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两种膜生物反应器处理印染废水的比较
两种膜生物反应器处理印染废水的比较
膜生物反应器由膜分离系统和生物反应器两部分组成,其中膜分离系统主要起截留作用,而生物反应器对水中有机污染物的去除起着决定性的作用,因而研究与膜系统匹配的生物反应器的类型、运行条件对提高膜生物反应器的处理效果和扩大其适用范围具有十分重要的意义。
作者着重研究了采用分离式膜生物反应器处理印染废水时生物反应器的类型选择及其对处理效果的影响,其中生物反应器采用两种不同流态的好氧生物接触氧化形式:
一种是上流式接触氧化柱,内装自制的凹凸棒填料;另一种为接触氧化槽,内装弹性立体填料。
1试验方法
在北京金羊毛纺厂废水处理车间进行试验,原水取自调节池,试验菌种取自气浮池。
采用的膜生物反应器系统如图1所示。
膜单元采用的中空纤维膜组件由中科膜技术中心提供。
接触氧化槽体积为0.124m3,内填有聚酰胺弹性软填料,定期监测接触氧化槽进、出水的COD,色度,浊度,SS和填料丝上的生物量并用电镜观察填料丝上生物膜的生长情况。
上流式接触氧化柱是直径为0.185m、长为1.6m的有机玻璃柱,空柱体积为0.043m3,凹凸棒填料的间隙率为33%。
在上流式接触氧化柱启动前先进行吸附试验,即向柱中通入原水但不曝气,测定进、出水的COD,色度,浊度,SS并用电镜观察填料上生物膜的生长情况。
生物处理单元的运行条件见表1。
表1生物单元运行条件
项目
接触氧化槽
上流式接触氧化柱(不曝气)
上流式接触氧化柱(曝气)
HRT(h)
4.96~13.05
1.0~3.7
1.6~2.8
水温(℃)
20~30
18~27
12~26
DO(mg/L)
4~6
2.3~7.3
对COD、色度、浊度、SS采用标准方法进行测定,生物膜样品经戊二醛—锇酸固定、乙醇脱水,在临界点干燥、喷金后用扫描电镜观察。
膜单元的运行条件:
产水量为8~10L/h,反冲洗压力为0.1MPa,运行压力为0.15MPa,反冲洗周期为30min,反冲洗时间为10~15s。
2结果与讨论
①表2、3是两类生物反应器与膜系统匹配对印染废水COD、色度平均处理结果的比较。
表2对印染废水COD的处理结果比较
类别
接触氧化槽
上流式接触氧化柱
COD(mg/L)
去除率(%)
COD(mg/L)
去除率(%)
最大值
最小值
平均值
最大值
最小值
平均值
最大值
最小值
平均值
最大值
最小值
平均值
原水
326.2
187.5
242.6
435.5
93.6
256.7
生物反应器出水
231.0
55.4
133.1
78.4
-3.51
43.5
392.1
35.1
165.1
73.7
-27.0
35.9
膜出水
107.0
7.9
43.5
96.8
49.1
81.7
207.4
7.9
96.8
93.8
22.5
64.3
表3对印染废水色度的处理结果比较
类别
接触氧化槽
上流式接触氧化柱
色度(倍)
去除率(%)
色度(倍)
去除率(%)
最大值
最小值
平均值
最大值
最小值
平均值
最大值
最小值
平均值
最大值
最小值
平均值
原水
160
80
123
250
80
146.4
生物反应器出水
400
80
229
0.2
-2.75
0.88
250
40
113.6
84
-66.7
20.4
膜出水
130
40
74
60.0
19
41
80
30
54
84
37.5
59.7
②从两种膜生物反应器对COD、色度、SS以及浊度的去除情况来看,生物单元出水随进水水质变化产生波动,而膜单元出水水质均较稳定。
③从SS去除情况可以看出,每隔264h左右接触氧化槽的处理效率会出现一个由最低到最高再回到最低的变化过程,同时由生物单元对COD的去除率变化也可看出这一趋势。
生物单元出水COD升高主要是由出水SS升高引起的,在COD去除率处于低值时出水SS达到最高值。
由于膜单元的截留作用使膜生物反应器对COD的总去除率基本稳定在80%以上。
COD去除率的周期变化与固定生物膜的生长周期密切相关,当COD处理效率处于上升阶段时填料丝上生物膜的氧及营养物的传质情况良好,此时生物膜生长速度超过了脱落速度,生物膜处于高活性状态,因而对废水中的污染物有较高的去除率,表现出COD去除率上升。
随着细菌大量生长、膜厚增加,此时内层膜处于内源呼吸阶段,经过一定时间后内层的营养物耗尽,生物膜的完整性遭到破坏,同时产生的厌氧气体在内层把膜顶起,使生物膜发生大块脱落并露出新鲜的填料表面,完成了一个生物膜生长周期。
脱落的生物膜随水流从生物反应器排出,又被机械膜截留返回生物池。
接触氧化槽运行696h的填料丝电镜分析结果分别见图2、3。
图2所示为填料丝上的生物膜发生脱落的情形,此时填料丝上挂有两层膜,外层膜不均匀且松散,而内层膜紧密,其厚度为60~80μm。
由图2可知,在试验条件下当内膜厚度超过60~80μm时生物活性发生变化,生物膜脱落,此时生物反应器的处理效率最低。
由图3可见,在生物膜脱落后露出的填料丝表面上有少量新生细菌生长。
从试验结果来看,将超滤膜技术与固定生物膜法相结合的膜生物反应器系统达到了比较稳定的处理效果,而且整体处理效果不受生物单元周期变化的影响。
当生物膜处于脱落期时由于机械膜的截留作用使得脱落的菌胶团返回生物单元,这部分菌胶团吸附的COD、有色化合物等也被截留返回接触氧化槽,从而延长了这些污染物在反应器的实际停留时间,使出水水质保持稳定,但会出现接触氧化槽内色度累积升高的现象。
④在不曝气的情况下上流式接触氧化柱相当于只依靠吸附作用去除污染物。
上流式接触氧化柱在运行216h以后达到色度吸附饱和(可视为填料柱的吸附去除值),而曝气后柱中生物量迅速增长。
采用有吸附作用的凹凸棒填料使被吸附有色化合物的停留时间延长,从而提高了色度的去除率,但这类反应器易出现堵塞现象,运行936h的数据显示由于发生堵塞后气水混合冲洗造成出水COD、SS升高。
图4为运行500h填料表面的电镜照片,可以看出反应器内的生物相丰富且有原生动物生长。
3结论
①接触氧化槽出水水质波动较大,但由于机械膜的截留作用使得脱落的菌胶团又返回生物单元,这部分菌胶团所吸附的COD、有色化合物等也被截留返回接触氧化槽,从而延长了这些污染物在反应器的实际停留时间,最终使出水水质保持稳定。
②上流式接触氧化柱在运行一定时间后易出现堵塞,但对印染废水可以达到较高的色度去除率。
③采用两种类型的接触氧化生物反应器与膜系统相连组成膜生物反应器用于处理实际印染废水,膜单元出水水质稳定,因而进行参数优化后可将膜生物反应器系统用于印染废水处理。
邻甲酚中试含酚废水处理研究
1 前言
邻甲酚是一种重要的有机化工中间体,主要采用苯酚和甲醇为原料经气相催化甲基化合成[1]。
生产邻甲酚的废水含有酚和未被反应的甲醇,直接排放将严重污染环境。
国内外对含酚废水治理与回收提出并实施了多种处理方法[2,3]。
作者研究探索了蒸馏、N-503萃取剂萃取工艺。
结果表明,废水经处理后,酚去除率>99.4%,醇的去除率可达98.8%。
2 试验部分
2.1 蒸馏脱甲醇
废水取样于邻甲酚中试生产,组成见表1。
由于废水中含有较高浓度的甲醇,采用内径?
24mm玻璃镀银塔,装填3×5mm螺旋型的玻璃填料,塔板数为7,蒸馏。
待塔顶温度稳定后,开始恒采出。
当塔顶温度升至100℃左右时停止采出。
馏出物甲醇和酚可重新返回反应系统套用。
结果表明:
采用蒸馏可脱去废水中绝大部分甲醇(98.8%)和少量的酚类化合物。
表1 邻甲酚废水的主要成分(mg.l-1)
组分
甲醇
苯酚
邻甲酚
2,6-二甲酚
COD
含量
9800
7800
11600
3600
1.21×105
2.2 萃取工艺条件
对蒸馏脱除甲醇后的含酚废水在常温下采用N-503萃取剂萃取脱酚。
4-氨基安替吡啉直接比色法测定水相中的酚含量。
试验结果见表2~6。
表2 N-503∶水的配比对废水酚去除率的影响
N-503∶水(V/V)
1∶2.5
1∶5
1∶7.5
1∶10
1∶12.5
1∶17.5
萃取后酚含量(mg.l-1)
56
130
220
360
480
820
酚去除率(%)
99.4
98.6
97.6
96.1
94.8
91.1
注:
废水萃取前的含酚量9170mg.l-1,N-503∶煤油=4∶6,接触时间20min
表3 N-503∶煤油的配比对废水酚去除率的影响
N-503∶煤油(V/V)
2∶8
3∶7
4∶6
5∶5
萃取后酚含量(mg.l-1)
980
580
360
240
酚去除率(%)
89.3
93.7
96.1
97.4
注:
废水萃取前的含酚量9170mg.l-1,N-503∶水=1∶10,接触时间20min
表4 不同酚含量的废水对废水酚去除率的影响
酚含量(mg.l-1)
10060
9170
6700
萃取后酚含量(mg.l-1)
339
350
240
酚去除率(%)
96.6
96.3
96.4
注:
N-503∶煤油=4∶6,N-503∶水=1∶10,接触时间20min
表5 萃取级数对废水酚去除率的影响
萃取的级数
1
2
萃取后酚含量(mg.l-1)
310
57
酚去除率(%)
96.6
99.4
注:
N-503∶煤油=4∶6,N-503∶水=1∶10,废水萃取前的含酚量9170mg.l-1,接触时间20min
表6 接触时间对废水酚去除率的影响
时间(min)
5
10
15
20
25
萃取后酚含量(mg.l-1)
350
340
350
350
350
酚去除率(%)
96.2
96.3
96.2
96.2
96.2
注:
萃取前的含酚量9170mg.l-1,N-503∶煤油=4∶6,N-503∶水=1∶10
以上试验结果表明:
当接触时间>5min、N-503∶煤油=4∶6、N-503∶水=1∶10,萃取的级数1级,废水酚去除率>96%;萃取级数2级,废水中的酚去除率可达99.4%。
2.3 反萃取的工艺条件考察
萃取后的含酚有机相用氢氧化钠溶液反萃取,酚以酚钠的形式进入水相,油相再用于萃取,含酚有机相中酚含量24.4mg.l-1。
反萃取条件试验结果见表7~10。
表7 氢氧化钠浓度对反萃效果的影响
NaOH(Wt%)
1
5
7.5
10
12.5
15
20
除酚率(%)
74.2
84.4
90.2
92.9
83.3
44.8
23.1
注:
反萃温度30℃,接触时间20min,碱∶油(V/V)=1∶1
表8 碱油比对反萃效果的影响
碱油比(V/V)
1∶1
1∶2
1∶2.5
1∶3
1∶4
除酚率(%)
92.9
92.3
83.3
77.6
62.6
注:
反萃温度30℃,接触时间20min,10%氢氧化钠溶液
表9 温度对反萃效果的影响
温度(℃)
20
30
40
50
除酚率(%)
82.9
92.9
93.2
98.1
注:
碱油比=1∶1,接触时间20min,10%氢氧化钠溶液
表10 接触时间对反萃效果的影响
时间(min)
5
10
15
20
除酚率(%)
59.3
89.1
89.3
92.9
注:
反萃温度30℃,碱油比=1∶1,10%氢氧化钠溶液
从上述试验可知:
在氢氧化钠的浓度为10%(Wt)、反萃取温度50℃、碱油比=1∶1、接触时间为20min的条件下,有机相除酚率>98%,升高温度、增加接触时间,有利于有机相中酚的去除。
3 结论
(1)邻甲酚中试生产废水经蒸馏,甲醇的脱除率达98.8%。
(2)脱去甲醇后的含酚废水用N-503萃取剂萃取,接触时间>5min,N-503∶煤油=4∶6,N-503∶水=1∶10,萃取级数为一级时除酚率96.6%,为二级时除酚率达99.4%。
(3)萃取后的废水需进一步处理才能达到国家排放标准。
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