活性污泥_化学混凝与化学混凝工艺比较.pdf

第 卷 第 期 中国矿业大学学报 年 月 收稿日期 基金项目 江苏高校优势学科建设工程项目 南京林业大学科技创新项目 通信作者 张文妍 女 安徽省芜湖市人 讲师 博士研究生 从事木材行业废水处理方面的研究 活性污泥 化学混凝与化学混凝工艺比较 张文妍 孙盼华 南京林业大学 木材工业学院 江苏 南京 摘要 在传统混凝烧杯实验的基础上 将实验室培养的活性污泥与化学混凝剂先后加入中纤板 废水 并联合曝气和机械搅拌的方式 以期通过活性污泥的吸附絮凝作用 提高混凝效果 将新工 艺与传统化学混凝工艺进行比较 结果表明 两种工艺对于悬浮固体 的去除效率均能达到 以上 但新工艺对于化学需氧量 和溶解性化学需氧量 的去除率分别比传统 化学混凝工艺高 和 当废水含量突然下降时 新工艺抗负荷冲击能力比传统化学混凝 法高 能确保出水水质不大幅下降 新工艺出水 电位的绝对值比传统化学混凝的高 但仍在 实现最佳混凝效果的范围内 新工艺对中纤板废水中小粒径颗粒物的去除效果比传统化学混凝 工艺好 在新工艺产生的絮体中 污泥将氢氧化铝晶粒和捕获的颗粒物之间的孔隙填充 并将其 包裹起来 使得絮体更加致密 关键词 中纤板废水 预处理 活性污泥 化学混凝 中图分类号 文献标志码 文章编号 第 期 张文妍等 活性污泥 化学混凝与化学混凝工艺比较 中密度纤维板 简称中纤板 是以植物纤维为 原料 经过削片 纤维分离 施加胶黏剂及其它添加 剂 铺装成型 在热压条件下制成密度为 的人造板材 中纤板因其质地细密 结构均匀 力学性能好 以及加工性能优异等特点 被广泛用于强化木地板基材 家具制造 室内装修 车船的内部装修 音箱制作及礼品包装等 自问 世以来得到迅速发展 特别是上世纪九十年代以 来 中纤板在世界范围内迅猛发展 其发展速度远 远超过其它各类人造板 目前中纤板生产主要采用干法工艺 废水主 要来源于木片水洗和热磨时的木塞螺旋挤出水 另有 少 量 来 自 调 胶 车 间 的 清 洗 和 地 面 冲 洗 水 废水主要含有大量泥砂 木渣等悬浮物和 半纤维素 纤维素 木质素 果胶 树脂类化合物 等有机物 表现为悬浮固体 含量高且颗 粒细 化学需氧量 含量高 色度高 可生化 性差 并有较强的生物毒性 属于较难处理的 工业废水 从文献 来看 在生化处理之前 进行预处理 最大限度地去除悬浮物 难降解的 有机物和生物毒性物质 对后续生化处理单元的 正常运行非常必要和关键 在现行的中纤板废水 预处理工艺中 应 用 最 广 泛 的 是 传 统 的 化 学 混 凝 其工艺成熟 操作简便 对悬浮物的去除效果 较好 但对小粒径的溶解性有机物的去除效果欠 佳 对 水 质 波 动 承 受 力 较 差 而 中 纤 板 废 水 中 的组成以小颗粒的溶解性 即 为主 且废水水质水量随生产周期变化较大 因 此 用传统化学混凝工艺预处理中纤板废水 会 导致后续生化 处 理 单 元 负 荷 高 处 理 效 率 不 稳 定 最终出水难以达标等问题 活性污泥具有巨大的表面积和吸附位点 对重 金属和难降解有机物等均有很好的吸附效果 且来源广 成本低 本文针对干法中纤板废水的特 点 提出了活性污泥 化学混凝新工艺 即在传统化 学混凝过程中添加了活性污泥作为吸附絮凝剂 以 期达到增强对废水中小粒径颗粒物的絮凝效果 缓 冲水质水量波动的目的 并以实际干法中纤板废水 为研究对象 采用烧杯实验 平行比较新工艺和传 统工艺之间的差异 实验材料与方法 实验材料 废水来源及水质 实验用水取自江苏某木业公司干法中纤板生 产线废水 主 要水 质 指 标 为 为 的质量浓度分别为 生化需氧量与化学需氧 量的数值比 为 活性污泥 考虑到研究过程中活性污泥样品性质与成分 的相对稳定 本文以实验室序列间歇式活性污泥法 反应器培养的好氧活性污泥为研究对象 反应器有效容积为 运行周期为 其 中进水 曝气 沉淀 滗水 采用增氧泵将反应过程中的溶解氧 控制在 反应器中悬浮固体 的质 量浓度为 左右 通过每天排 混合 污泥来控制系统的泥龄为 实验方法与步骤 化学混凝剂采用聚合氯化铝 使用前配 制成 溶液 活性污泥取自实验室 反应器 使用前用蒸馏水洗涤 次 离心 取沉淀污泥使用 根据前期实验 投加量取 活性污泥投 加量取 实验方法为烧杯实验 其具体操 作步骤分别为 活性污泥 化学混凝工艺 在中纤板废水中 先投加活性污泥 曝气搅拌 进行吸附絮凝 曝气强度为 再投加 快速搅拌 再以 慢速搅拌 沉淀 后取上清液测各水质指标 传统化学混凝工艺 在中纤板废水中投加 先以 快速搅拌 再以 慢速搅拌 沉淀 后取上清液 测各水质指标 检测指标与分析方法 实验中主要检测指标与分析方法 重量法 快速消解分光光度法 中速定量滤纸过滤后测 主要仪器 金坛荣华 六联电动搅拌器 上海澜锐 消解仪 上海精密 可见 光 分 光 光 度 计 英 国 纳 米 粒 度 及 电位分析仪 荷兰 扫描电镜 结果与讨论 处理效果的比较 用两种工艺分别对同一中纤板废水进行处理 对各指标分别的处理效果见图 中 国 矿 业 大 学 学 报 第 卷 图 两种工艺处理效果的比较 从图 可以看出 对于 的去除率 两种工艺 均为 以上 而活性污泥 化学混凝工艺对 的去除率为 比传统的化学混凝工艺高 出 对于 的去除 也显示出了相似的规 律 新工艺对 的去除率比传统化学混凝工 艺高出 这反应了污泥的加入对有机物的吸 附絮凝作用 进一步说明污泥对溶解性有机物的吸 附作用强化了新工艺对有机物的去除 对目前的中 纤板废水的处理工艺 经生化处理后的出水 容易 超标的指标是 因此 活性污泥 化学混凝工 艺对废水中有机物去除率的提高十分有利 可以在 不增加化学混凝剂投加量的前提下 减轻后续生化 处理的负荷 使最终出水 更容易达标 抗冲击负荷能力的比较 化学混凝工艺的最佳混凝剂投加量与水质水 量密切相关 混凝剂投加量过少会导致出水效果变 差 而高分子混凝剂的过量投加也会导致架桥作用 所必须的粒子表面吸附活性点少 使架桥困难 同 时胶粒表面会带上相反的电荷 使刚脱稳的胶体又 重新获得稳定 因此 水质水量的波动会带来投加 量的变动 增大了混凝阶段的操作难度 本实验保 持 和污泥的投加量不变 投加量为 污 泥 投 加 量 为 考 察 中 纤 板 废 水 在 为 的质量浓度 相应的 在 在 之间波动时 传统化学混凝和活性污泥 化学 混 凝 工 艺 两 种 工 艺 对 废 水 中 和 去除效率的变化结果见表 表 两种工艺的抗冲击负荷能力比较 化学混凝工艺去除率 活性污泥 化学混凝工艺去除率 从表 看出 对于 的去除 两种工艺在 为 内有最佳 的 处理 效 果 去除率达到 以上 说明在最佳投加量时 两种 方法对 的去除均能达到满意的效果 当原水 未处理的中纤板废水 中 为 时 活 性污泥 化学混凝工艺和化学混凝工艺对 的去 除率分别下降为 和 这主要是因 为当 投加过量时 不仅不能提高混凝效果 反 而因为架桥困难和带上反向电荷等原因导致本来 已脱稳的颗粒重新稳定 但新工艺中 去除率下 降趋势不如化学混凝明显 这可能是当原水中 含量较低时 污泥的絮凝能力得到体现 污泥通过 桥联作用 去除了一部分悬浮物和胶粒 弥补 了 过量投加而导致的混凝能力的下降 当原 水 为 时 新工艺和化学混凝工艺对 的去除率分别下降为 和 新工 艺中 去除率的下降趋势却比化学混凝明显 这 一方面是当废水中 含量较高 混凝剂投加量不 足 导致混凝不充分 另一方面 加入的污泥对高含 量 的絮凝作用有限 且本身还会释放细小絮 体 进一步加重了化学混凝的负担 因此 新工艺能 有效缓冲废水中 含量突然下降带来的冲击负 荷 但当废水中 含量突然上升时 污泥的加入 反而会增加出水中 含量 对于 的 去 除 化 学 混 凝 工 艺 在 原 水 为 内均维持在 左右 当 原水 下降至 时 化学混凝工艺的 去除率迅速下降至 当原水 升高至 时 化学混凝工艺的 去除率 略下降至 原因主要是当 含量较低 时 的过量投加导致电解质的反离子进入胶 粒的紧密层 使胶粒重新带电 水中颗粒重新处于 稳定的分散状态 活性污泥 化学混凝工艺的 去除率随 含量的升高呈缓慢下降趋势 由 下降至 且在任何原水 含 量下 新工艺对 的去除率均高于化学混凝 法 这体现了污泥的加入对废水中小粒径有机物的 吸附作用 有效地弥补了 过量的负面效应 所 第 期 张文妍等 活性污泥 化学混凝与化学混凝工艺比较 以在废水含量较低时 污泥的这种弥补和缓冲作用 更加明显 两种工艺对废水中 的去除规律 与 类似 即在原水 较低时 污泥的 加入对 过量投加的负面效应有很好的弥补作 用 当原水 为 时 化学混凝对于 的 去 除 率 仅 出 水 为 几 乎 没 有 什 么 去 除 率 而 新 工 艺 对 的去除率却高达 出水 仅 为 在原水 较高时 两种方法 对 的去除率均在 综合以上分析可知 在保持运行条件和 污泥投加量不变的情况下 当废水含量突然增加 时 活性污泥 化学混凝工艺抗 冲击的能力不如 化学混凝工艺 抗 和 冲击的能力与化 学混凝相差不大 当废水含量突然下降时 活性污 泥 化学混凝工艺与化学混凝法相比有绝对优势 对 和 尤其是对 和 均 有明显的缓冲能力 能确保出水水质不大幅下降 原因主要是混凝剂的过量投加使本来已脱稳的颗 粒重新稳定 且这种影响对小粒径 溶解态的有机 物 如 影响更大 而污泥对小分子有 机物的吸附作用恰恰弥补了这一负面影响 出水中颗粒物的稳定性比较 处理后出水中颗粒物的稳定性决定了颗粒沉 淀的难易程度 稳定的颗粒物粒径较小 比表面积 大从而表面能很大 有自发相互聚集的倾向 但由 于颗粒表面同性电荷的斥力作用 这种自发聚集不 能发生 如果颗粒表面电荷降低 小颗粒便可互相 聚集成大颗粒 易于沉淀后去除 本文测定了原 水 化学混凝和活性污泥 化学混凝工艺处理后的 上清液的 电 位 值 分 别 为 以考察出水中颗粒物的稳定性 从以上可以看出 化学混凝工艺出水的 电位更接近等电点 这主要是 中的阳离子中 和了胶粒所带负电荷 压缩了双电层 使胶粒所带 负电荷减少 胶体脱稳后易于聚集成大颗粒沉淀 活性污泥 化学混凝工艺出水的 电位介于原 水和 混凝出水之间 一方面是因为工艺中有 对双电层的压缩和对负电荷的中和作用 使 胶粒的负电荷减少 另一方面也由于带负电荷污泥 的加入 使总的负电荷有所上升 虽然活性污泥 化 学混凝工艺出水的 电位比化学混凝工艺出水 距离等电点更远 但该工艺仍能达到较好的 去 除效果 这主要是 电位达到等电点和实现最 佳混凝效果并不完全等同 文献 研究表明 电位在 之间可以实现最佳的混 凝效果 并非 电位为零时混凝效果最好 活性 污泥 化学 混 凝 工 艺出水 的 电 位 为 正好在能实现最佳混凝效果的范围内 所以 也能达到很好的 去除效果 出水中颗粒物的粒径分布比较 本文分别测定了原水与两种工艺处理后的上 清液中的颗粒物粒径分布情况 以考察两种工艺 对原水中不同粒径的颗粒物去除情况 结果见图 图 两种工艺进出水中的颗粒物粒径分布 从图 可以看出 化学混凝工艺对中纤板废水 中 以上颗粒的去除效果较好 出水中的颗粒 物粒径较小且较集中 活性污泥 化学混凝工艺出 水的粒度分布曲线较之于原水 更易向大粒径方向 偏移 说明该工艺对废水中小粒径颗粒物的去除效 果更好 出水中小粒径颗粒物占的比重更少 也进 一步证明了在生物的协同絮凝作用下 小颗粒容易 聚集成较大颗粒 絮体的微观结构比较 为分析两种工艺所得絮体的微观结构 用扫描 电镜对其进行观察 如图 所示 图 两种工艺絮体的电镜照片 图 显示 两种絮体均为形状不规则的疏松 体 但它们之间仍有显著的差别 化学混凝的絮体 中充满许多细小晶粒 主要是 水解后产生的 氢氧化铝晶体 这些晶体吸附着许多絮状物形成无 定形结构 活性污泥 化学混凝的絮体中 污泥 中 国 矿 业 大 学 学 报 第 卷 将氢氧化铝晶粒和捕获的颗粒物之间的孔隙填充 并将其包裹起来 使得絮体更加致密 同时污泥的 存在使得该絮体更容易吸附小粒径的溶解性有机 物 这可能是活性污泥 化学混凝工艺对 和 处理效果更好的原因 结 论 用活性污泥 化学混凝工艺和传统化学混 凝工艺分别对中纤板废水进行处理 两种工艺对于 的去除效率差不多 均为 以上 但新工艺 对 和 的去除效率分别比传统化学混 凝工艺高出 和 在保持运行条件不变的情况下 当中纤板 废水含量突然增加时 活性污泥 化学混凝工艺抗 冲击的能力不如传统化学混凝法 抗 和 冲击的能力与传统化学混凝法相差不大 当 中纤板废水含量突然下降时 新工艺与传统化学混 凝工艺相比有绝对优势 其对 和 尤其是对 和 均有明显的缓冲能力 能确保出水水质不大幅下降 传统化学混凝工艺出水的 电位更接 近等电点 但活性污泥 化学混凝工艺出水的 电位也在实现最佳混凝效果的范围内 因此两种工 艺均能达到较好的 去除效果 活性污泥 化学混凝工艺对中纤板废水中 小粒径颗粒物的去除效果更好 出水中小粒径颗粒 物占的比重更少 两种工艺产生的絮体均为形状不规则的疏 松体 传统化学混凝工艺产生的絮体中充满着许多 细小氢氧化铝晶粒 而活性污泥 化学