含丙烯腈废水处理技术发展现状与试验研究赵军平

第36卷第12期2011年12月VoL.36No.12Dec.2011环境科学与管理ENVIRONMENTALSCIENCEANDMANAGEMENT含丙烯腈废水处理技术发展现状与试验研究赵军平，桂洪杰（兰州大学资源环境学院，甘肃兰州730000）摘要：含丙烯腈废水危害大、难降解，而用生化法对该类废水进行预处理的难点在于工艺的选择。文章较系统地概述了含丙烯腈废水处理技术的发展现状，并重点研究了“水解酸化+SBR工艺+生物滤池技术”处理工艺的反应器启动阶段。研究结果表明：1.水解酸化工艺可用于含丙烯腈废水的处理；2.SBR反应器处理效果良好，COD的平均去除率在70%以上，而且对进水水质的变化适应性较强；3.生物滤池技术应用于废水处理可显著提高COD的去除率。上述研究成果为下一步进行水解酸化+生物滤池技术+SBR处理工艺的效果试验奠定了基础。关键词：丙烯腈废水；水解酸化+SBR工艺+生物滤池技术；COD去除率中图分类号：X703.1文献标识码：AExperimentalResearchandRecentDevelopmentofAcrylonitrileContainingWastewaterTreatmentTechnologiesZhaoJunping,GuiHongjie(CollegeofEarthandEnvironmentSciences,LanzhouUniversity,Lanzhou730000,China)Abstract:Theacrylonitrilewastewaterpresentsgreatharmstotheenvironmentanditisverydifficulttobedegraded.Thedifficultyofbiochemicalpretreatmentliesinthechoiceoftechnology.Thispaperreviewedthecurrentdevelopmentoftreatmenttechnologiesforthiskindofwatercomprehensivelyandsystematicallyandstudiedthestart-upphaseoftheacidificationandSBRprocessreactor.Theresultsshowedthat1.Hydrolysistechnologycanbeappliedtothepretreatmentofacrylonitrilewastewater;2.SBRreactorhasagoodeffect.TheremovalrateofCODisabove70%anditishighlyadaptabletochangesinwater;3.BiologicalfiltertechnologyforwastewatertreatmentimprovestheCODremovalratesignificantly.Theresultsofthisstudylaidabasisforfutureexperimentalresearches.Keywords:acrylonitrilewastewater;acidification+SBRprocess+biofiltertechnology;CODremovalrate近年来，随着工业生产废水的排放，丙烯睛废水的污染也日益严重，它有与氢氰酸类似的毒性，无论是吸入还是附着在皮肤上，都会产生毒害作用，甚至中毒致死。中国在污水综合排放标准（GB8978-1996）中明文规定了氰化物最高允许排放浓度，该标准中，一二级排放标准最高为0.5mg/L，三级排放标准最高1.0mg/L。为此，工业生产中排放出来的含氰废水和废气，都必须经过彻底处理，达标后才允许排放。因此，高效、实用的处理工艺成为工业废水处·113·收稿日期：2011-09-13作者简介：赵军平（1986-）男，甘肃天水人，硕士研究生，主要研究方向：环境工程。理领域的研究重点。1丙烯腈废水处理技术发展现状1.1催化湿式氧化法催化湿式氧化法是在传统的湿式氧化体系中加入催化剂，降低反应温度和压力，提高氧化剂的氧化能力，加快反应速率，以减轻设备腐蚀并降低运行费用[1]。王伯超等[2]和芮玉兰等[3]采用二元和多元复合金属元素催化剂研究了催化湿式氧化法对于丙烯腈生产废水的处理效果。研究表明，催化剂的组成、成分比、载体对催化剂活性和废水处理效果有重要影响。随着温度、时间和氧气分压的增加，废水中COD和色度的去除率不断增大。文章编号：1674-6139（2011）12-0113-004第36卷第12期2011年12月VoL.36No.12Dec.2011赵军平等.含丙烯腈废水处理技术发展现状与试验研究·114·1.2生物法-活性污泥法生物处理丙烯腈生产废水，现在的研究重点主要集中在丙烯腈降解菌的研究及对现有生物处理工艺的改进两方面[4]。下面主要介绍生物法中的活性污泥法。经过驯化后的活性污泥微生物对于丙烯腈废水表现出良好的处理性能。Li等[5]以乙腈作为唯一碳源和氮源驯化活性污泥微生物，并研究了其对于不同腈类物质降解性能和机理后指出，经过驯化后的活性污泥微生物对于不同腈类物质均能保持较快的降解速率，且随腈类物质的不同，其降解机理也不尽相同；丙烯腈在微生物作用下，先降解为乙酰胺，最后形成乙酸和氨。1.3组合方法单独的工艺或多或少存在着经济性或环境友好性上的缺陷，因此开发组合工艺，尤其是非生物法与生物法的组合工艺，实现经济和和环境效益的双赢，将是未来丙烯腈生产废处理技术发展的重要趋势。陈劲松[6]等采用水解+A/O+混凝沉淀处理丙烯腈-腈纶废水，进水COD850mg/L，水解停留时间15h，A/O停留时间65h时，生物处理出水COD150mg/L，NH3-N10mg/L，SCN-0.5mg/L；经混凝沉淀处理后COD100mg/L，吨药剂费用2.4元。实验结果论证该工艺是可行的，出水水质达到国家污水综合排放标准（GB8978-1996）的一级标准。本实验在上述研究成果的基础上，应用生物处理法组合工艺，探讨处理丙烯腈废水的新工艺。下面为实验部分。2本实验效果分析2.1实验用水、实验污泥与填料2.1.1实验用水实验用水为丙烯腈配水和生活污水按不同比例混合后的水样。生活污水水质来源于校园生活污水下水道，水质如表1所示：表1试验用生活污水水质丙烯腈配水：丙烯腈为剧毒物质，在使用前先将纯丙烯腈稀释100倍，然后加到1000ml的容量瓶中，在与污水混合之前，先取10ml加到500ml的容量瓶中，定容之后，继续取50ml于1000ml的容量瓶中，定容。2.1.2实验污泥实验污泥取自城市污水处理厂的二沉池，经过生活小区生活污水的驯化后，作为接种污泥。2.1.3填料实验用填料采用比表面积大、吸附性能好的有机多孔载体及金属微孔载体海绵铁。海绵铁是一种铁含量很高的多孔型物质，其组成如表2所示。表2海绵铁的组成2.2实验装置、仪器设备与检测方法2.2.1实验装置实验装置为两组平行运行的连续式柱型反应器：水解酸化反应器，放置6个装有海绵+海绵铁的载体；SBR反应器，放置6个装有海绵+海绵铁的载体，另加曝气装置。每个反应器加入18g的污泥，由于污泥浓度为6g/l，故每个反应器加入3L的泥水混合物（反应器的容积按4L来计算）。两组反应器温度开始时为室温16℃~18℃，试验进行一段时间后将水解酸化反应器放置在恒温培养箱中，温度控制在20℃左右。2.2.2仪器设备与试验药品实验所用主要仪器设备：万用电炉，恒温培养箱，烧杯，容量瓶，移液管，锥形瓶，铁架台，滴定管，胶头滴管。药品：重铬酸钾，硫酸，硫酸银。2.2.3分析指标及检测方法COD，重铬酸钾法项目水质CODcr(mg/L)345～632NH3-N(mg/L)71～112TN(mg/L)74～127TP(mg/L)6.72～11.32组成总铁金属铁锰铬镍CaOMgO碳及其他杂质组成含量/%96~97900.2800.0100.0380.010.0513~4含量/%第36卷第12期2011年12月VoL.36No.12Dec.2011赵军平等.丙烯腈废水处理技术发展现状与试验研究·115·2.3研究方法水解酸化+序批式固定化微生物处理工艺试验研究分两阶段进行。第一阶段为反应器的启动阶段，在反应器的启动阶段，通过改变试验用水中丙烯腈的含量来完成微生物的培育；第二阶段把水解酸化和SBR反应器连接起来，以检测该工艺整体的运行效果。2.4反应器启动阶段运行效果分析2.4.1水解酸化反应器对丙烯腈废水处理效果的分析反应器启动阶段，随着丙烯腈含量的增加，出水COD的变化如图1所示：累计运行周期图1水解酸化出水COD随累计周期的变化从图1中可以看出水解酸化工艺对丙烯腈废水COD有一定的降解作用，但出水COD有反升现象出现，原因可能是：复杂有机物在进水COD检测中未显示，但是水解后有显示；运行参数控制不准确，造成水解菌胶团上升随出水流失；没有考虑有机物的生物毒性浓度和系统的生物忍耐性，造成菌种中毒流失，流失的菌胶团在出水检测中显示COD增高，这就要求调试时加强生物相的观察和记录对比。去除率随累计周期的变化如图2所示：图2水解酸化去除率随累计周期的变化从图2可以看出，水解酸化反应器去除率在-20%~60%之间浮动，变化比较大，原因是：水解酸化工艺要求进水水质的变化不能太大。另外，还可以看出在一个累计周期内，去除率的变化为先降后升。原因是：微生物对其生存环境的变化会有一个适应的过程。2.42SBR反应器对丙烯腈废水处理效果的分析反应器的启动阶段，随着丙烯腈含量的增加，反应器出水COD的变化如图3所示：图3SBR出水COD随累计周期的变化同样，可做出其去除率的变化曲线，如图4所示：从图4可以看出SBR的处理效果良好，在70%左右，而且对水质的适应性较强。3结论本试验以含丙烯腈的废水为研究对象，用水解酸化+序批式固定化微生物技术进行预处理，在反应器的启动阶段取得了较好的效果，并得出以下结论：图4SBR去除率随积累周期的变化第36卷第12期2011年12月VoL.36No.12Dec.2011赵军平等.含丙烯腈废水处理技术发展现状与试验研究·116·（1）水解酸化工艺可用于本实验对含丙烯腈废水的处理；（2）SBR反应器处理效果良好，COD的平均去除率在70%以上，而且对进水水质的变化适应性较强；（3）固定化微生物技术应用于废水处理可显著提高其COD的去除率；（4）在本实验中应用该种方法进行反应器的启动实验，可适用于其他有毒废水的试验研究。参考文献：[1]BhargavaSK,TardioJ，PrasadJ，eta1．Wetoxidationandcatalyt-icwetoxidation[J]．Industrial＆EngineeringChemistryResearch,2006，45(4)：221-1258．[2]王伯超，叶军苗，金锡标，等．多相催化氧化法预处理丙烯腈生产过程中的废水[J].华东理工大学学报：自然科学版，2006(8)：948-952.[3]芮玉兰，孙晓然，粱荚华，等．丙烯腈生产废水的催化湿式氧化[J].环境科学与技术，2006(8)：99-100．[4]倪明.丙烯腈生产废水处理技术研究进展[J].水处理技术，2010，36（6）：1-4.[5]LiT，LiuJ，BaiR，etal.Biodegradationoforganonitrilesbyadaptedactivatedsludgeconsortiumwithacetonitrile-degradingmi-croorganisms[J]．WaterResearch，2007，41(15)：3465-3473．[6]陈劲松，王凯，李天增，等.水解+A/O+混凝沉淀处理丙烯腈+腈纶废水[J].工业水处理，2011,31（1）：88-90.(上接第69页)(3):348-351.[6]RIEDELGF,SAND