（市政工程专业论文）酒精废水厌氧消化液深度处理研究.pdf

摘要 摘要 本课题以南阳酒精厂酒精废水厌氧消化液为研究对象，其c o d 为1 4 0 0 - 3 6 0 0 m g l ，b o d 5 为6 5 0 , - - - 1lo o m g l ，s s 为6 0 0 - ls o o m g l ，n h 3 - n 为2 0 0 - - 5 10 m g l ， 针对该废水有机物浓度高、难降解的特点，采取了s b r 一化学混凝与臭氧氧化 联合使用工艺和s b r - - f e n t o n 催化氧化工艺两种方法进行了系统的试验研究。 本研究主要内容包括：( 1 ) s b r 法生物处理研究；( 2 ) 化学混凝试验研究；( 3 ) f e n t o n 催化氧化试验研究；( 4 ) 臭氧氧化研究；( 5 ) 处理过程中污染物的迁移 和降解规律。在试验过程中研究了容积负荷等工艺参数，考察了c o d 、b o o 。和 n h 3 _ n 等水质指标，观察了系统的微生物特性，并对原水及各阶段的出水做了 c - c m s 分析。试验结果表明： 1 ) 对酒精废水厌氧消化液进行s b r 生物处理试验研究，当充水比为0 3 ， 曝气时间为1 8 h ，碱度充足时，出水c o d 为6 3 0 m g l ，去除率为6 2 8 6 ；出水b o d s 为6 3m g l ，去除率为9 2 3 0 ；出水n h 。- n 小于1 5m g l ，去除达到9 5 以上。 2 ) 针对s b r 生化出水进行化学混凝试验，试验过程中采用p a c 、p f s 、硫 酸铝、硫酸亚铁和三氯化铁五种混凝剂，试验结果证明c o d 去除率与混凝剂投 加量呈线性关系，其中三氯化铁处理效果最好，投加量为1 0 0 0 m g l 时，c o d 去 除率接近8 0 ，不过铁离子的过量投加会影响出水色度。 3 ) 针对s b r 生化出水进行f e n t o n 催化氧化试验，试验过程中研究了h ：0 2 投加量、h 2 0 ：f e 2 + ( 摩尔比) 、p h 值以及反应时间等因素对处理效果的影响，试 验结果表明当p h 值- - - - 3 ，反应时间= 3 0 m i n ，h 2 0 2 f e 2 + ( 摩尔比) = l ：1 ，h z 0 2 投加量= 6 6 0 m g l ，有机物去除率高达9 5 。 4 ) 对s b r 生化出水进行臭氧氧化一化学混凝处理，臭氧预处理可以强化化 学混凝效果，提高出水水质，且该过程中c o d 总去除率与臭氧通气时间和混凝 剂投加量呈线性关系。 5 ) 针对化学混凝出水进行臭氧氧化试验研究，c o d 去除率与通气时间之间 存在显著的线性相关性；升高进水p h 值会改善处理效果，碱性越强，越有利于 羟基自由基的生成，当进水c o d = 3 8 8 m g l ，p h 值= 1 2 时，出水c o d 9 0 9 6 天津市某酒厂 1 2 1 0 膜技术处理 膜分离技术是一项新型的分离技术，大多数膜分离过程中不发生相变化， 分离系数大，具有高效节能的特点。利用膜分离技术，采用闭路循环发酵工艺 可变废为宝，避免或削减污染物的排放。膜生物反应器是膜技术与生物反应器 相结合的产物，已成为目前国内外环境科技发展的重点之一日本于1 9 8 7 年开 始对酒精发酵废水等食品工业废水的膜生物反应器处理系统开始研究，目前在 鹿儿岛县鹿屋椰d d 酒精厂进行实验工厂运转试验，达到良好的处理效果。 第2 章研究内容与试验方法 第2 章研究内容、试验原理及方法 2 1 研究内容 目前，对于酒精行业污染物排放无行业标准，其废水污染物终端排放执行 g b 8 9 7 8 - - 1 9 9 6 污水综合排放标准，最高允许污染物排放情况见表2 1 。由表 中可以看出，针对酒精废水厌氧消化液主要任务是去除其中氨氮、有机物和悬 浮物。然而，该类废水成分复杂、有机物含量高且含有难降解物质，是一种高 浓度、难降解有机废水，采用一般生化处理不可能达到深度处理的效果。因此， 本课题借鉴国内外对高浓度难降解有机废水处理的研究成果，针对厌氧消化液 的水质特点，采用s b r 一化学混凝与臭氧氧化联合使用工艺和s b r - - f e n t o n 催 化氧化工艺两种方法处理该废水。 表2 1 酒精行业污水综合排放标准 注：括号中为1 9 9 7 年1 2 月3 1 日前建设的单位 因此，本课题研究内容主要包括以下几个方面： a ) 研究容积负荷、曝气时间、不同进水水质等因素对s b r 运行效果的影 响，探索适宜的工况运行条件。 m 在碱度不足的条件下补充硝化反应所需的碱度，进行氨氮处理效果的研 究； c ) 比较不同混凝剂对生化处理出水的处理效果； d ) 研究f c n t o n 催化氧化法对生化处理出水的后续处理，比较各因素的影 响程度、考察各因素分别对处理效果的影响； e ) 比较经过臭氧预处理与未经预处理废水的化学混凝效果。 1 2 第2 章研究内容与试验方法 0 针对化学混凝出水进行臭氧氧化试验，考察不同p h 值、通气时间以及 过氧化氢对有机物去除的影响； 曲利用g c f m s 技术研究废水中污染物的降解与迁移规律。 2 2 试验原理 2 2 1 序批式活性污泥法( s b r ) 2 2 1 1s b r 法基本原理及特点 序批式活性污泥法1 5 2 j ( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r , 缩写为s b r ) 是活性污泥法 的一种衍生，利用活性污泥中的微生物的新陈代谢功能和活性污泥的吸附、絮 凝和沉淀特性达到去除有机物的目的。它由5 个阶段组成，即进水( f i l l ) 、反应 0 e a c 0 、沉淀( s e t t l e ) 、排水( d e c a n t ) 、闲置( i d l e ) ，从污水流人开始到待机时间结 束算一个周期。在一个周期内，一切过程都在一个设有曝气或搅拌装置的反应 池内进行，这种周期周而复始反复进行，如图2 1 。 一崮一目一目一蜘崮 俗)伯)c ) 进水工序反应工守沉淀工序排水工序闲置工序 图2 1s b r 运行工序 其工作原理如下1 5 剐：进水工艺是s b r 反应池接纳废水的过程，在废水流入 之前，反应池处于前一个周期的排水或待机状态，反应池内剩有活性污泥混合 液；充氧反应工序是在反应池内进行鼓风曝气，通过活性污泥中微生物作用消 减废水中有机物；沉淀工序相当于传统活性污泥法中的二次沉淀池，停止曝气， 活性污泥与水进行沉淀分离；排水工序是排出活性污泥沉淀后的上清液，恢复 到处理周期开始的最低水位。反应池底部沉降的活性污泥大部分作为下个周期 的回流污泥使用，过剩的剩余污泥定时引出排放。另外，反应池中还剩下一部 分处理水，起循环水和稀释水的作用；待机工序是沉淀之后到下个周期开始的 期间，为了保持污泥的活性，可进行搅拌或曝气。 1 3 第2 章研究内容与试验方法 s b r 工艺与传统连续流活性污泥法相比具有如下优点【5 4 1 【5 5 1 1 5 6 5 7 1 1 5 8 】： a ) 耐冲击负荷，处理能力强； b ) 生化反应推力大、效率高，适应处理高浓度难降解废水； c ) 可以防止污泥沉淀； d ) 运行方式灵活，脱氮除磷效果好； e ) 固液分离效果好，出水水质稳定； f ) 工艺简单，可以省去二沉池，不需要污泥回流，节省费用。 2 2 1 2s b r 对有机物及氨氮去除效果的影响因素 ( 1 ) 曝气方式i 】 s b r 法中曝气方式 6 0 1 有非限制曝气、限制曝气、半限制曝气三种方式，各 种曝气方式的效果及耗能不同。 非限制曝气方式( 进水时同时曝气) 运行的s b r 法能缓解高浓度有机废水的 冲击负荷和毒性物质的冲击，并且反应器内需氧速率比较均匀，便于供氧控制。 限制曝气方式( 进水时不曝气) 使反应器在进水其处于厌氧或缺氧状态，有 利于大分子有机物水解，并使反应器内基质存在一定的浓度梯度，生化反应有 较大的推动力，同时抑制了丝状菌的生长。 半限制曝气方式( 进水后半期进行曝气) 是介于限制曝气和非限制曝气之 间的一种运行方式。 ( 2 ) 溶解氧浓度 对于好氧活性污泥法处理废水，供氧多少一般用混合液中溶解氧的浓度控 制。据王淑莹【6 1 】的研究认为，曝气量越小，平衡d o 浓度越低，所需反应时间 越长，即所需s b r 容积越大；反之，平衡d o 浓度越高，所需反应时间越短， 但曝气运行费用越大，在她的试验中d o 浓度控制在0 8 1 5 m g l 比较合适。 李飞龙等【6 2 】发现，s b r 处理工业废水中，d o 浓度高( 2 0 m g l ) 时，d o 对有 机物降解速率的影响不大；相反，d o 浓度较低时，有机物的降解则需较长时间， d o 对有机物降解速率有明显的影响。当污水c o d 降解到最低时，d o 上升到最 高，且表现为一恒定值，可以由此判断反应的终点。控锘t j d o 值在反应初期比较 高，随后降低维持在2 0 m g l 的曝气方法比较节省电费。 ( 3 ) 温度 温度是影响微生物生长活动的重要因素，在微生物酶系统不受变性影响的 温度范围内，水温上升就会使微生物活动旺盛，提高反应速度1 6 引。 1 4 第2 章研究内容与试验方法 李川等瞰】在用s b r 法处理某化工厂染料生产废水时，通过正交试验发现温 度是影响处理效果的一个重要因素，其次是p h 值、曝气和周期。 ( 4 ) p h 值与碱度 适宜微生物增长的p h 值范围一般为4 9 【6 5 】，w i l k i n s o n 【6 0 1 在1 9 7 5 年提出， 细菌在p h 弱碱性环境中生长得最好，而藻类和真菌在p h 弱酸性时生长最好。 魏瑞霞等1 6 0 】在处理高含氮量废水时发现，硝化作用引起的p h 值的急剧下降至 4 5 ，以及人为地升高p h 值直到9 5 ，s b r 法仍能在两个周期内恢复正常的处理 效果，可见s b r 法对p h 值有很强的耐冲击能力。 丁峰等【删在用s b r 法处理啤酒废水和化工废水的过程中发现，当进水p h 9 0 时，p h 值越低或越高，两种废水的c o d 去除率越低。p h 值在5 肛9 0 之间，两者的c o d 去除率都很高( 9 0 ) ，且保持稳定。控制反应过程的p h ( 3 5 6 5 ) 不变，将在同样p h 值条件下进一步降低两种废水的c o d 去除率，对 化工废水的影响尤为显著。并且，当p h 在3 5 - 5 0 和9 肛1 2 0 时，皆出现活性污泥 的活性抑制和污泥上浮，但未见明显的污泥膨胀。 ( 5 ) 营养物质 在活性污泥系统中，由于微生物细胞由多种化学成分所组成，其生长繁殖 需要水、碳、氮、无机盐等营养物质，污水中除以b o d 5 所代表的含碳有机物 外，还需要一定比例的氮、磷和其他微量元素。一般对氮、磷的需要量应满足 b o d s ：n ：p = 1 0 0 ：5 ：1 的比例1 6 7 j 。 2 2 1 3s b r 工艺在工业废水处理中的应用 近年来，对s b r 的研究在许多方面展开，并在工业废水处理中得到成功应 用，其所处理的难降解有机物几乎涵盖了其他生物法所处理的对象，并取得显 著效果，见表2 2 。 表2 2s b r 处理工业废水效剿6 8 】【6 9 】【7 0 7 1 】限】 处理对象工艺形式 处理效果 石油发酵工业 进水c o d 3 0 0 0 6 - - 6 0 0 0 m g l ，b o d 5 1 6 5 0 - - 3 3 0 0 m g l ，去除率分 s b r 废水别为9 0 和9 5 以上 进水c o d l 4 0 0 2 4 0 0 m g l ，b o d 5 7 0 0 - 1 2 0 0 m g l ，去除率分 缫丝生产废水 s b r 别为9 6 和9 8 5 1 5 第2 章研究内容与试验方法 进水c o d 4 9 0 6 3 0 m g l ，b o d 5 1 9 4 2 5 1 m g l ，t n l 7 0 化粪池污水 s b r 2 2 0 m g l ，去除率分别为8 2 、9 3 和7 6 * , 碱解预处理 乐果生产废水 进水c o d l 0 0 0 2 5 0 0 m g l ，去除率为9 0 9 4 s b r 进水c o d 9 0 0 1 0 0 0 m g l ，b o d 5 3 0 0 4 0 0 m g l ，去除率均达 屠宰废水厌氧s b r 9 0 以上 进水c o d 6 0 0 1 5 0 0 m g l ，b o d 5 1 9 0 4 4 0 m g l ，酚6 1 9 m g l ， 含酚化工废水 s b r 去除率分别为7 3 8 4 0 0 、9 4 和9 5 以上 进水c o d 2 9 5 0m g t , ，n h 3 - n 1 2 7 8 m g l ，去除率分别为9 2 和 味精废水u b f s b r 9 9 4 迸水c o d s 0 0 2 3 0 0 m g l ，n h 3 - n 5 0 0 1 5 7 0 m g l ，去除率分 垃圾渗滤液 u a s b f s b r 别为7 7 和9 7 进水平均c o d 2 5 0 0 m g l ，b o d 5 1 5 0 0 m g l ，出水分别低于 中药废水s b r 2 0 0 m g l 和lo o m g l 进水c o d 6 0 01 0 0 0 m g l ，b o d 5 1 3 0 3 0 0 m g l ，t n l 7 0 - - 印染废水膜法s b r 2 2 0 m g l ，色度4 0 0 2 0 0 0 倍，去除率分别为8 0 9 0 、8 5o , 和9 0 合成洗涤剂废 进水c o d 3 9 7 0m g l ，n h 3 - n 1 3 8 9 m g l ，去除率分别为9 4 1 s b r 水 和9 6 8 聚酰胺生产废 进水c o d 2 9 0 0 3 9 0 0 m g l ，n h r n 2 0 0 2 3 0 m g l ，聚酰胺 s b r 水 1 5 0 0 1 6 0 0 m g l ，去除率分别为9 7 、9 1 和9 8 * 0 2 2 1 4s b r 工艺发展 s b r 工艺能灵活方便的实现缺氧、厌氧、好氧的任意组合，对含碳有机物 去除速率快并且能通过厌氧搅拌和间歇曝气实现脱氮除磷【。7 3 】。近年来，人们还 不断对s b r 进行改进，将s b r 与其他工艺相结合，出现了以s b r 为主的新工 艺。因此，s b r 在难降解有机物处理研究中越来越受到重视，成为处理难降解 有机物极具潜力的工艺。 y i n g 等在s b r q b 投加粉末活性炭( p a c ) ，并命名为p a c s b r t 7 4 1 。投加低剂量 1 6 第2 章研究内容与试验方法 的p a c 可以明显改善s b r 去除垃圾填埋渗滤液中芳香烃化合物的效果，并具有很 好的耐冲击负荷能力 厌氧序批式活性污泥法( a s b r ) 是s b r t _ 艺在厌氧生物处理中的应用 7 5 1 。 a s b i 运行同s b r 一样是周期性顺序操作的，每个周期经历进水、反应、沉淀、 出水四个阶段，闲置阶段是否需要视具体情况而定。a s b r i 艺由于其间歇运行 的特点，使反应器内具有沉淀性能良好的颗粒污泥，成为一个稳定可靠的厌氧 处理系统，从而可以高效的把底物转换为甲烷，提高处理能力。 膜法s b r s b r ) 就是在s b r 反应器内投加弹性立体填料，使其结合了生物 接触氧化法和s b r 法的优点 7 6 1 。填料提高了池内的氧利用率，增大了微生物与 废水中有机物的接触面积，从而有利于有机物的降解。 d a t 认t 1 7 7 j ，工艺的主体构筑物是由两个串联的反应池组成，即需氧池 ( d e m a n da e r a t i o nt a n k 简称d a t 池) 和间歇曝气池( i n t e r m i t t e n ta e r a t i o nt a n k 简称 认t 池) 组成。一般情况d a t 池连续进水、连续曝气，其出水进入i a t 池，在此可 完成曝气、沉淀、滗水和排出剩余污泥工序。d a t 和n t 池能保持较高的m l s s 浓度和较长的污泥龄，对有机物负荷及有毒物质有较强的抗冲击能力。而且整 个工艺处理构筑物较少流程大大简化，节省占地面积和投资。 i d e a - t 艺 7 8 】、c a s s i 艺 7 9 1 、i c e a s i 艺 s o l 等也是在传统s b r 基础上发展 起来的一系列新工艺，具有较强的抗冲击能力、处理构筑物较少，流程大大简 化，节省占地面积和投资等特点。m s b r 是 s i n 8 2 1 8 3 1c q y a n g 等人根据s b r 技术 特点，结合传统活性污泥法技术，研究开发的一种更为理想的污水处理技术i 驯。 近年来，s e g h e r s 公司提出的u n i t a n k 系统是s b r 法的又一种变型和发展，已 成为一种高效、经济、灵活和成熟的污水处理工艺【8 引。 2 2 2 化学混凝 2 2 2 1 混凝机理【嘲1 8 刀【8 8 1 废水中都含有大量悬浮物质，其中大多可通过自然沉淀的方法去除，但胶 体颗粒是不能用自然沉淀方法去除的。混凝的目的在于向水中投加一些药剂， 使水中难以沉淀的胶体颗粒脱稳而相互聚合，增大至能自然沉淀的程度。混凝 包括凝聚和絮凝两种过程，凝聚是指胶体被压缩双电层而脱稳的过程；絮凝则指 胶体脱