及药品投放量为设计变量，建立最优化数学模型。然后，选择适当的线性规划方法进行计算，可以很方便地获得处理效果最佳、最经济的预处理参数。
参考文献
1. 毛悌和. 化工技术. 化工出版社，2000.4
2. 崔志澂，何为庆. 工业. 冶金工业出版社，1999
3. 马青山，贾瑟. 絮凝化学和絮凝剂. 中国环境科学出版社，1988
4. T.M.凯纳兹(美). 水的物理化学处理. 清华大学出版社，1982
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