9262-1型消泡剂生产废水可生化性实验研究

中国环境学会  2011年 03月30日

  李海芳 王艳霞 于海晨 王铁铮      (天津市环境保护科学研究院,天津,300191)


  摘要:天津某日化公司生产过程中产生的含有9262-1型消泡剂废水,本文研究了该种废水排入该公司原有污水处理系统内对原有污水处理系统是否造成冲击和影响。其原有废水处理工艺为“气浮+水解酸化+好氧”。通过本实验对含9262-1型消泡剂生产废水的可生化性以及该废水的混凝气浮、水解酸化、好氧三个工艺段的物化生物降解性及生物毒性数据的研究,结果表明9262-1型消泡剂对生化处理没有潜在的影响,相比之下,加消泡剂废水去除效果反而稍好。
  关键词:生产废水  消泡剂  可生化性 


  1 概述
 

  天津某日化公司生产线拟添加 9262-1型消泡剂,9262-1型消泡剂属硅聚醚接枝及特殊聚硅氧烷类,自乳化耐高温水稀释消泡剂。外观呈乳白色乳状液体,非离子型,溶于水、盐水、弱碱水、甲醇、乙醚等溶剂。自乳化及水稀释性能极佳,高温水稀释无漂油,无悬浮物,不破乳,稀释后存放不分层,是一种极具前景的消泡剂。


  2 实验材料与方法


  2.1 实验材料
  (1) 废水来源:取自该日化公司的污水站废水作为未加消泡剂废水;将其稀释并添加浓度为8μg/L的消泡剂来模拟将来产生废水。
  (2) 实验仪器:气浮试验装置、水解酸化模拟装置、好氧模拟装置等
  (3) 实验试剂:PAM(0.1%)、PAC(10%)、磷酸二氢钾、硫酸铵、H2SO4等
  (4) 检测数据:COD、BOD、TN、TP、NH3-N、TOC、TDS、磷酸盐、pH
  (5) 实验装置:装置流程图见下图。 
  2.2 实验方法
  本实验采用“气浮+水解酸化+好氧”污水处理工艺,添加消泡剂的废水和未添加消泡剂的废水分别采用该工艺进行试验,分别检测气浮、水解、好氧三个处理单元出水的COD、BOD、TN、TP、NH3-N、TDS、PO43-、pH以及细菌总数。


  3 结果与讨论
 

  3.1 废水水质分析
  两种废水的BOD/COD都在0.5左右,大于0.3,可生化性较好,BOD/TN=59:1>20:1,BOD/TP=120>100:1,所以在生化阶段可以根据实际情况添加适当的硫酸铵和磷酸二氢钾。从表1中可知,两种废水的各种指标接近,未产生较大变化。
  表1 两种废水水质分析

废水种类

COD mg/L

BOD

mg/L

TN

mg/L

TP

mg/L

NH3-N

mg/L

TDS

mg/L

PO43-

mg/L

PH

未加消泡剂废水

5509

2875

48.6

19.9

31.4

1.73×103

0.411

6.0

添加消泡剂废水

5605

3075

52.5

27.4

30.1

1.79×103

   
   
  
  
  
  

 

    

 

       3.2 混凝气浮处理实验
  3.2.1混凝剂不同投加量的影响
  通过之前对该两种废水的水质分析发现废水中有较多的悬浮物,混凝气浮工艺能较好去除废水中的悬浮物、浊度及有机物,并且为生化段能高效深度处理打下基础。为了更全面地了解混凝剂投加量对两种废水的影响,本实验又对在不同梯度混凝投加量下TN、TP、NH3-N、TDS、PO43-、pH进行了分析。
  从表2和表3中可以看出,两种废水各项指标都在1~3mg/L之间随着混凝剂投加量增加,其各项指标的去处效果也都相应提高,其中加消泡剂废水和未加消泡剂的NH3-N分别为24.2~34.9 mg/L、27.5~34.3 mg/L;TN分别为26.5~40.2 mg/L、31.1~39.2 mg/L;TP分别为2.18~15.3 mg/L、2.15~15.1 mg/L;TDS、PO43-、pH指标之间的差别不是很大,基本没有什么变化。其中pH较混凝气浮前有所降低,其原因主要是混凝剂中的Al3+与废水中的OH-形成Al(OH)3胶体,水解产生H+,从而使废水的pH有所下降。
  表2 加消泡剂废水不同梯度下混凝气浮效果

混凝剂投加量(mg/L

TN

mg/L

TP

mg/L

NH3-Nmg/L

TDS

mg/L

PO43-mg/L

PH

1

40.2

15.3

34.9

2.46×103

0.381

4.21

1.5

33.9

3.05

25.4

2.68×103

0.33

4.02

2

27

2.33

24.8

3.55×103

0.24

3.88

2.5

26.8

2.2

24.3

2.31×103

0.21

3.91

3

26.5

2.18

24.2

2.27×103

0.22

3.92

   
  表3 未加消泡剂废水不同梯度下混凝气浮效果

混凝剂投加量(mg/L

TN

mg/L

TP

mg/L

NH3-Nmg/L

TDS

mg/L

PO43-mg/L

PH

1

39.2

15.1

34.3

2.41×103

0.278

4.2

1.5

33.4

3.01

25.1

2.62×103

0.21

4.11

2

32.1

2.28

28

2.84×103

0.234

3.94

2.5

31.3

2.18

27.8

2.21×103

0.214

3.94

3

31.1

2.15

27.5

2.17×103

0.215

3.93

   
  3.2.2消泡剂的影响
  消泡剂的存在是否会对混凝气浮工艺有着潜在的影响,本实验主要通过在混凝气浮过程中对COD、BOD的影响来说明。如图3和图4所示,在不同梯度的混凝气浮实验中,不考虑实验误差,两种废水的出水COD、BOD的波动范围都不会超过1%,由此可见在混凝气浮过程中消泡剂对COD、BOD的影响差别很小,可以忽略不计。
      
  3.3 水解酸化实验
  3.3.1 水解酸化进水水质
  为了满足生化阶段的水解酸化和好氧活性污泥深度处理所需水量,便于生化的稳定运行,于是进行了较大水量的混凝气浮实验,以获得足够的混凝气浮出水,其出水水质如表4。
  此时的混凝气浮实验均是在混凝剂投加量为2mg/L,反应时间为15min,PAM投加量为2mg/L,直到看到有大量乳白色絮体出现。经过混凝气浮后的废水BOD/COD=0.5,可生化性较原废水没有改变。
  表4 混凝气浮出水水质

废水种类

COD

mg/L

BOD

mg/L

TN

mg/L

TP

mg/L

NH3-N

mg/L

TDS

mg/L

PO43-mg/L

PH

未加消泡剂废水

1415

765

31.1

2.23

26.2

2.73×103

0.226

3.86

添加消泡剂废水

1420

765

26.2

2.25

25.1

3.43×103

0.223

3.81

  3.3.2 水解酸化的稳定运行
  混凝气浮后的两种废水以每天2L的水量在水解酸化反应器稳定运行,小型搅拌仪使废水保持在兼氧条件,由于进水pH在4左右,所以反应器中的pH基本不需要调节。
  如图5和图6所示,两种废水随着运行时间延长,其出水COD、BOD都基本稳定在1150~1200mg/L左右波动,在运行中有时会可能波动较大,如图6中在周期为12d时出现相对较大的波动,其原因可能是由于进水负荷的冲击所产生,但是随着系统的运行又会趋于稳定。水解酸化的目的就是为了进一步提高废水的可生化性,且在一定程度上也会降解废水。从图中可以看出,两种废水的BOD/COD从原来的0.5提高到0.7,使得废水的可生化性的得到进一步的提高,以便于好氧活性污泥的深度处理,且COD也得到了相应的降低,从原来的1400mg/L左右降到了1150mg/L左右。   
  从表5和表6中可以看出,两种废水在水解酸化工艺段都能稳定的运行,其出水在稳定中有所降低,系统中的pH也基本稳定在5~6,也保证了水解酸化在适当的条件下运行。从表中可以看出,两种废水在水解酸化段的 NH3-N 去除率为45%,TN、TP都有所增加,其原因主要是由于水解酸化阶段在降解大分子有机物的过程中释放出了其废水中原来不曾有的含N、P物质,还有是由于在培养过程中添加了适量的氮盐和磷盐。
  表5 加消泡剂废水水解酸化后出水水质

周期(d

TNmg/L

TPmg/L

NH3-Nmg/L

TOCmg/L

PH

3

46.5

12.8

15.9

451

5.39

6

46.1

13.5

15.5

455

5.43

9

47.2

13.3

15.2

453

5.46

12

46.7

12.1

14.6

442

5.53

15

45.2

12.1

14.7

447

5.56

18

45.3

12.2

14.3

445

5.58

21

45.6

12.4

14.2

448

5.62

    表6 未加消泡剂废水水解酸化后出水水质

周期(d

TNmg/L

TPmg/L

NH3-Nmg/L

TOCmg/L

PH

3

46.9

12.7

15.6

446

5.37

6

47.1

13.1

15.8

451

5.4

9

47.5

13.4

15.3

455

5.41

12

46.2

12.5

14.8

440

5.5

15

45.6

12.2

14.5

443

5.53

18

46.1

12.5

14.9

446

5.55

21

46.2

12.3

14.5

441

5.55

    3.3.3 消泡剂的影响
   由于水解酸化进水水质不一样,因此消泡剂是否对水解酸化存在一些影响主要通过COD的去除率和其生化性来确定。两种废水在21d稳定运行中其COD的去除率都有所提高,加消泡剂废水的COD去除率从17.5%增加到19.3%,生化性BOD/COD从0.5增加到0.7,未加消泡剂废水的COD去除率从17.9%增加到18.7%,生化性BOD/COD也从0.5增加到0.7。从目前运行的这两方面数据可以看出消泡剂对水解酸化的影响基本没有。


  3.4 好氧活性污泥实验
  3.4.1 好氧活性污泥的稳定运行
  水解酸化每天的出水流入好氧活性污泥工艺段,其停留时间为24h,接种污泥进行驯化培养一周,DO控制在3mg/L左右。从图7和图8中可以看出,随着21d的好氧活性污泥连续运行,两种废水的COD和BOD都有了很大的降解,其加消泡剂废水COD为115~127mg/L,BOD为3.4~5.1mg/L,其COD去除率为89.8%,BOD去除率为99.5%;未加消泡剂废水COD为113~121 mg/L,BOD为3.5~4.1mg/L,90.1%,BOD去除率为99.7%。
  从表7和表8可以看出,两种废水经过好氧后其各项水质参数都得到了很好地降解。其中NH3-N降解到4~6 mg/L左右,TN、TP也分别稳定在15~17 mg/L,1~2 mg/L左右,TOC也维持在47 mg/L左右。水解酸化后的出水生化性较好,能使好氧活性污泥的出水水质得到较好的处理。
  表7 加消泡剂废水好氧后出水水质

周期(d

TNmg/L

TPmg/L

NH3-Nmg/L

TOCmg/L

TDSmg/L

3

15.1

2.2

6.2

48.5

2690

6

15.5

2.3

5.9

48.7

2652

9

15.3

1.8

5.6

47.6

2617

12

14.7

1.9

5.2

47.4

2606

15

14.9

1.5

4.6

47.3

2578

18

14.6

1.6

4.8

46.3

2563

21

15.1

1.2

4.5

45.9

2545

   表8 未加消泡剂废水好氧后出水水质

周期(d

TNmg/L

TPmg/L

NH3-Nmg/L

TOCmg/L

TDSmg/L

3

16.8

1.7

5.6

47.3

2520

6

17.2

1.5

5.4

46.7

2532

9

17.4

1.4

5.2

45.9

2527

12

16.1

1.5

4.9

45.6

2516

15

15.5

1.2

4.5

44.8

2513

18

16.3

1.5

4.7

44.6

2509

21

16.1

1.3

4.3

44.5

2505

   3.4.2性污泥中细菌群落变化
  活性污泥是由污水处理过程中产生的大量细菌群体所构成的絮凝体,在水处理过程中细菌群落的变化与时间密切相关,同时也与废水的种类、含有的毒性物质息息相关。本实验通过观察两组实验(一组是加入消泡剂的废水,另一种是未加入消泡剂的废水)中活性污泥细菌的变化情况,研究加入消泡剂是否对活性污泥产生影响。
  在实验过程中,分别在1、4、7、10、13、16、19、21天取样,测量污泥中的细菌变化情况,见下图。     
     从上图可以看出,加消泡剂和未加消泡剂的废水处理过程中,其各自活性污泥中细菌的数量随着时间的延长而增加,且增加规律相近。前7天活性污泥中细菌的数量增加较快,未加消泡剂的从1.3×108增加到9.8×108,加消泡剂的从1.2×108增加到8.7×108,从7天以后,活性污泥中的细菌总数增加相对较缓慢,21天时未加消泡剂的废水细菌总数为1.4×109,加消泡剂的废水细菌总数为1.48×109。从两组实验过程中的细菌总数变化规律上看基本一致,且每个时期细菌数量也十分接近,这说明在废水中加入本实验用量的消泡剂对污水处理系统中的主体好氧工艺无影响。
  3.4.4消泡剂的影响
  通过以上对好氧活性污泥出水的COD、BOD、NH3-N、细菌总数变化规律、污泥性能等参数的比较,发现加消泡剂废水与未加消泡剂废水在处理效果上几乎没有差别。相比之下,加消泡剂废水处理废水还要较好于未加消泡剂废水,其主要是由于在好氧曝气时未加消泡剂废水出现大量的泡沫,泡沫的危害在于减少了污泥的浓度,降低了污泥的处理效果,但是随着好氧反应器的连续运行,泡沫会逐渐减少,而且到了运行后期污泥得到进一步的驯化,加入废水后出现的泡沫量要小于之前的泡沫量。


  4 结论
 

  通过对两种废水水质分析,两种废水的水质相差不大,且该废水的BOD/COD=0.5,可生化性较好,可以通过生化进行深度处理。并通过混凝气浮实验、水解酸化实验、好氧活性污泥实验21d的连续运行后的出水水质比较分析,消泡剂对生化处理没有潜在的影响,相比之下,加消泡剂废水在好氧曝气阶段没有大量泡沫产生,废水去除效果则会变好。
   
  参考文献
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  [2]张自杰,顾夏声.排水工程 [M].北京:中国建筑工业出版社(第四版),2000.527-528.
  [3]严煦世,范瑾初.给水工程 [M].北京:中国建筑工业出版社(第四版),1999.272-274.
  [4]林荣忱.污废水处理设施运行管理 [M].北京:北京出版社(试用),2006.140-144
  [5]谢冰,徐亚同.废水生物处理原理和方法[M].北京:中国轻工业出版社,2007.04
  [6]李亚新,活性污泥法理论与技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.
   
  作者简介 李海芳(1972-),女,本科,副高级工程师,从事工业废水处理的研究及污废水运营管理工作,haifangli@126.com
   
   
 

 
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