PACT工艺处理PAM生产废水的实验研究

1、第4卷 第4期2010年4月环境工程学报Vol.4,No.4Apr.2010PACT工艺处理PAM生产废水的实验研究周晓霞 孙亚兵 李 署 冯景伟 朱洪标 邹 婷 付玉玲*(南京大学环境学院,污染控制与资源化研究国家重点实验室,南京210093)摘 要 采用粉末活性炭活性污泥工艺(PACT)处理经凹凸棒土预处理后的聚丙烯酰胺(PAM)生产废水。实验考察了粉末活性炭(PAC)的投加对活性污泥处理系统的影响,并探讨了PAC投加量、曝气时间、水力停留时间等参数对降解反应的影响。结果表明:PAC的投加能提高水中溶解氧的利用率,改善污泥沉降性能,增强活性污泥系统对有机物的去除效果;在PAC投加量500m

2、g/L、曝气10h的条件下,PACT工艺对PAM生产废水的处理效果良好,COD的去除率为80 8%,BOD5去除率为83 8%,丙烯酰胺(AM)去除率为84 2%。关键词 PACT工艺 PAM生产废水 粉末活性炭 丙烯酰胺中图分类号 X703 1 文献标识码 A 文章编号 1673 9108(2010)04 0817 05TreatmentofpolyacrylamidewastewaterbypowderactivatedcarbontreatmentprocessZhouXiaoxia SunYabing LiShu FengJingwei ZhuHongbiao ZouTing FuYu

3、ling(StateKeyLaboratoryofPollutionControlandResourceReuse,SchooloftheEnvironment,NanjingUniversity,Nanjing210093,China)Abstract Powderactivatedcarbontreatment(PACT)processwasusedtotreatpolyacrylamidewastewaterpretreatedbyattapulgite.Theeffectofpowderactivatedcarbon(PAC)additiononactivatedsludgesyste

4、mwasinvestigated,atthesametime,theinfluenceofPACadditionamoun,taerationtimeandhydraulicretentiontime(HRT)ontheremovalrateofpollutantswerealsodiscussed.TheexperimentalresultsshowedthattheaddingofPACcouldincreaseDOutilizationefficiency,improvesludgesettlingpropertyandenhancetheremovalefficiencyoforgan

5、icmatter.WhentheadditionamountofPACwas500mg/Landaerationtimewas10h,theremovalratesofCOD,BOD5andAMwere80 8%,83 8%and84 2%,respectively.Keywords PACTprocess;polyacrylamidewastewater;powderedactivatedcarbon;acrylamide聚丙烯酰胺(polyacrylamide,简称PAM)是丙烯酰胺(C2H5NO,acrylamide,简称AM)及其衍生的均聚物和共聚物的统称,工业上凡含50%以上AM单体

6、的聚合物都泛称聚丙烯酰胺。PAM主要应用于采油、水处理、造纸、选矿等领域,是重要的絮凝剂、1助滤剂、表面活性剂等,享有 百业助剂 之称。2002年我国PAM的生产能力和产量分别为2044!10t/a和13!10t/a,2006年生产能力和产量分442别增加到50!10t/a和32!10t/a。随着我国PAM产量的迅速增加,PAM生产过程中产生的废水量也不断增大,PAM生产废水的处理成为迫切需要解决的难题。PAM生产废水中含有较高浓度的PAM和AM污染物。PAM基本无毒,但当溶液中PAM的含量超过100mg/L,水溶液会变得非常粘3稠,在生物法中不易被微生物降解利用。而AM是高毒性的AA类致癌物

7、质(IACR,1993),容易通过皮肤和粘膜被人体吸收积累,引起神经系统的损害,IA的安全接触量是0 03mg/m,WHO对饮用水中丙1烯酰胺限量的推荐值为0 0005mg/L。目前对油田开采废水中或土壤中聚丙烯酰胺(HPAM)的降解49研究较多,但对高浓度的PAM生产废水的研究10较少。因此,积极开展PAM生产废水的综合处理具有十分重要的现实意义。本文以粉末活性炭活性污泥(PACT)工艺降解PAM生产废水,确定PACT工艺降解PAM生产废水的实验室最佳工艺参数,为实际工程应用提供理论依据。PACT工艺(powderactivatedcarbontreatmentprocess)是指在活性污泥

8、中加入粉末活性炭(PAC)的一种污水处理方法,工艺流程如图1所示。该工基金项目:水处理与水环境修复教育部工程研究中心开放课题基金项目(WTWER0709)收稿日期:2009-04-07;修订日期:2009-06-30作者简介:周晓霞(1985),女,硕士研究生,主要从事废水污染净化研究工作。E mai:lzhouxiaoxia260ml3818环境工程学报第4卷艺由杜邦公司(DuPont)开发并于1972年申请专利。PACT工艺由于在经济和处理效率方面的优势,目前已广泛应用于印染、化工、焦化、炼油、制药11废水的处理。图2 实验反应器示意图Fig 2 Schematicdiagramofexp

9、erimentalreactor降解丙烯酰胺(AM)的污泥培养驯化方法相同。图1 PACT工艺流程图1.4.2 PAC吸附DO实验Fig 1 ProcessflowdiagramofPACT在一个250mL的试剂瓶中注入近似于饱和的蒸馏水,定量投入不同浓度的PAC(过100目筛),把YSIModel52型溶解氧测定仪的探头插入瓶内,1 实验部分16在瓶内呈密封状态下测定溶解氧。实验水温201 1 实验材料#;密封时间为2h。PAM生产废水取自安徽某精细化工有限公司。1.4.3 污泥沉降性能对比实验实验用废水是经凹凸棒土吸附预处理之后的PAM在污泥混合液中加入一定量PAC,使混合液中生产废水,其

10、水质指标如下:pH6 5,TN20mg/L,PAC浓度分别为0、150和450mg/L。在污泥沉降BOD5380mg/L,COD1100mg/L,AM600mg/L,柱中观察3种混合液界面高度随时间的变化。PAM40mg/L。由上可知,实验用水中PAM的浓度1.4.4 有机物降解性能对比实验较低,在生物降解反应过程中,PAM将先被降解为在3个相同模型中分别投加粉末活性炭AM单体再进行进一步的反应,故实验中最主要的(PAC)、活性污泥(AS)、粉末活性炭和活性污泥特征污染物是AM。(PAC+AS),做三者对有机物降解的对比实验。实粉末活性炭粒径为0 0750 15mm。验在图2的反应器中进行,严

11、格控制曝气、取样等因1 2 实验装置与参数素,使三者实验条件相同。该实验用水为经稀释的实验中PACT反应器如图2所示。反应器为有PAM生产废水原水,稀释后进水中COD浓度为500机玻璃构成的圆柱,有效容积10L,6个取样口。设mg/L。12计的基本参数采用污泥负荷法确定如下:供气量2 结果与分析13 9L/min,污泥浓度2 5g/L,污泥负荷0 3kgBOD5/(kgMLSSd),反应温度2030#。2 1 PAC的投加对活性污泥处理系统的影响1 3 分析项目和方法活性炭比表面积大,微孔结构发达,具有物理吸COD:采用重铬酸钾法;BOD5:采用BOD 220A附和化学吸附双重特性,可以有选择

12、地吸附气相、液快速测定仪;pH值:玻璃电极法;DO:采用YSIMod 相中的各种物质。实验考察了PAC的投加对活性el52型溶解氧测定仪;AM:紫外分光光度法在198污泥处理系统中溶解氧、污泥沉降、有机物去除的1314nm处测定;PAM:淀粉 碘化镉分光光度法。影响。1 4 实验方法2.1.1 PAC的投加对水中溶解氧(DO)的影响1.4.1 活性污泥培养和驯化DO是活性污泥处理系统中的一个重要参数。污泥取自南京市某污水处理厂一级生化池,空从图3可知,PAC可以从扩散的空气和废水中吸附曝气3d后静置12h,排出上层清水,开始进行污泥氧,增强氧的转移;而当介质内的DO被微生物消耗第4期周晓霞等:

13、PACT工艺处理PAM生产废水的实验研究819器的作用(如PAC投加量为1g/L,反应2h后,水中DO浓度下降了1 22 4mg/L,则PAC吸附DO的量为1 22 4mgDO/gPAC,故其贮存容量相当于每立方米溶液中约有12002400mg的DO),有利于活性污泥处理系统降解污染物。图3 PAC投加量对水中DO的影响Fig 3 EffectofPACdosagesonDOconcentrationinaqueoussolution2.1.2 PAC的投加对污泥沉降性能的影响污泥沉降性能直接影响活性污泥系统的固液分离效果,是活性污泥系统的一个关键因素。实验中初始混合液的污泥体积指数SVI为1

14、57mL/g。由图4可知:随着PAC投加量的增加,相应混合液的SVI降低,沉降速度逐步提高。当混合液中投加PAC浓度为150mg/L时,SVI可降为126mL/g;当混合液中投加PAC浓度为450mg/L时,SVI降至107mL/g。2.1.3 PAC的投加对有机物去除的影响由表1可知:粉末活性炭(PAC)、活性污泥(AS)和粉末活性炭 活性污泥(PAC AS)混合系统17的反应近似满足一级反应动力学方程,三者的反应动力学常数分别为0 0009、0 002和0 0027(以e-1为底,单位为d)。(PAC+AS)系统的K值分别是(AS)和(PAC)系统的1.35倍和3倍。显然,(PAC+AS)

15、系统优于单独的(PAC)和(AS)系统。从图5可知,(PAC+AS)系统中COD去除率明显高于(PAC)和(AS)系统,证明PAC的投加能明显提高活性污泥处理系统对有机物的去除率。表1 AM一级降解反应动力学方程Table1 First orderdynamicsmodelofAM混合体系PACASPAC+AS动力学方程ln(S0/S)=0.0009tln(S0/S)=0.0020tln(S0/S)=0.0027tkd(d-1)0.00090.00200.0027相关系数R20.97730.99520.99582 2 PAC投加量对PACT工艺处理效果的影响该实验用水为经稀释的PAM生产废水原

16、水,稀释后进水中COD浓度为500mg/L。实验结果见图6。在反应开始的4h内,PAC的投加能增强活性污泥系统对COD的去除效果。但是,随着曝气时间的延长,投加PAC的活性污泥系统中COD的去除率增长趋势变缓。这是因为在反应前期污染物质被投加的PAC吸附去除,随着活性污泥与PAC的不断接触,最终吸附在PAC上的污染物逐渐被解吸出来,使得混合液中污染物浓度下降趋势变缓。不同的PAC投加量对最终的COD去除效率有一定影响。由图6可知,虽然随着PAC投加量的增加,PACT工艺对COD的最终处理效率会提高,但是提高速率下降,同时成本会增加,因此从处理效率和经济性方面考虑,选择最适PAC投加量为500m

17、g/L。820环境工程学报第4卷图6 PAC投加量对出水COD浓度的影响Fig 6 EffectofPACdosagesonoutflowCODconcentrations2 3 水力停留时间对PACT工艺处理效果的影响考察不同水力停留时间(HRT)对PACT工艺的影响。实验结果见表2。表2 水力停留时间对出水COD和AM的影响Table2 EffectofHRTonoutflowCODandAMHRT(h)1015202530COD去除率(%)8080.580.88181.1AM去除率(%)8585.685.786.186.2从表2可以看出,COD和AM的去除率仅随水力停留时间的增加而略有上

18、升,这反映了PACT反应器具有良好的抗冲击负荷能力。在水利停留时间为10h时,COD去除率为80%,AM去除率为85%,说明污泥的活性较好、降解能力较强。综上所述,从污染物降解和经济性方面考虑,水利停留时间以10h为宜。2 4 PACT工艺降解PAM生产废水的实验效果在反应器中,PAC投加量为500mg/L,曝气时间为10h,每隔1h测定水中的COD、BOD5、AM、pH,每隔20min测定水中的DO。实验结果见图7图9。从图7可以看出,COD、BOD5的降解趋势基本相同。反应开始后的6h,COD、BOD5降解迅速。在曝气时间达到8h时,COD、BOD5的降解动力趋近于零。此时COD从进水时的

19、1100mg/L下降到210 9mg/L,去除率为80 8%;BOD5从进水的380mg/L下降到61 5mg/L,去除率为83 8%。这一方面反应了活性污泥的生物降解能力很强,另一方面说明污水中的难生物降解物质含量较高。从图8可知,在开始曝气的2h内AM浓度变化PAM,在微生物的降解过程中PAM也得到一定程度的降解,PAM的高分子聚合链断裂,生成了单体AM,使得AM浓度下降趋势缓慢。在反应中期,AM的降解十分剧烈,浓度快速降低。反应10h后,AM图9 DO变化图Fig 9 ChangeofDOconcentrations第4期周晓霞等:PACT工艺处理PAM生产废水的实验研究821的浓度从进

20、水的600mg/L下降到95mg/L,去除率为84.2%,这主要是由于活性炭的吸附作用提供给了微生物足够的氧气,使得微生物的活性得以加强,从而使AM浓度不断降低。图9中DO变化曲线和图7中COD、BOD5变化曲线有所不同。在图9中当DO在反应开始的80min内快速下降时,图7中COD、BOD5浓度缓慢降低,而2h后COD、BOD5快速降低阶段,DO却是逐渐增大。这主要是因为PAC对DO的吸附解吸以及反应前期微生物对PAM的降解。在图3中前80min内,PAC对DO的吸附作用强烈,使水中的DO快速下降。而从图8可知,在反应的前2h内,微生物主要降解PAM,PAM聚合体分解成单体AM,AM浓度几乎

21、不变,故在这一过程中COD、BOD5浓度下降缓慢;2h后,AM降解反应加剧,水中COD、BOD5也随之快速下降。此时,水中DO浓度较低,PAC吸附的DO开始解吸释放出来,在充分曝气供氧的情况下,水中DO浓度逐渐增大。如图9所示,在反应过程中,DO浓度最低为5.28mg/L,DO浓度最高为6.85mg/L。DO浓度趋于稳定的时间在500min左右,与图7、图8所反映的稳定时间基本一致。参考文献1方道斌,郭睿威,哈润华,等.丙烯酰胺聚合物.北京:化学工业出版社,20062王艳辉.PAM市场诱惑:肥水岂流外人田.石油石化物资采购,2008,(5):52533李署,孙亚兵,冯景伟,等.天然Na基膨润土

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