水力清砂廢水及濕法除塵廢水綜合處理

林靜，郭海燕，張壽通，李明高

(大連交通大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧大連116028)*

0 引言

水力清砂廢水和濕法除塵廢水是機(jī)加工企業(yè)在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生的兩類廢水.水力清砂是利用高壓水經(jīng)管道輸送到噴槍以形成高壓射流，射向鑄件表面清除型殼的一種方法.它的主要作用一是切割，二是沖刷.當(dāng)高速射流對砂塊所產(chǎn)生的沖擊力超過砂塊的抗剪強(qiáng)度時，砂塊即被切碎.然后水流滲入砂塊的裂紋，破壞砂塊之間的聯(lián)系.砂塊被沖散，并隨水流一起洗刷下來形成水力清砂廢水.水力清砂廢水pH較大，往往含有大量的水玻璃和無機(jī)沙粒，水玻璃使水形成膠體，粘度增加，大大阻礙了泥砂的沉降.如將此類高堿性的膠液直接外排，將嚴(yán)重堵塞下水道及污染河流［1-2］.濕法除塵是利用含塵氣體與水或其它液體相接觸時，水滴和塵粒的慣性碰撞及其他作用而把塵粒從氣流中分離出來.其突出優(yōu)點(diǎn)是可以同時對有害氣體進(jìn)行凈化，但易產(chǎn)生二次污染，耗能高.濕法除塵產(chǎn)生的除塵廢水往往含有較高的懸浮物，為黑褐色，且COD濃度很高.在對水力清砂產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行濕法去除時產(chǎn)生的廢水呈現(xiàn)堿性，直接排放將對環(huán)境造成較大的污染［3-4］.

目前，清砂廢水和濕法除塵廢水進(jìn)行處理一般采用沉降分離和機(jī)械分離相結(jié)合的工藝，但直接沉降工藝占地面積大，采用離心分離、真空過濾、自動板框壓濾等機(jī)械分離工藝除設(shè)備投資高以外，其維護(hù)和運(yùn)行費(fèi)用都較大［5-6］.為減少廢水排放，提高水資源利用效率，對以上兩類廢水進(jìn)行循環(huán)使用，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)和企業(yè)節(jié)能減排目標(biāo).本文針對兩類廢水的水質(zhì)特征提出物化和生化聯(lián)合綜合處理方法，實(shí)驗(yàn)確定了最佳處理工藝及工藝參數(shù)，為兩類廢水的治理和回用處理工程提供了技術(shù)支持.

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

混凝條件確定采用燒杯實(shí)驗(yàn).生化處理實(shí)驗(yàn)裝置采用有機(jī)玻璃反應(yīng)器，平行設(shè)置三套，分別為單獨(dú)好氧處理、厭氧-好氧生物處理以及厭氧-好氧(回流)處理三種工藝流程［7］.其中厭氧-好氧(回流)處理系統(tǒng)如圖1所示.經(jīng)混凝處理的廢水置于儲水池中，厭氧反應(yīng)器和好氧反應(yīng)器內(nèi)填充聚氨酯填料，表面生長培養(yǎng)成熟的厭氧和好氧生物膜，有效容積分別為3L和6L，生化處理后出水流經(jīng)沉淀池沉淀后出水.生化反應(yīng)器內(nèi)水溫約為20℃.

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置

1.2 實(shí)驗(yàn)用水

實(shí)驗(yàn)用水來自某機(jī)加工企業(yè)，其中，水力清砂廢水來源于高壓水清除鑄件表面水玻璃砂型殼操作過程，濕法除塵廢水來源于對人工清砂過程中產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行濕法除塵的操作過程.廢水中含有石英砂、水玻璃(硅酸鈉)、甘油醋酸酯、丙烯碳酸酯難于生物降解的甘油酯類有機(jī)物［8-9］，pH較高，懸浮物濃度較高.經(jīng)測定，兩類廢水混合后水質(zhì)指標(biāo)如附表所示.

附表 實(shí)驗(yàn)用水水質(zhì)

1.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與分析方法

1.3.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

(1)根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果選取混凝劑為聚合氯化鋁(PAC)，助凝劑為陽離子聚丙烯酰胺(PAM)，采用燒杯實(shí)驗(yàn)優(yōu)化混凝條件，確定混凝劑和助凝劑的最佳投加量.

(2)對混凝后廢水進(jìn)行生化處理，考察單獨(dú)好氧處理、厭氧—好氧處理和厭氧—好氧(回流)處理三種工藝條件下廢水的處理效果.其中，單獨(dú)好氧處理時好氧生物反應(yīng)器水力停留時間15h，厭氧-好氧處理時，厭氧和好氧生化反應(yīng)器水力停留時間別為5h和10h，厭氧—好氧(回流)處理時厭氧和好氧生化反應(yīng)器水力停留時間別為4h和8h，回流率100%.

(3)確定最佳處理工藝，使其出水達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002一級A)，滿足水力清砂高壓水槍和濕法除塵用水的水質(zhì)要求.

1.3.2 分析方法

主要化學(xué)指標(biāo)分析方法參照《水和廢水監(jiān)測分析方法》［10］.

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 混凝燒杯實(shí)驗(yàn)結(jié)果

采用水力清砂和濕法除塵混合廢水，廢水COD為220 mg/L，pH為11.首先調(diào)整廢水pH為7.0，在保持助凝劑PAM濃度為10 mg/L的條件下，投加不同量PAC，混凝效果如圖2(a)所示.保持PAC投加量為60 mg/L，不同PAM投量條件下混凝效果如圖2(b)所示.從圖2(a)可以看出，在混凝劑投加量為20～140 mg/L的范圍內(nèi)，PAC投量對廢水COD去除和濁度影響較大，而圖2(b)顯示，在阻凝劑PAM投量為2～16 mg/L的范圍內(nèi)，混凝后COD變化不大，而對濁度有較大影響.根據(jù)燒杯實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定最佳PAC和PAM投加量分別為100 mg/L和10 mg/L，COD和SS去除率分別達(dá)到28%和64%.

圖2 投加不同物質(zhì)條件下混凝效果

2.2 連續(xù)混凝處理效果

根據(jù)最佳混凝條件，投加混凝劑PAC 100 mg/L和助凝劑PAM10 mg/L，調(diào)節(jié)pH值約7，對廢水進(jìn)行連續(xù)混凝預(yù)處理，處理效果如圖3所示.從圖可以看出，在進(jìn)水COD為150～450 mg/L的范圍內(nèi)，經(jīng)混凝處理后出水COD降至120～270 mg/L，COD去除率一般保持在在15%～30%之間.

圖3 連續(xù)混凝處理效果

2.3 不同生化工藝處理效果

廢水經(jīng)混凝后，平行采用三套生化處理裝置，對比考察了單獨(dú)好氧處理、厭氧—好氧處理和厭氧—好氧(回流)處理三種工藝條件下廢水的處理效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示.從圖可以看出，在混凝后出水COD濃度為120～270 mg/L，好氧處理進(jìn)水COD濃度不高，但出水COD濃度為60～70 mg/L，COD去除率基本上在65% ～75%之間.盡管曝氣長達(dá)15 h，廢水中含難降解的有機(jī)物仍無法被微生物氧化去除，出水達(dá)不到一級A排放和回用的標(biāo)準(zhǔn).

對混凝后出水采用厭氧-好氧生化處理，出水COD濃度較單度好氧生化處理要低，COD去除率基本上在75% ～80%之間，出水COD保持在50 mg/L左右.可見，盡管總的水力停留時間沒變(厭氧5 h，好氧10 h)，由于在好氧生化處理前先進(jìn)行厭氧(水解酸化)處理，可生化性差的高分子物質(zhì)經(jīng)過厭氧段的水解和酸化作用，使高分子有機(jī)物變成較小分子，改善廢水的可生化性，不僅提高了處理效果，而且節(jié)約了曝氣所需的動力消耗.

厭氧-好氧(回流)工藝將沉淀池沉淀的污泥回流至厭氧段，以提高生化反應(yīng)器內(nèi)生物量，同時提高進(jìn)水流速，增加了池內(nèi)的攪拌，使污泥與污水的接觸均勻.從圖5可以看出，在厭氧-好氧(回流)工藝中，盡管厭氧和好氧生化反應(yīng)器的總停留時間只有12 h，較厭氧-好氧工藝的總停留時間(15 h)有所減少，但增加回流后，處理效果較無回流工藝進(jìn)一步改善，COD去除率在85%以上，出水COD基本保持在40 mg/L以下，達(dá)到中水排放標(biāo)準(zhǔn)［11］，出水可直接回用于水力清砂高壓水槍和濕法除塵用水.

圖4 三種工藝條件下COD去除效果

3 結(jié)論

采用物化混凝和生化法結(jié)合的工藝處理水力清砂和濕法除塵混合廢水，確定了廢水處理工藝和工藝參數(shù)，使處理出水達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)，主要結(jié)論有:

(1)水力清砂廢水和濕法除塵廢水懸浮物含量大，可生化性能差，通過混凝-生化聯(lián)合工藝處理可以取得良好處理效果;

(2)混凝處理可以去除大部分的懸浮物，在廢水pH為7左右，混凝劑PAC投量為100 mg/L、助凝劑PAM投量為10 mg/L條件下，COD和SS去除率分別達(dá)到28%和64%;

(3)混凝-好氧工藝對廢水的COD去除率基本上在65% ～75%，混凝-厭氧-好氧工藝對廢水COD去除率75% ～80%.混凝-厭氧-好氧(回流)工藝COD去除率在85%以上，出水COD在40 mg/L以下，達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)，可回用于水力清砂高壓水槍和濕法除塵用水補(bǔ)充水.

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