（环境工程专业论文）含脂肪酸废水处理强化.pdf

中文摘要 本研究拟采用混凝一厌氧( u a s b a b r ) 生化处理组合工艺，克服脂肪酸 和油的影响，来强化此种废水的处理。分别对混凝法、u a s b 和a b r 厌氧法处理 含脂肪酸废水的效果进行探讨和分析，并对u a s b 、a b r 的启动和运行进行了研 究。主要结论如下： ( 1 ) 通过单因素试验和正交试验确定得出达到最大c o d 。、油去除率时的 混凝最佳条件为：每2 0 0 r a l 废水，p f c ( 5 ) 加药量0 6 0 m l ；p a m ( 0 1 ) 加入量 0 8 m l ；搅拌强度1 2 0 r m i n ；搅拌时间9 0 s ；最佳沉降时间2 0 m i n 。 ( 2 ) u a s b 反应器在处理含脂肪酸废水时，经过6 0 d 的启动，反应器运行基 本稳定，容积负荷可达1 3 k g c o d j ( m 3 d ) 。c o d 。、s s 去除率分别为7 0 7 9 ， 6 8 8 0 9 6 ，出水p h 值可维持在6 5 7 3 2 _ 间。 。 ( 3 ) a b r 反应器在处理含脂肪酸废水时，经过6 0 d 的启动，反应器运行基本 稳定。当进水浓度为3 6 0 0 m g l ，h r t = 1 8 h 时，反应器在负荷为3 5 k g c o d j ( m3 d ) ) 时的运行效果最好，系统c o d 。总去除率可稳定在6 5 左右。 ( 4 ) 经本试验结果表明：采用混凝+ u a s b 组合工艺和混凝+ a b r 组合工艺 分别处理含脂肪酸废水时，前者效果要好于后者。其中，混凝+ u a s b 组合工艺 的处理效果为c o d 。8 9 2 0 5 、油8 6 3 、s s9 5 ；混凝+ a b r 组合工艺处理效果 为c o d 。8 3 8 、油8 6 7 、s s9 3 8 。 关键词：含脂肪酸废水；混凝；u a s ba b r 郑州大学硕上学位论文 含脂肪酸废水处理强化 a b s t r a c t t h ee x p e r i m e n tw a sc a r r i e do u tw i t ht h es l a u g h t e rw a s t e w a t e r a c c o r d i n gt ot h e c h a r a c t e r i s t i co ft h ef a t t ya c i d - c o n t a i n i n gw a s t e w a t e r ，t h ep a p e ri n t r o d u c e dt h em e t h o d o fa n a e r o b i c c o a g u l a t i o n ( u a s b a b r ) t oe n h a n c et h ee f f i c i e n c yo ft h ew a s t e w a t e r t r e a t m e n t t h ee f f i c i e n c yo ft h eu a s ba n da b rw e r ed i s c u s s e da n da n a l y z e d r e s p e c t i v e l yt h em a i nc o n c l u s i o n s a r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) a c c o r d i n gt ot h es i n g l ef a c t o re x p e r i m e n ta n do r t h o g r a p h i ce x p e r i m e n t , t h e o p t i m u mc o n d i t i o no fc o a g u l a t i o n w e r e a sf o l l o w s ：0 6 m lp f c ( 5 ) p e r 2 0 0 m l ； 0 8 m lp a m ( o 1 ) ；a g i t a t i n gs p e e d1 2 0 r r a i n ；a g i t a t i n gt i m e9 0 s ；s e d i m e n tt i m e2 0 m i n ( 2 ) i nt h eu a s bp r o c e s s 。a f t e r6 0 ds t a r t u p ，t h ep e r f o r m a n c eo fu a s bw a s s t a b i l i z a t i o n t h el o a d i n gr a t ei su pt o1 3 k g c o d e ( m 3 d ) t h er e m o v a le f f i c i e n c yo f c o d 口a n ds sa l e7 0 7 9 ，6 8 8 0 r e s p e c t i v e l y ，t h ep hv a l u eo fe f f l u e n t i s s t e a d i l ya t6 5 7 3 ( 3 ) i nt h ea b rp r o c e s s ，a f t e r6 0 ds t a r t u p ，t h ep e r f o r m a n c eo fa b rw a s s t a b i l i z a t i o n w h e nt h ec o n c e n t r a t i o no ft h ei n f l u e n t ，t h el o a d i n gr a t ea n dh r ta l e 3 6 0 0 m g l ，3 5 k g c o d d t ( m3 d ) ) ，1 7 hr e s p e c t i v e l y ，t h ep e r f o r m a n c ee f f i c i e n c yo ft h e r e a c t o ri sp e r f e c t ，a n dt h et o t a lr e m o v a le f f i c i e n c yo fc o d e rc a nb es t e a d i l ya t6 5 7 3 ( 4 ) t h eu a s b c o a g u l a t i o na n da b r c o a g u l a t i o nc o m b i n a t i o np r o c e s sw e r et r e a t e d t h ef a t t ya c i d - c o n t a i n i n gw a s t e w a t e rr e s p e c t i v e l y ，t h er e s u l to fe x p e r i m e n ts h o w e d t h a tt h ef o r m e re f f i c i e n c yi sb e t t e rt h a nt h el a t t e r a n dt h er e m o v a le f f i c i e n c yo ft h e t w oc o m b i n a t i o np r o c e s sa r ec o d e r8 9 2 、o i l8 6 3 、s s9 5 ；c o d c r8 3 8 、o i l 8 6 7 、s s9 3 8 r e s p e c t i v e l y k e y w o r d s ：t h ef a t t ya c i d - c o n t a i n i n gw a s t e w a t e r ；c o a g u l a t i o n ；u a s b ；a b r i 郑州大学硕士学位论文含脂肪酸废水处理强化 第一章绪论 1 1 概述 含脂肪酸废水是一种广泛存在的废水。随着国民经济的增长，我国的日用 化工工业、油脂加工工业、合成脂肪酸工业、肉类加工工业、乳制品工业等取得 了突飞猛进的发展，生产规模也迅速扩大。这些工业排放的废水中，含有大量的 油、脂肪、脂肪酸等脂类物质。这些工业排出的废水量的急剧增加，加剧了含脂 肪酸废水的泛滥，对环境和人类健康造成了严重的影响。在荷兰，含脂肪酸废水 的污染物排放量相当于全国1 4 的人口排放的生活废水的污染物总量。因此，对 这些工业排放的含脂肪酸废水的处理r 益受到关注。 1 1 1 含脂肪酸废水的来源及水质 环境水体中脂肪酸的来源主要有以下几种：肉类加工废水、油脂加工废水、 合成脂肪酸废水、日用化工废水等。 肉类加工废水主要来自原料处理阶段的屠宰、解冻、洗肉、切肉、盐渍和加 工阶段的原料切碎或搅拌、配料、混合、调味等工序排出的废水。该废水中含有 大量的油、脂肪酸、碎肉、脂肪、血液、还含有少量蛋白质和氨。其c o d 。含量 高达2 6 0 0 0 m g l ，b o d 5 含量一般介于1 8 0 0 0 2 3 0 0 0 m g l 之间，s s 含量也高达 1 3 0 0 0 1 9 0 0 0 i 】。 油脂加工废水主要来自生产车间的浸出、物理、化学精炼过程中的各个工序。 主要包括炼油车间的油脂碱炼和水洗工序废水、毛油经碱中和后产生的碱炼废 水。废水中含有高浓度的油、脂肪酸、皂以及酸碱盐和固体悬浮物，c o d c 痢b o d s 很高。其c o d , , 含量约为2 0 0 0 0 m g l ，s s 含量介于1 3 0 0 0 1 6 0 0 0 m g l ：2 l 问，p h 在9 1 0 之间嘲。 合成脂肪酸废水是石蜡氧化法生产脂肪酸工艺中产生的有机废水，主要来自 氧化蜡沉降水、氧化蜡水洗水、芒硝水、回收醇废水等。该废水中绝大部分是低 碳脂肪酸、醛、酮、酯、烃等有机物，均溶解或乳化在水中，污染成分复杂，废 水呈强酸性。其c o d c r 含量约为2 3 6 0 0 m g l ，b o d s 含量约为1 7 0 0 0 m g l ，p h 为3 4 。通常合成脂肪酸工业排出的废水的水量占工业废水总排放量的8 ，而所含污 染物占总污染物的9 2 4 0 1 。 乳制品废水是乳制品加工过程中产排放的废水，根据其来源可分为三大类： 郑州大学硕士学位论文含脂肪酸废水处理强化 即洗涤废水、冷却废水和产品加工废水。废水中主要含有酪蛋白、油、脂肪、脂 肪酸、乳糖和无机盐等，洗涤废水中还含有清洗设备的洗涤剂和杀菌剂。其c o d 。 含量约为1 3 0 0 0 m g l ，水储存一段时间后会产生大量乳白色浮渣，生化性能较好 4 1 o 1 1 2 含脂肪酸废水的危害 屠宰废水、油脂加工废水、乳制品工业废水等含脂肪酸废水中含有大量的油 脂、脂肪酸、甘油、表面活性物质。这些物质，尤其是油、脂肪酸对人类、动物 和植物乃至整个生态系统都产生不良的影响。其危害主要表现在以下几个方面： 1 污染来源多。油脂加工、食品加工、日用化工、屠宰等工业和饮食业都产 生大量的含脂肪酸废水。 2 危害严重”1 。如果这类物质未经处理直接进入江河湖海水体，则危害水体 生态系统，严重污染周围环境。例如，漂浮于水体表面的油脂影响空气一水体界 面上氧的交换。据调查，一滴油流入水面后可形成0 2 5 m 2 的油膜。2 0 0 0 l 油在1 0 小时左右即可在水面扩展成2 0 0 0m s ，0 2 n u n 厚的油膜。形成的油膜隔绝空气， 阻碍水体的复氧，阻隔了水体中氧的来源。同时，水体中的溶解油和乳化油在被 水中好养微生物氧化分解过程中，也消耗水体中的溶解氧。上述两个因素的共同 作用会使水体中的c 0 2 浓度增高，p h 值下降，致使水生生物丧失生存条件。另一 方面，微生物在分解油类的过程中产生诸如长链脂肪酸等对水生生物也有毒害作 用”1 ，从而使水体中的生态系统的平衡遭到破坏。 3 进入城市污水处理厂的含脂肪酸有机废水中的中长链脂肪酸、油类物质包 裹在填料外层阻碍氧的传质，导致好氧微生物代谢紊乱，影响处理效果，有可能 使处理系统崩溃。有时在污水排放系统中中长碳链脂肪酸及油脂的积累会导致排 水管道堵塞，从而在厌氧的环境下厌氧菌分解产生气体，严重的就会发生爆炸。 在美国就曾经发生过由于油脂堵塞生活污水管网而引起的爆炸事件。 4 在废水处理厂中油状的中碳链脂肪酸( m c f a ) 和固状的长链脂肪酸 ( l c f a ) 混和油脂阻塞格栅，在污泥泵中积成渣垢，影响设备的正常运行。且在 好氧处理单元和最终沉淀池中，含脂肪酸的混合物会结成“脂球”连同粘附的污泥 处于悬浮状态，随最终出水排出。一方面造成污泥流失，同时也影响出水水质。 1 2 含脂肪酸废水处理技术 2 郑州大学硕上- 学位论文含脂肪酸废水处理强化 1 2 1 物理法处理 隔油、气浮是含脂肪酸废水常用的物理方法，主要去除废水中的浮油、乳 化油和悬浮物等。一般作为预处理。 1 2 1 1 隔油 隔油主要是去除含脂肪酸废水中的浮油和大部分悬浮物。隔油时常采用加入 硫酸的方法，加入硫酸的目的是使皂脚水解成脂肪酸，同时使废水中的乳化油变 成溶解油而利于去除m 。再经过酸化隔油处理后，废水中的油脚、皂脚等脂类物 质及其他固体悬浮物都会被分解，油脂还可以回收，不仅提高了酸油得率，增加 企业效益，而且可以降低废水中各种污染物的浓度，同时，c o d o 痢b o d 5 的浓 度也大大降低，为下一步的处理创造了条件。 1 2 1 2 气浮法 该法对于去除含脂肪酸废水中的乳化油有特殊功效。通常先投加混凝剂，中 和或改变胶体粒子表面电荷，破坏乳化油的稳定性并形成絮凝体，投加混凝剂可 使气浮法的除油效率提高一倍。 1 2 2 化学法处理 常用于处理含脂肪酸废水的化学法主要有水解、化学沉淀等，主要是去除废 水中的油，脂肪等脂类。此法一般也作为废水的预处理。 1 2 2 1 碱性水解和酶水解 该法使用碱性物质或酶水解以减少废水中的脂肪颗粒，常作为含脂肪酸废水 的预处理。通常采用石灰、n a o h 、胰脂肪酶、细菌酶等，其中石灰经济实用但 是会产生大量的废渣。用n a o h 进行预处理时，控制n a o h 的质量浓度在1 5 0 3 0 0 m g l 范围内，可使平均脂肪颗粒的粒径降到处理前脂肪颗粒粒径的7 3 7 ；用胰脂肪酶进行预处理效果最佳，胰脂肪酶p l _ 2 5 0 可使脂肪颗粒粒径最大 降到处理前废水中脂肪颗粒粒径的6 0 3 ，而且胰脂肪酶更适用于水解牛肉 脂肪；用细菌酶处理，细菌酶的使用量较多时才能达到明显的水解效果。1 。但是 用碱性水解处理含脂肪酸废水会导致废水的p h 值出现波动，难以控制，使后续处 理工艺不易正常运行。 1 2 2 2 混凝处理 常用的混凝剂有铝盐、铁盐等，其中聚合硫酸铁混凝处理含脂肪酸废水效果 较好嘲。在聚合硫酸铁的合成中，加入任意比例的铝盐和一定比例的硅酸盐， 郑州大学硕十学位论文 含脂肪酸废水处理强化 以及少量的聚丙烯酰胺生成一种新混凝剂c p f a - - c s 。此复合无机高分子混凝剂 具有较宽的p h 值和温度适用范围，用它作为混凝剂处理含脂肪酸废水，c o d 。 和色度去除率分别可达7 5 和9 5 以上。 单纯的混凝处理存在一个明显的问题，就是屠宰厂排放的含脂肪酸废水中含 有大量的血水，难以除去，并且同时产生大量的污泥和废渣。所以如果在使用混 凝剂处理前，先对含脂类废水进行适当变性处理。再采用硫酸亚铁和氧化钙复合 混凝剂处理，c o d 。的去除率可达到9 0 7 “，有较好的处理效果，且此法简便、 高效，有较好的环境效益。但是该法处理的废水限于c o d 。的质量浓度小于 1 0 0 0 m g l 的废水。混凝法处理废水处理成本低，低温下具有较好的处理效果。此 法多用于处理浓度较低的废水，或作为高浓度废水预处理，以降低后续的生物处 理的负荷。 1 2 3 生物处理 1 2 3 1 好氧处理 ( 1 ) 活性污泥法 传统的活性污泥法c o d 。，去除率一般为8 0 左右，b o d 5 约为9 0 e l l 】，处理含 脂肪酸废水一般难以达到废水综合排放标准。主要原因是：第一、长碳链脂肪酸 ( l c f a ) 在水中溶解度很差。含酸废水酸化时，l c f a 会形成粘滞的难以过滤的沉 淀物，即使在相同p h 值的溶液中，滤液中仍含有极限溶解度所允许的粘质( l c f a 等) ，给水处理带来很大的困难。第二、传统活性污泥法中，大部分微生物对中 长碳链脂肪酸及油脂物质的直接分解能力低，对高浓度有机废水的抗冲击能力 差，并且容易产生污泥膨胀等问题。 采用序批式间歇活性污泥法( 简称s b r 法) 可大大突破这一界限。s b r 法用于 肉类加工废水处理，c o d 。去除率可达9 5 以上。在s b r 法的基础进行改进后出 现了二段s b r 法，其特点是系统设两段s b r 池串联，分别培养出适宜于不同有机 物的专性菌，从而使不同种类的有机物在不同的生化条件下都得到充分降解。该 法对水质水量的变化适应能力强，运行灵活，抗冲击能力强，出水的水质稳定， 易实现自动化控制“”。s b r 法处理含脂肪酸废水是一种较为经济有效的方法，但 由于肉类加工废水含有大量的油脂、血水，易产生油性泡沫而使污泥松散和指数 增高，易出现高粘性膨胀而导致污泥流失问题，且不可避免存在污泥上浮现象： 4 郑州大学硕上学位论文 含脂肪陵废水处理强化 另外该方法对油、s s 、色度的去除效果并不理想，必须辅以一定的前期预处理。 ( 2 ) 生物膜法 生物膜法具有水力条件好，抗冲击负荷强，生物浓度高的特点。在相同运行 条件下，生物膜系统处理效果优于活性污泥系统，其c o d e r 、b o d 5 和油脂去除率 分别可达9 7 、9 9 和8 2 “。出水水质可达废水综合排放二级标准，达到相同 的污染物去除率时，生物膜系统的运行管理更方便，且克服了活性污泥系统存在 的一些问题。例如，该方法不会存在污泥流失问题，且不存在污泥上浮现象。 目前国内含脂肪酸废水好氧生物处理系统多采用生物膜工艺，现有的生物膜 法工艺包括生物接触氧化、生物转盘和生物流化床等，其中生物接触氧化法应用 得最为广泛。高广蕾“”用二级好氧接触氧化工艺处理高浓度植物油脂废水，其对 c o d e r ( 进水1 2 0 0 r a g l ) 去除率达8 6 7 ，对b o d 5 ( 进水4 4 0 m g l ) 的去除率为9 6 4 。但生物膜法对脂类、s s 、色度的去除有限，也需要前期预处理。主要适用 于含脂肪酸废水水量不大、场地较小的情况。 1 2 3 2 厌氧生物处理 厌氧生物处理是一种低成本的废水处理技术，它又是把废水处理和能源回收 利用相结合的一种技术。其基本原理是”：利用厌氧水解菌和厌氧产甲烷菌的代 谢活动，将水中大分子有机污染物水解为小分子的醇类和有机酸，最终转化为甲 烷和二氧化碳。与好氧生物处理相比，其优点在于：应用范围广；能耗低； 负荷高；剩余污泥量少，且浓缩性、脱水性良好；对氮、磷营养需要量 较少。 但c i l l c 等人认为，仅仅当污水c o d c 脓度大于4 0 0 0 m g l 时，厌氧处理才比好 氧处理更加经济。厌氧生物处理法本身还存在不足：出水c o d o j 农度较高， 还需进行深度处理；厌氧微生物对有毒物质较为敏感；厌氧微生物增殖缓 慢，反应器初次启动时问较长，一般需要8 1 2 周。 含脂肪酸废水的有机物浓度较高，b o d 5 与c o d 。比值也较高，可采用厌氧处 理方法进行处理。多种厌氧处理工艺己经应用在含脂肪酸废水处理中例如：厌氧 接触工艺、u a s b ( u p f l o w a n a e r o b i cs l u d g eb e d ) i 艺、厌氧滤池和厌氧流化床等。 但实践证明，这类方法投资比较大，处理时间较长，处理效果也不够稳定。特别 是在北方地区，由于冬季气温较低，细菌繁殖速度较慢，处理效果较难符合要求， 5 郑州大学硕上学位论文 舍脂肪酸废水处理强化 限制了该方法的应用。 1 2 3 3 兼氧生物处理( 厌氧一好氧工艺) 目前采用这种方法处理含脂肪酸废水主要有两大类，即：厌氧一好氧工艺和 氧化塘处理系统。 ( 1 ) 厌氧一好氧工艺 废水的厌氧一好氧工艺顾名思义分为厌氧和好氧阶段，在每个阶段都由特定 种类的微生物来完成对有机污染物的代谢过程。常用的有水解酸化一生物吸附再 生工艺、常温 a s b 一射流曝气工艺、厌氧一接触氧化工艺等。 该工艺的优点是：出水水质好，污泥量较少；常温下处理效率高；能 耗较低、运行费用经济；污泥消化好、无二次污染等。缺点是：工艺流程较 长，构筑物较多，一次性投资较多；水力停留时间长，构筑物体积较大，占地 面积较大。 ( 2 ) 氧化塘处理系统 又名稳定塘。主要利用菌藻共生的作用处理含脂肪酸中的有机污染物。塘中 的异养型细菌消耗了水中的溶解氧，将屠宰废水中的有机污染物降解成c 0 2 和水； 而塘中藻类则利用太阳光能进行光合作用，以c 0 2 中的碳源合成其自身机体并释 放出氧气；当整个塘中因有机负荷较高而没有溶解氧时，则依靠厌氧菌的厌氧发 酵作用降解有机污染物。其构造简单、易于维护管理、污水净化效果好、节省能 源。用氧化塘组合方案流程处理含脂肪酸废水效果很好。 该方法具有较为突出的优点：可充分利用地形，节省投资：使污水净化 与利用相结合，实现污水资源化：处理成本低。其缺点是：处理效果受气候和 温度影响较大。 1 3 国内含脂肪酸废水处理工艺 李亚峰“”等采用混凝工艺对营口某屠宰厂废水进行实验。将聚合硫酸铁 ( p f s ) 与助凝剂( m z ) 配合使用，经动态实验证明，c o d 。的去除率在8 8 以上， 脱色率和s s 去除率达9 0 以上。出水中的c o d 。, b o d 5 ，s s 及色度等各项指标均 达到国家排放标准。 吴敦虎“7 1 等采用混凝工艺，将成本低廉的聚合氯化硫酸铝铁( p a f c s ) 和聚 合氯化硫酸铝( p a c s ) 作为混凝剂处理大连肉联厂屠宰加工废水。工艺流程如下： 6 郑州大学硕士学位论文 含脂肪酸废水处理强化 图卜l 大连肉联厂屠宰废水处理流程图 f i g i - 1f l o wc h a f to fm e a tf a c t o r y 、8s l a u g h t e rw a s t e w a t e ri nd a l i a n 原水c o d 。达1 5 0 0 2 0 0 0 m g l ，s s 达4 5 0 9 5 0 m g l 。一次混凝处理后，c o d 。 去除率在9 0 以上。经无烟煤一石英砂滤柱过滤二次处理，出水的p h ，s s ，c o d 。 均达到国家一级排放标准。 许闽明“”等采用水解酸化一生物吸附再生工艺处理肉类加工废水，针对屠宰 废水悬浮物量大，较易生物降解的特点，选用i ；i 处理与水解酸化一生物吸附再生 相结合处理系统。整套处理分为两部分，第一部分为前处理段。污水经自动格栅 除去水中的碎肉、骨屑、内脏杂物、未消化食料和粪便等固体悬浮物和漂浮物， 排入调节池。第二部分为水解酸化一吸附再生生化处理段。该工艺属于生化处理 中厌氧与好氧相结合的处理方法。 贺延龄“”采用预处理一u a s b 工艺处理福州市某油脂化工厂废水，u a s b 反应器 容积为2 m 3 ，反应温度3 0 3 5 c ，容积负荷达8 1 0 k g c o d e r ( m 3 d ) ，该工程对油脂 废水c o d 。去除率为8 5 9 5 。 卓奋。1 等采用水解酸化一序批式活性污泥法处理肉类加工废水。调节池水解 酸化段作为屠宰废水的前处理设施，主要利用水解酸化反应速度快、能够将屠宰 废水中血红蛋白等难降解的有机物转化为低分子有机酸的特点，提高了s b r 反应 池进水的可生化性，并可去除3 0 5 0 的有机物，降低后续s b r 反应池的有机负 荷，缩短s b r 反应时间。此外又能使s b r 反应池剩余活性污泥得到消化处理。调 节池同时起着水质水量调节、水解酸化和污泥处理三种作用。s b r 反应池采用限 制曝气方式，使池内底物的浓度梯度增大，在时间上形成较理想的推流状态，抑 7 郑州大学硕：t 学位论文含脂肪酸废水处理强化 制了污泥膨胀的产生。s b r 反应池的间歇运行过程，使缺氧与好氧状态交替出现， 也限制了专性好氧菌的过度繁殖，使污泥不易产生膨胀。 华学军乜1 1 等采用d a f - s b r 法处理肉类加工废水，试验采用溶气气浮法( 简称 d a f 法) 作为s b r 反应器进水的预处理，设计了溶气气浮一序批式活性污泥法 ( d a f - s b r 法) 的处理工艺，取得较好效果。溶气气浮除油后的污水进入s b r 反应器 中，每个运行周期控制在8 h 内，污泥沉降性能良好。 由国内含脂肪酸废水处理的实践可知，根据废水水质、水量和排放要求，考 虑厂区地形地势、自然气候条件及工程投资等条件，在废水处理工艺选择上，应 以提高处理效果为目的，尽量采用经济合理、技术先进的处理工艺。这种工艺往 往是几种单元的组合，经全面技术经济分析后确定 1 4 含脂肪酸废水处理面临的问题 目前，对于含脂肪酸废水处理存在的问题，主要体现在以下两个方面：污 泥常被漂浮的油脂包裹，从而引起污泥上浮和流失；长链脂肪酸( 特别是游离 脂肪酸) 有较强的毒性，常对微生物菌群引起抑制。这两个问题也是造成含脂类 废水处理系统不稳定的主要原因。 工业废水中的部分油、脂肪等脂类物质可以比较容易地以物理方法除去，例 如气浮、重力分离等。脂类一般在厌氧处理中降解很慢，因此需要相对长的保留 时闯，但它们在厌氧反应器( 或其它生物处理系统) 中，由于容易上浮而很难停 留较长时间。因此，上浮问题成为脂类物质破坏厌氧或好氧处理的严重问题。 在厌氧处理系统中，长链脂肪酸的降解是限速步骤，并且受产气量和c o d 。 去除率的限制。在处理以植物油为原料的脂类废水时，必须考虑到长链脂肪酸的 缓慢降解和毒性。 因此，克服l c f a 的抑制作用及污泥上浮和流失将是处理含脂肪酸废水的关 键。 1 5 混凝 1 5 1 混凝剂的分类 根据混凝剂的组成，一般将其分为无机混凝剂、有机混凝剂 1 5 1 2 无机混凝剂 郑州人学硕 学位论文 含脂肪酸废水处理强化 典型的无机混凝剂主要为无机混凝剂和无机高分子混凝剂两大类2 1 。 无机混凝剂一般指传统的铝、铁盐类化合物，包括硫酸铝、氯化铝、硫酸铁、 氯化铁等。在屠宰废水处理中，无机低分子混凝剂因为成本高、腐蚀性大以及在 某些场合净水效果还不理想等缺点，应用较少。 无机高分子混凝剂是在传统的铝盐和铁盐基础上开发出来的一类新型混凝 剂，因高效、对水质的适应性强、原料易得、无毒( 或低毒) 和廉价等优点在废水 处理中有较为广泛的应用。常用的有：聚合氯化铝( p a c ) ，聚合氯化铁( p f c ) ，聚 合硫酸铝( p a s ) ，聚合硫酸铁( p f s ) ，聚合硫酸铝铁( p a f s ) 等。就其化学成分而 言，一般都是铝盐和铁盐在水解过程中的中间产物与不同阴离子和负电将胶的聚 合体，即各种类型的羟基多核络合物或无机高分子化合物。实质上，就是利用羟 基化的有更高聚合度的聚铝、聚铁、聚硅及其复合聚合体的絮凝作用而达到净化 废水中有机胶体污染物的效果。 1 5 1 3 有机混凝剂 有机混凝剂同无机混凝剂相比，具有用量少，絮凝速度快，受盐类、p h 值及 温度影响小，生成污泥量少，且容易处理等优点，主要有合成有机高分子混凝剂 和天然有机高分子混凝剂。 合成有机高分子混凝剂主要以天然高分子产品改性为主，因其分子量大、分 子链官能团多等特点，絮凝效率较高。但此类混凝剂的价格偏高，且难以生物降 解，特别是其中存在一定量的残余单体，不可避免地带来了毒性，从而使其应用 受到了限制。 天然有机高分子混凝剂包括碳水化合物类( 多聚糖类、淀粉类和单宁) 、壳聚 糖和甲壳素类等，目前其产量约占高分子混凝剂总量的2 0 左右。由于具有原料 来源广泛、价格低廉、无毒、絮凝效率高、易于生物降解和对生态环境无不良影 响等优点，所以具有良好的应用前景。 1 5 2 混凝作用的机理 混凝的机理至今仍未完全清楚，因为它涉及很多因素，如水中杂质的成分和 浓度、水温、水的p h 值、碱度，以及混凝剂的性质和混凝条件等。目前研究表明， 在水处理过程中投加铝盐、铁盐絮凝剂后发生了金属离子的水解和聚合反应，以 其水解和聚合产物与水体颗粒或胶体污染物进行电中和脱稳、压缩双电层、吸附 9 郑州丈学硕上学位论文 含脂肪酸废水处理强化 架桥或粘附卷扫和沉淀物网捕等作用，而生成粗大絮凝体加以分离去除“。归 结起来，可以认为主要有以下四个方面的作用机理： 1 5 2 1 压缩双电层理论 该理论认为胶体颗粒间的相互作用力主要来自范德华引力和静电作用力，是 两者的综合。当水中含有与胶体电荷相反的电解质时，静电斥力减小，胶体颗粒 双电层中的扩散层被压缩，作用范围也随之减小：当水中电解质浓度增加到一定 浓度时，会有一部分动能较大的颗粒越过势垒，体系发生缓慢的凝聚作用：如继 续增加电解质的浓度，颗粒间的引力占主导优势，颗粒互相靠近，体系发生快速 凝聚絮凝作用。但是该理论忽略了水中反离子水解形态的专属化学吸附作用，认 为导致凝聚作用的主要是金属离子，如传统混凝剂中的a 1 “、f e ”。但实际中a 1 ”、 f e “单个离子的含量微乎其微，主要是依靠其生成的各种带j 下电荷的水解形态的 专属吸附作用。 1 5 2 2 吸附电中和理论 该理论的观点认为废水中的胶体颗粒发生混凝作用，除了静电作用力以外， 最重要的是胶体微粒与混凝剂水解产物之间存在的某种专属化学作用如：表面络 合、离子交换吸附、共价键合等等，使得形成的离子化合态吸附在胶体颗粒表面 并中和其负电荷，从而使胶体颗粒脱稳而随即发生絮凝作用。吸附电中和理论解 释了压缩双电层理论所不能解释的现象汹1 ，如：水解聚合形态可强烈地吸附在胶 体颗粒表面以致发生超量吸附，使颗粒电荷反号，当电位绝对值变得相当大( 电 位很负) 时，凝聚的胶体颗粒会发生复稳作用，因此具有十分重要的意义。 1 5 2 3 吸附架桥理论 该理论是在吸附电中和理论的基础j = 由l a m e r 等人睁删提出的，着重强调了 同种电荷的高分子絮凝剂对胶体颗粒产生的化学吸附架桥作用。其作用原理是： 伸展在溶液中的长链状聚合物分子的各活性基团可同时占据胶粒表面一个或多 个吸附位，或同时占据两个或更多个胶粒。通过这种“架桥”方式可以将废水中 的多个颗粒随意地束缚在聚合物分子链的活性基团上，从而形成桥链状的粗大絮 凝物。即使胶体颗粒自j 的静电斥力阻止其碰撞接触，但只要絮凝剂在质点表面的 环式和尾式吸附架桥所形成的桥链超过废水中胶粒问的有效排斥距离，就会产生 凝聚絮凝作用。也就是说，某些电荷同号的离子，甚至中性分子也可导致胶体颗 1 0 郑州人学硕士学位论文 含脂肪酸废水处理强化 粒体发生凝聚絮凝。因此，只有在混凝剂投加适量时，即废水中的胶体颗粒表面 部分被混凝剂完全覆盖，y j 能在颗粒问产生最有效的吸附架桥作用并获得最佳的 混凝效果。 1 5 2 4 卷扫絮凝理论 该理论是由1 9 6 5 年p a c k h a m 提出的金属凝聚剂的卷扫絮凝理论发展起来的。 当金属盐混凝剂，如铁盐、铝盐的剂量超过其溶度积时，就会产生金属氢氧化物 沉淀。由于初生成的絮状金属氢氧化物具有很大的表面积且仍带有一定的正电 荷，故具有一定的静电粘附能力，因此在沉淀物形成过程中胶体颗粒可以同时被 粘附卷扫一起迅速沉淀而除去。但能否产生快速卷扫沉淀作用主要取决于金属氢 氧化物的过饱和度和絮状沉淀的荷电状况等因素。 1 6 本实验选择的混凝剂及助凝剂 1 6 1 混凝剂 本实验所用混凝剂为聚合氯化铁( p f c ) ，聚合氯化铁( p f c ) 是在聚合氯化铝 的基础上发展起来的新型的具有多羟基氧桥化、高正电荷、高聚合的无机高分子 絮凝剂，与三氯化铁相比，它具有很好的电中和能力。”。 1 6 2 助凝剂 在胶体化学中，助凝的含义是颗粒的聚集，可以补充或代替颗粒与混凝剂直 接接触，其主要作用在于强化水解混凝剂水处理过程。在水处理实践中应用的助 凝剂，是无机或有机的高分子化合物。无机助凝剂广泛采用活性硅酸，有机助凝 剂是采用各种天然的和合成的高分子物质。 本实验选择的是有机高分子阴离子型聚丙烯酰胺( p a m ) 作为助凝剂。p a m 为p 线型聚合物，并由很多链节组成，每一链节为一个单体，各单体以共价键相 结合。在p a m 浓度不大、废水中污染物颗粒浓度较高时，p a m 的分子链可以在 废水中较大程度地伸展开，这时它可以同时吸附在两个或多个颗粒物表面上，就 像连接颗粒物之间的桥。p a m 依靠这种“架桥絮凝”作用使废水中的胶体颗粒发 生凝聚。对于含有机物浓度较高的屠宰废水，p f c 与p a m 联合使用可以明显降低出 水c o d a ，b o d 5 ，并具有脱色、除臭等效果。“。 1 7 本课题废水来源与主要研究内容 1 7 1 废水的来源 郑州大学硕十学位论文含脂肪酸废水处理强化 本课题废水来源于漯河双汇集团污水处理站废水，该污水处理站主要处理大 豆蛋白厂废水和屠宰厂废水。屠宰厂生产能力为日双班屠宰生猪8 0 0 0 头，主要产 品是猪分割肉及其副产品。废水主要来源于圈养、屠宰、分割、加工及冷藏，含 有较多的血污、毛皮、碎肉杂骨、废弃内脏、油脂、未消化的食物及粪便等污染 物。水量3 0 0 0 m 3 d ，水质：c o d c r 2 2 0 0 m g l ，b o d 59 0 0 m g l ，s s1 5 0 0 m g l ， 油脂 r d r a ，因此在各因素选定的范围 内影响混凝处理效果的各因素主次关系依次为：p f c 加入量、搅拌强度、搅拌时 间、沉降时间。 ( 2 ) 根据表2 4 中c o d a 去除率试验结果可以得出，当混凝处理条件组合为 a 3 b i c 3 d z 时，c o d 。去除率最高可达5 4 3 。即在本试验中，最佳混凝工艺条件 为：混凝剂加入量0 6 0 m l ，沉降时间2 0 m i n ，搅拌强度1 2 0 r r a i n ，搅拌时间9 0 s 。 表2 - 4 正交试验结果与极差分析 t a b 2 4o r t h o g o n a le x p e r i m e n tr e s u l ta n d a n a l y s i s n o abc d 出水c o d 。c o d , , 去除率 ( m g l ) ( ) l iiii2 6 5 44 3 2 2 ii ii i2 5 4 24 5 6 3ih ih i i 2 3 3 6 5 0 4 i iim2 2 2 95 2 3 5 i2 3 1 75 0 4 6 i i r i i 2 4 3 9 4 7 8 71 1 1ih i 2 1 3 5 5 4 3 8i l ii i i i i i2 3 0 4 5 0 7 1 9 郑州大学硕上学位论文 含脂肪酸废水处理强化 9l i ii2 2 7 l 5 1 4 k 14 6 34 9 94 7 24 8 3 l ( 25 0 24 8 94 9 74 9 2 b5 2 14 9 75 1 65 1 r5 81 04 42 7 2 2 2 4 试验结果验证 取不同批次的2 0 0 m l 废水四份，在混凝最佳试验条件下，加入0 6 m l 混凝剂 p f c ( 5 ) ，沉降时间2 0 m i n ，搅拌强度1 2 0 r m i n ，搅拌时问9 0 s ，做混凝效果验证 试验。测试结果见表2 5 表2 5 试验结果验证 t a b 2 - 5 t h er e s u l to f c o a g u l a t i o ne x p e r i m e n t s 原水出水c o d 油 c o d ( r a g l )油( r a g l )c o d ( m g l ) 油( r a g l ) 去除率( )去除率( ) 4 5 4 06 52 3 9 72 4 54 7 26 2 3 4 9 1 27 32 5 1 52 8 84 8 86 0 5 5 7 6 68 83 0 2 13 44 7 66 1 4 4 5 3 26 62 3 9 72 5 14 7 16 2 o 由表2 4 可以看出，在最佳混凝试验条件下， c o d 。、油去除率分别达到了 4 5 、6 0 以上。但从处理后水的c o d c r 值可以得知，处理后水尚未达到国家排放 标准。若想达到排放标准，仍需有效的后续处理。 2 3 本章小结 ( 1 ) 通过单因素试验确定p f c 的加药量、p a m ) b h 药量、搅拌强度、搅拌时 间、沉降时间等主要影响混凝效果的因素，并加以讨论，得出达到最大c o d 盯、 油去除率时的实验条件为：每2 0 0 1 1 1 l 废水，p f c ( 5 ) 加药量0 5 0 m l ；p a m ( o 1 ) 加入量0 8 i n l - 搅拌强度1 2 0 r m i m 搅拌时间9 0 s ；最佳沉降时间2 0 m i n 。 ( 2 ) 根据正交试验结果及极差分析，可得出影响混凝的主次关系为：p f c 加 入量、搅拌强度、搅拌时间、沉降时间。p f c 加入量0 6 m l ，沉降时白j 2 0 m i n ，搅 拌强度1 2 0 r m i n ，搅拌时间9 0 s ，为混凝最佳试验条件。 ( 3 ) 在最佳混凝试验条件下，对不同批次的废水，经试验结果验证，c o d 。、 油去除率可分别达4 5 、6 0 以上。 2 0 郑州大学硕+ 学位论文 含脂肪睃废水处理强化 第三章u a s b 工艺处理含脂肪酸废水的试验研究 3 1u a s b 反应器概述 3 1 1u a s b 反应器的发展 升流式厌氧污泥床( u a s b ) 反应器是荷兰学者l e t t i n g a 等人在2 0 世纪7 0 年 代初开发的。当时他们在研究用升流式厌氧滤池处理土豆加工和甲醇废水时注意 到大部分的净化作用和积累的大部分厌氧微生物均在滤池的下部。于是便在滤池 底部设置了一个气、固、液三相分离器，一种结构简单，处理效能很高的新型厌 氧反应器便诞生了。由于这种反应器机构简单，不用填料，没有悬浮物堵塞等问 题，因此一出现便立即引起了广大废水处理工作者的极大兴趣，并很快被广泛应 用于工业废水和生活污水的处理中。目前荷兰、德国、瑞典、比利时和美国等国 家投入运行的生产性试验取得较好的效果。至1 j 1 9 9 0 年9 月止，国外生产性规模的 u a s b 反应器总数已达n 2 0 5 个。我国从1 9 8 1 年开始u a s b 反应器的研究工作， u a s b 反应器在处理高浓度有机废水方面，已在我国得到了推广应用。 3 1 2u a s b 的结构与工作原理 如图3 1 所示u a s b 3 4 1 主要包括污泥床、悬浮污泥层、沉淀区和三相分离器 四个部分。u a s b 在运行过程中，废水一般以0 5 1 5 m h 的上升流速自反应器 的底部依次流经污泥床、悬浮污泥层至三相分离器和沉淀区。u a s b 的水力流型 呈推流式，进水与污泥床及悬浮污泥床中微生物充分混合接触并进行厌氧分解。 厌氧分解过程中产生的沼气在上升过程中将污泥颗粒托起；由于大量气泡的产 生，即使在较低的有机和水力负荷条件下，污泥床也发生明显的搅拌作用( 微小 的沼气气泡在上升过程中互相结合而逐渐变成较大的气泡，将颗粒污泥向反应器 的上部顶拖。最后由于气泡的破裂，绝大部分颗粒污泥又返回到污泥床区) 变得 日益剧烈，从而降低了污泥中夹带气泡的阻力，气体便从污泥中突发性的逸出， 引起污泥床表面呈沸腾或流化状态。反应器中沉淀性能较差的絮体状污泥则在气 体的搅拌作用下，在反应器上部形成污泥悬浮层。沉淀性能好的颗粒状污泥则处 于反应器的下部形成高浓度的污泥床。随着水流的上升流速，气、水、泥三相混 合液( 消化液) 上升至三相分离器中，气体遇到反射板或挡板后折向集气室而被有 效的分离排出；污泥和水进入上部的沉淀区，在重力的作用下泥水发生分离。由 于三相分离器的作用，使得反应器混合液中的污泥有一个良好的沉淀、分离和再 2 l 郑州大学硕十学位论文 含脂晰睃废水处理强化 絮凝的环境，有利于提高污泥的沉降性能。在一定的水力负荷条件下，绝大部分 污泥能保持很高的污泥龄，使得反应器中有足够的污泥量。 图3 - 1u a s b 反应器的基本构造 f i g3 1t h eb a s i cs t r u c t u r eo f u a s br e a c t o r 3 1 3u a s b 反应器的特点 升流式厌氧污泥反应器( u a s b ) 的特点可归纳为： ( 1 ) u a s b 反应器结构紧凑，集生物反应与沉淀于一体。污水经配水系统从 反应器底部进入，通过反应区经气、固、液三相分离器后，进入沉淀区。沼气由 集气排气系统引出，污泥在沉淀区沉淀后自动返回反应区，剩余污泥经排泥系统 引出，沉淀出水经出水系统排出，不能沉降的浮渣则经浮渣清除系统排出。 ( 2 ) 升流式厌氧污泥反应器的最大特点是能在反应器内形成颗粒污泥，使反 应器内平均污泥浓度达到3 0 4 0 9 l ，底部污泥浓度可高达6 0 8 0 9 l 颗粒污泥的 粒径一般为1 2 m m ，相对密度为1 0 4 1 0 8 ，比水略重，具有良好的沉降性能 和降解水中有机物的活性。 ( 3 ) u a s b 反应器具有很高的容积负荷，一般为