雙項(xiàng)預(yù)處理+CASS工藝處理船舶廢水研究

梁偉夏

（廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院石油與化學(xué)工程系，廣西 南寧 530001）

隨著中國(guó)-東盟自貿(mào)區(qū)建設(shè)的深入推進(jìn)與北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)的快速發(fā)展，廣西北部灣港近年發(fā)展勢(shì)頭迅猛。北海、欽州、防城港3個(gè)港域分別完成貨物吞吐量 718.61 萬 t、2239.32 萬 t、4051.21 萬 t。隨之而來的船舶廢水問題也嚴(yán)重威脅港口海洋生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展[1]。

隨著船舶廢水處理及排放標(biāo)準(zhǔn)不斷修訂，各地區(qū)相應(yīng)制定了許多地方性排污法規(guī)，大大提高了船舶廢水的處理及排放要求，船舶廢水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和處理效果都面臨著新的挑戰(zhàn)[2]。目前，對(duì)船舶廢水的處理主要有在船處理和岸上處理兩種方式。對(duì)于在船處理方式，一方面受到處理能力的限制，另一方面，其主要采用油水分離技術(shù)，僅對(duì)浮油和分散油有較好的處理效果，而對(duì)油粒＜ 20μm的乳化油和溶解油的去除效果較差，單獨(dú)采用此技術(shù)，處理出水水質(zhì)難以達(dá)到國(guó)際海事組織規(guī)定的在船排放標(biāo)準(zhǔn)[3]。而岸上處理方式，目前尚缺乏高效且經(jīng)濟(jì)的處理工藝，超濾膜過濾、反滲透及MBR等膜處理系統(tǒng)雖然可以有效實(shí)現(xiàn)廢水中油、TOC和鹽分的去除[4]，但是含油廢水的乳化程度增大[5]，易造成嚴(yán)重的膜污染，降低膜通量，需要不斷進(jìn)行膜的再生，且COD和BOD去除效果不達(dá)標(biāo)，從而限制了其工業(yè)化應(yīng)用。如何采取有效工藝，對(duì)船舶廢水進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)船舶污水達(dá)標(biāo)排放，對(duì)保護(hù)海洋、河流生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)用水

試驗(yàn)用水取自某港口船舶廢水排放口，通過多次取樣分析其廢水水質(zhì)指標(biāo)及其處理達(dá)標(biāo)排放的指標(biāo)見表1。

表1 港口廢水水質(zhì)指標(biāo)及其處理達(dá)標(biāo)排放指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)裝置和方法

試驗(yàn)裝置見圖1。試驗(yàn)采用連續(xù)流運(yùn)行方式，船舶廢水經(jīng)過油水相裝置分離后進(jìn)入混凝池，調(diào)節(jié)pH在8~9，投加混凝劑聚合氯化鋁和聚合氯化鐵，攪拌均勻并靜置，其中通過單因子試驗(yàn)確定混凝池中聚合氯化鋁和聚合氯化鐵的最佳投量?；炷コ榛?，而后經(jīng)沉淀池泥水分離后進(jìn)入CASS池裝置中，運(yùn)行周期為8h，其中進(jìn)水和曝氣共計(jì)6h、靜置沉淀1h、潷水1h，每天運(yùn)行3個(gè)周期，試驗(yàn)過程中采用自動(dòng)溫控裝置將CASS池內(nèi)的溫度控制在30℃左右，同時(shí)微量投加廢白糖和補(bǔ)充氮、磷營(yíng)養(yǎng)元素，保持CASS池進(jìn)水COD等其他指標(biāo)為未稀釋時(shí)的水平，進(jìn)行好氧生物處理，處理后的水回流至進(jìn)水處，稀釋調(diào)控好廢水的鹽度。其中，好氧池的接種污泥取自城市污水處理廠氧化溝，接種濃度為2218mg·L-1，SV30為21%，VSS/SS為68%，定時(shí)監(jiān)測(cè)裝置內(nèi)活性污泥量，以保證污泥活性及其穩(wěn)定的生物量。

圖1 試驗(yàn)裝置圖

1.3 水質(zhì)指標(biāo)分析與方法

CODCr：為了消除海水中Cl-對(duì)測(cè)定的干擾，采用快速密閉微波消解法測(cè)定，HgSO4加入量以溶液中出現(xiàn)不溶HgSO4為準(zhǔn)，用國(guó)標(biāo)重鉻酸鉀法測(cè)定。

MLSS、SS、SV30：重量法。

石油類：紅外分光光度法。

BOD：使用BH-11型BOD測(cè)定儀測(cè)定進(jìn)水和出水BOD值。

活性污泥生物相：XSP-BM-8CA生物顯微鏡。

2 結(jié)果與討論

2.1 混凝沉淀工藝對(duì)污染物的去除效果

船舶廢水經(jīng)過預(yù)處理第一項(xiàng)的油水相分離后，出來的廢水溶液中主要存在油粒＜ 20μm的乳化油和溶解油。在聚合氯化鋁投量為0.25 mg·L-1的條件下，控制聚合氯化鐵的投量分別為1、2、3、4、5mg·L-1，考察不同聚合氯化鐵投量下對(duì)石油類的去除效果。結(jié)果表明，當(dāng)聚合氯化鐵的投量為2mg·L-1時(shí)對(duì)石油類的去除效果最好，此時(shí)石油類的濃度可降至22.71mg·L-1，已低于會(huì)對(duì)生物處理產(chǎn)生影響的限值（30mg·L-1）；而繼續(xù)增加聚合氯化鐵投量時(shí)，混凝處理效果下降，這主要是因?yàn)閺U水中過量的聚合氯化鐵會(huì)降低其水解產(chǎn)物的電中和混凝作用，導(dǎo)致混凝過程進(jìn)入再穩(wěn)區(qū)，繼而形成帶正電荷的膠體而重新分散在水中，從而降低混凝處理效果。

2.2 除油對(duì)照實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

用于油水分離的試劑目前主要是混凝劑和吸附劑。絮凝作用主要是通過橋鍵實(shí)現(xiàn)的，是混凝劑分子表面吸附作用的結(jié)果[6]。絮凝和吸附是同時(shí)發(fā)生的[7]。絮凝過程中，混凝劑顆粒有足夠的未被吸附物覆蓋的表面時(shí)，混凝劑能更有效地吸附乳液中的懸浮物[8]。KITCHENER[9]把絮凝的過程描述為：穩(wěn)定的懸浮物→混凝劑添加物→絮凝。

絮凝、吸附對(duì)照實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，以聚合氯化鋁和聚合氯化鐵為混凝劑時(shí)，室溫下加入上述混凝劑攪拌均勻后靜置1~2min即生成大量灰色絮狀物并浮于液面，下層水相無色澄清透明，用其他單一混凝劑處理船舶廢水，攪拌均勻后，所得水相仍然渾濁。

過濾對(duì)照實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，普通絮凝沉降和活性炭對(duì)絮狀物有較好的吸附作用，但是活性炭對(duì)絮狀物吸附量少，且不易再生重復(fù)使用，若用于工業(yè)實(shí)際會(huì)產(chǎn)生大量活性炭廢渣，產(chǎn)生二次污染。而簡(jiǎn)單的絮凝沉淀后上清液即可排除，成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于活性炭，有效避免二次污染的產(chǎn)生。

2.3 CASS池處理效果

在滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行工況下，考察了CASS池對(duì)廢水COD和BOD及石油類的去除效果，結(jié)果見圖2。

圖2 CASS池對(duì)污染物的去除效果

由圖2可知，經(jīng)過14d的馴化，CASS池能夠在滿負(fù)荷工況下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，出水COD、BOD和石油類分別為 40~85mg·L-1、14~20mg·L-1和4~6g·L-1時(shí)，對(duì)COD和石油類的去除率分別高達(dá)87%和98%以上，達(dá)到了《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978-1996）的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，而且未出現(xiàn)高鹽度引發(fā)的污泥膨脹問題。

2.4 生物相演替規(guī)律

試驗(yàn)考察了由COD濃度和鹽度引起的生物相演替規(guī)律，結(jié)果如表2所示。

表2 廢水COD引起的生物相演替規(guī)律

由表2可知，隨進(jìn)水COD濃度的不斷升高，活性污泥生物相發(fā)生了顯著變化。當(dāng)COD＜ 500 mg·L-1時(shí)，污泥生物相較豐富，其中以鐘蟲、輪蟲和線蟲為主，污泥絮凝和沉降性能均較好，表現(xiàn)出較高的活性。隨進(jìn)水COD濃度的增加，生物相種類逐漸減少，在滿負(fù)荷運(yùn)行條件下，僅有漫游蟲、鐘蟲、累枝蟲以及少量輪蟲存在，而且鏡檢顯示輪蟲活性明顯降低，由此也表明，漫游蟲、鐘蟲和累枝蟲具有較好的耐COD的能力。同時(shí)，進(jìn)水中高鹽度的存在，不僅降低了微生物活性和代謝速率，同時(shí)產(chǎn)生了高的滲透壓，導(dǎo)致大量微生物因細(xì)胞脫水而死亡，產(chǎn)生“胞溶”現(xiàn)象，細(xì)胞原生質(zhì)大量釋放進(jìn)入水中；并且以細(xì)菌為主食的后生動(dòng)物種類、數(shù)量的減少及其活性的降低，導(dǎo)致出水濁度增加。

3 結(jié)論

（1）船舶廢水經(jīng)過預(yù)處理第一項(xiàng)的油水相分離后，再通過用聚合氯化鋁和聚合氯化鐵作混凝劑過濾的方法處理船舶廢水，測(cè)得最終水相中含油量為4.12 mg·L-1，低于國(guó)標(biāo)的排放限值 6 mg·L-1。

（2）以聚合氯化鋁和聚合氯化鐵作混凝劑處理船舶廢水的方法，比使用其他絮凝劑、破乳劑和過濾方式的方法效果更好。

（3）CASS池能夠在滿負(fù)荷工況下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，出水COD、BOD和石油類分別為40~85 mg·L-1、14~20 mg·L-1和4~6 mg·L-1，對(duì)COD和石油類的去除率分別高達(dá)87%和98%以上，均能達(dá)標(biāo)排放。且利用處理后的清水稀釋進(jìn)水，可以降低鹽度對(duì)CASS池內(nèi)生物的影響。

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