PAC强化水解酸化CAST工艺处理混合化工废水的研究陈恒宝

第36卷第5期2011年5月环境科学与管理ENVIRONMENTALSCIENCEANDMANAGEMENTVol.36No.5May2011收稿日期:2010－11－03作者简介:陈恒宝(1967－)，男，江苏省镇江市人，本科，高级工程师，从事污水处理自动化及工艺方面的管理和科技研究工作。通讯联系人:王申文章编号:1674－6139(2011)05－0087－04PAC强化“水解酸化+CAST”工艺处理混合化工废水的研究陈恒宝，张有仓，王申，彭益平，卓志美(镇江市水业总公司，江苏镇江212001)摘要:采用粉末活性炭(PAC)强化“水解酸化+CAST”工艺对混合化工废水进行研究。试验结果表明:PAC强化“水解酸化+CAST”工艺对进水中COD、难降解COD、BOD5、NH3－N和TP等参数的去除率分别达到了82.8%、52.8%、95.8%、88.8%和94.2%，实际出水水质有了很明显提高。PAC与活性污泥法耦合处理废水，PAC在产生吸附作用的同时，具有与生物协同的降解作用。通过改变PAC的投加方式和投加量试验，出于经济方面考虑，在保证出水水质指标达标的前提下，确定2～3天为一个比较合理的PAC投加周期。关键词:粉末活性炭;水解酸化+CAST;混合化工废水中图分类号:X703．1文献标识码:ATheReaserchofMixedChemicalWastewaterTreatmenton“HydrolyticAcidification+CAST”ProcessEnhancedbyPACChenHengbao，ZhangYoucang，WangShen，PengYiping，ZhuoZhimei(ZhenjiangWaterIndustryCompany，Zhenjiang212001，China)Abstract:TheReaserchofmixedchemicalwastewatertreatmenton“HydrolyticAcidification+CAST”ProcessEnhancedbyPAC．ThetestresultsshowthattheremowalratesofCOD，NCOD，BOD5，NH3－NandTPare82.8%，52.8%，95.8%，88.8%and94.2%processedby“HydrolyticAcidification+CAST”ProcessEnhancedbyPAC．Theactualeffluenthasobvi-ouslyimproved．PACandactivatedsludgecouplinginwastewatertreatment，thePACadsorption，withbiologicaldegradationofcollaborativeeffect．ThroughchangingthePACanddosingquantitytestandeconomicaspects，inordertoensuretheeffluentstandardsindex，determinethepremiseof2～3daysforamorereasonablePACdosingcycle．Keywords:powderactivatedcarbon;hydrolyticacidification+CAST;mixedchemicalwastewater镇江市某化工园区污水处理厂采用CAST工艺，设计规模为20000m3/d，随着园区规模的扩大，混合废水水质成分变得越来越复杂，难降解有机污染物成分增多，废水可生化性越来越差，处理起来比较困难，为了使这种混合化工废水经处理后水质能够达标排放，污水处理厂于2007年对原有处理设施进行了改造，将原来的CAST工艺改造成“水解酸化+CAST”工艺，改造后的污水处理厂，出水水质有了一定程度的改善，但由于进水中难降解COD成分较多，所以出水COD仍旧不能达标［1］，本项目希望通过小试和连续流试验研究，探索利用PAC强化“水解酸化+CAST”工艺处理混合化工废水的工艺参数，确保出水水质能够稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918－2002)一级B排放标准。1试验材料与方法1．1试验材料试验用水为该厂实际生产运行中的水解酸化池出水，其COD为150～450mg/l，BOD5为53～246mg/l，NH3－N为5.72～52.4mg/l，TP为1.42～8.36mg/l。·78·第36卷第5期2011年5月陈恒宝等·PAC强化“水解酸化+CAST”工艺处理混合化工废水的研究Vol.36No.5May2011本项目研究所采用的PAC粒子目数为200目(﹥90%)，碘值≧768.2mg/g，亚甲基蓝吸附值为150mg/L，水份≦10%，比表面积为500～1000m2/g。1．2试验方法1．2．1试验(1)准备3000mL烧杯6只，磁力搅拌器6套，分别取COD为307mg/L的污水处理厂运行中的水解酸化池出水水样1000mL加入烧杯中，不投加活性污泥，按与进水量比率100mg/L、150mg/L、200mg/L、250mg/L、300mg/L在烧杯中投加200目的PAC，开启磁力搅拌器，分别取0h、0.5h、1.0h、1.5h、2.0h、2.5h、3.0h水样，沉淀之后取上清液过滤测COD。(2)准备3000mL烧杯6只，曝气头及曝气软管6套，软管夹6套，分别取水解酸化池出水水样1000mL加入烧杯中，再取一定量的生产运行状况稳定的CAST池活性污泥加入烧杯中，控制MLSS在3500mg/L左右，进行曝气，控制DO在2.0～4.0mg/L之间。分别在曝气0h、0.5h、1．0h、1.5h、2.0h、2.5h时按上面试验确定的PAC合理投加量向烧杯中投加PAC。3h后停止曝气，沉淀0.5h后分别取上清液进行过滤，检测滤液的COD、难降解COD指标。1．2．2连续流试验(1)按照该污水处理厂CAST池的运行控制方式，利用连续流CAST试验装置进行试验，运行周期为6h，其中进水1.5h(进水1.0h后开始曝气)、纯曝气2.5h、沉淀1.0h、滗水1.0h。MLSS控制在2500～3500mg/L左右，曝气后期DO控制在2～4mg/L，按照上面试验确定的PAC合理投加量将PAC投加入CAST池，实验时间一个半月，待运行稳定后，每天取试验装置进出水和生产运行中CAST池出水，对COD、难降解COD、BOD、NH3－N和TP等常规参数进行检测。(2)改变PAC投加方式和投加频次，开始阶段每个周期曝气2h后投加，后来改为每天按照四个周期的PAC用量一次性投加，并将每天投加改为间断天数进行周期性投加，对处理效果进行分析，将试验装置和实际生产运行应对冲击问题的恢复能力进行对比分析。连续流试验装置的工艺流程如图1所示，其主体装置为CAST试验模型，该模型根据CAST工艺构造进行设计，采用PVC材质，装置尺寸为115mm×65mm×65mm，其中选择区尺寸为15mm×65mm×65mm，模型在不同的高度均设置有出水口，用以调节CAST池的排水比。曝气池底部设置9组曝气管，选择区选用两台低速搅拌器，CAST池进水泵与回流泵均选用型号为GM0090PQ5MNN的污水泵，水泵主要参数为:流量=85L/h，压力=7Bar，鼓风机选用型号为MINOR(11D)型，风机主要参数为:功率=100W，风量=400L/min，静压=40mbar。图1连续流试验工艺流程1．3分析方法常规项目COD、BOD5、NH3－N和TP等水质指标均采用国家标准方法测定，难降解COD采用近似的方法进行测试，测试难降解COD的试验装置如图2所示，其测试步骤如下:(1)获取测试用活性污泥。取污水处理厂CAST池曝气快结束时候的曝气混合液3L，沉淀0.5h，弃取上清液2L，留下浓缩污泥备用。(2)曝气。取要检测的水样2L和上面获得的浓缩污泥1L混合均匀，控制MLSS在3500mg/L左右，放入充氧泵曝气头，DO控制在5.0mg/L以下，开启充氧泵连续曝气8h。(3)测定。停止曝气，沉淀0.5h后，取上清液过滤，测定滤液COD值，所测得的数值即可近似为所检测水样的难降解COD值。图2难降解COD测试装置2试验结果和分析2．1吸附性能试验2．1．1PAC投加量对吸附效果的影响用烧杯进行PAC吸附性能试验的结果见图3:从图3中可看出，PAC的加入量对COD去除率的影响比较明显，投加量越大，吸附时间越长，COD指标下降的越多。这是因为活性炭加入量越多，吸·88·第36卷第5期2011年5月陈恒宝等·PAC强化“水解酸化+CAST”工艺处理混合化工废水的研究Vol.36No.5May2011图3不同PAC投加量时COD随吸附时间的变化附剂的表面积越大，吸附效果越好［2］，直接影响混合化工废水的处理效果。从图中可以看出，PAC加入量由50mg/L上升到250mg/L时，COD值也有不同程度的下降，当PAC浓度在大于150mg/L以上时，再增加PAC浓度时，污染物COD指标下降不明显，从经济方面考虑，初步认为150mg/L是适合该污水的一个合理投加量。2．1．2PAC吸附性能分析PAC对污染物质的吸附性能如图4和图5所示:图4PAC投加量与COD平衡浓度关系图5Freundlich吸附等温线拟合(20℃)从上面两图可以看出，随着PAC投加量的增大，COD吸附平衡浓度逐渐下降，同时PAC对COD的吸附量也呈下降趋势，出于经济方面的考虑，试验控制PAC最大投加量为250mg/L，但从整体趋势来看，继续增大PAC投加量，COD去除率还可进一步提高，但已不明显，将试验数据整理进行Freundlich吸附等温线拟合，可得试验温度下PAC对COD的吸附等温式:Q=KC1/nQ=0.0007C1．3031式中:Q为平衡吸附容量(COD/PAC)，mg/mg，C为吸附质COD的平衡质量浓度，mg/L，K和1/n为无量纲吸附常数，一般来说吸附常数1/n﹥2，就可以认为PAC对该废水中COD的吸附性能较差［3］。本试验中PAC对COD的吸附常数为1.3031，故PAC对该废水中COD的吸附性能较好，根据150mg/L投加量计算可以得出PAC对该厂污水中主要污染物质COD的去除效果，1gPAC仅通过吸附可去除COD约为0.77g。2．2PAC投加时机试验用烧杯所进行的PAC投加时机试验结果如图6所示:图6PAC投加时机对COD和难降解COD去除率的影响从图中可以看出，PAC的投加时机对COD和难降解COD去除率指标有一定影响，特别是难降解COD影响较大，从实验数据可以看出，在曝气开始后2.0h投加PAC时，出水的COD和难降解COD去除率最大。经分析，其主要原因是PAC吸附有机物选择性不大，若反应一开始就投加PAC，则易降解有机物会占领部分活性炭吸附位，从而减少了PAC对难降解物质的吸附，在废水中易降解有机物基本上被微生物代谢以后投加PAC，加入的PAC吸附以吸附难降解COD为主，可以充分利用PAC对难降解有机物的吸附作用，如果PAC和有机物作用时间太短的话，也不能充分完成吸附过程［4－5］，根据上面所进行的吸附试验，PAC对COD的吸附在1.0～1.5h基本处于饱和状态，达到了吸附平衡。结合运行测试时用便携式DO仪检测的DO变化情况，DO在曝气近2.0h后开始有一个较快的上升，也验证了易降解有机物在2.0h内已基本被去除。所以，·98·第36卷第5期2011年5月陈恒宝等·PAC强化“水解酸化+CAST”工艺处理混合化工废水的研究Vol.36No.5May2011在曝气开始后2.0h投加PAC，易降解COD已降解完毕，剩余曝气时间也满足了PAC达到吸附平衡所需要的时间，从而对难降解COD和COD有最大的去除率。2．3连续流试验2．3．1PAC强化“水解酸化+CAST”出水分析连续流试验中出水和实际生产出水指标平均值及去除率见表1。表1生产出水与PAC强化出水对比项目COD难降解CODBOD5NH3－NTP浓度(