AO生物膜法处理乳液聚合ABS树脂生产废水

化工环保EnvironmentalProtectionofChemicalIndustryISSN1006-1878,CN11-2215/X《化工环保》网络首发论文题目：A/O生物膜法处理乳液聚合ABS树脂生产废水作者：刘天禄，杨琦收稿日期：2018-12-18网络首发日期：2019-10-23引用格式：刘天禄，杨琦．A/O生物膜法处理乳液聚合ABS树脂生产废水．化工环保.网络首发：在编辑部工作流程中，稿件从录用到出版要经历录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿等阶段。录用定稿指内容已经确定，且通过同行评议、主编终审同意刊用的稿件。排版定稿指录用定稿按照期刊特定版式（包括网络呈现版式）排版后的稿件，可暂不确定出版年、卷、期和页码。整期汇编定稿指出版年、卷、期、页码均已确定的印刷或数字出版的整期汇编稿件。录用定稿网络首发稿件内容必须符合《出版管理条例》和《期刊出版管理规定》的有关规定；学术研究成果具有创新性、科学性和先进性，符合编辑部对刊文的录用要求，不存在学术不端行为及其他侵权行为；稿件内容应基本符合国家有关书刊编辑、出版的技术标准，正确使用和统一规范语言文字、符号、数字、外文字母、法定计量单位及地图标注等。为确保录用定稿网络首发的严肃性，录用定稿一经发布，不得修改论文题目、作者、机构名称和学术内容，只可基于编辑规范进行少量文字的修改。出版确认：纸质期刊编辑部通过与《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司签约，在《中国学术期刊（网络版）》出版传播平台上创办与纸质期刊内容一致的网络版，以单篇或整期出版形式，在印刷出版之前刊发论文的录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿。因为《中国学术期刊（网络版）》是国家新闻出版广电总局批准的网络连续型出版物（ISSN2096-4188，CN11-6037/Z），所以签约期刊的网络版上网络首发论文视为正式出版。1A/O生物膜法处理乳液聚合ABS树脂生产废水刘天禄1，杨琦（中国地质大学（北京）水资源与环境学院，北京100083）[摘要]采用混凝—A/O生物膜法处理乳液聚合ABS树脂生产废水，确定了混凝预处理工序PAC和PAM的投加量，考察了混合液回流比（R）和A/O段总水力停留时间（HRT）对废水中COD、NH4+-N、SS、TN等污染物去除效果的影响。实验结果表明，在HRT为18~24h、R为2~3的工艺条件下，A/O生物膜法好氧段发生了同步硝化反硝化反应，废水经处理后，出水COD小于60.0mg/L，ρ(NH4+-N)小于5.0mg/L，TN小于15.0mg/L，达到了GB31570-2015《石油炼制工业污染物排放标准》的要求。[关键词]ABS废水；乳液聚合法；混凝；A/O生物膜法；水力停留时间；回流比[中图分类号]X703[文献标志码]A[文章编号]1006-1878（2019）06-0000-00TreatmentofwastewaterfromABSresinproductionbyemulsionpolymerizationusingA/ObiofilmprocessLIUTianlu,YANGQi（SchoolofWaterResourcesandEnvironment,ChinaUniversityofGeosciences(Beijing),Beijing100083,China）Abstract:Thecoagulation-A/ObiofilmprocesswasusedtotreatwastewaterfromABSresinproductionbyemulsionpolymerization.ThedosageofPACandPAMincoagulationpretreatmentprocesswasdetermined.Theeffectsofmixedliquidrefluxratio(R)andhydraulicretentiontime(HRT)atA/OstageonremovalofpollutantsinthewastewatersuchasCOD,NH4+-N,SSandTNwereinvestigated.TheexperimentalresultsshowthatsynchronousnitrificationanddenitrificationtakesplaceintheaerobicsectionofA/ObiofilmprocesswithHRTof18-24handRof2-3,andCOD,ρ(NH4+-N)andTNoftheeffluentislessthan60.0,5.0and15.0mg/Lrespectively,whichmeettherequirementsofGB31570-2015“Emissionstandardofpollutantsforpetroleumrefiningindustry”.Keywords:ABSwastewater;emulsionpolymerization;coagulation;A/Obiofilmprocess;hydraulicretentiontime(HRT);refluxratio丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS树脂）用途广泛，主要用于汽车制造、家用电器、建筑建材和电子设备制造等领域。中国是ABS树脂的主要生产国和消费国，2016年中国大陆的生产能力约为3.59×106t/a，表观消费量约为5.04×106t/a，分别占全球的32%和57%[1]。ABS的生产工艺主要包括连续本体聚合工艺（本体聚合法）和乳液接枝—本体苯乙烯丙烯腈树脂掺混工艺（乳液聚合法）。乳液聚合法ABS树脂生产废水水质波动大、有机污染物浓度较高，BOD/COD值较低，为生物难降解废水[2]，当前处理工艺多为气浮法和活性污泥法的结合[3]，随着国家排放要求的提高，该工艺已逐渐不能满足达标排放的要求。为提高乳液聚合ABS树脂生产废水的处理效率，本工作采用混凝—A/O生物膜法处理工艺对废水中污染物的降解进行了研究。1实验部分1.1材料和试剂[收稿日期]2018-12-18；[修订日期]2019-06-25。[作者简介]刘天禄（1970年—），男，河南省濮阳市人，硕士，高级工程师，电话[phone]，电邮[e-mail]。2019-10-2314:55:41实验用废水为国内某合成树脂生产企业乳液聚合ABS树脂生产废水（ABS废水），主要包含丁二烯聚合废水、接枝聚合废水以及凝聚脱水废水。废水中含有大量细小颗粒物、胶乳和溶解性有机污染物，溶解性有机污染物主要为苯系物和有机腈类物质[4]，废水水质指标见表1。表1ABS废水水质指标废水种类COD/(mg·L-1)BOD5/(mg·L-1)ρ(NH4+-N)/(mg·L-1)ρ(NO3--N)/(mg·L-1)SS/(mg·L-1)TN/(mg·L-1)pH水量/(t·h-1)丁二烯聚合废水1120.0~4860.0320.0~1450.05.0~10.02.0~5.088.0~1580.025.0~32.06.120接枝聚合废水1100.0~4450.0330.0~1460.05.0~15.04.0~6.0154.0~1980.016.0~21.06.320凝聚脱水废水850.0~2760.0246.0~580.010.0~30.04.0~8.050.0~96.050.0~132.012.560混合废水1240.0~4180.0367.0~1360.05.0~30.02.0~6.0200.0~1786.046.0~127.011.0100由表1可以看出，ABS废水属于水质波动较大的生物难降解废水。该类废水污染物浓度高、水量相对小，宜首先进行预处理或源头治理，避免对后续生化处理工艺造成冲击。聚合氯化铝（PAC）：w(Al2O3)≥28%，龙江精细化工厂；聚丙烯酰胺（PAM）：FO4440SSHFLOPAM阳离子型，分子量约为1.1×107，爱森（中国）絮凝剂有限公司。实验所用试剂均为分析纯。1.2实验方法A/O生物膜法ABS废水处理工艺流程见图1。废水经混凝-沉淀预处理后，依次进入缺氧池、好氧池，最后经沉淀池后排出。其中缺氧池和好氧池容积比为1∶3，缺氧池和好氧池同时加入AnoxkaldnesBiofarmK5生物膜填料，体积填充比为36%，缺氧池DO为0.1~0.5mg/L，好氧池DO为2.0~3.0mg/L。好氧池混合液部分回流到缺氧池进水口，混合液回流比（R）为1~4，回流液MLSS为1500~2000mg/L。处理后出水和污泥外排。混凝-沉淀池缺氧池好氧池沉淀池进水混合液回流出水污泥图1A/O生物膜法ABS废水处理工艺流程ABS废水悬浮物浓度较高，主要为高分子聚合物、苯乙烯丙烯腈低聚物、反应物单体和反应助剂的残留物等，高浓度SS会影响后续生化处理的效果[5-6]。为减少SS对生化处理系统的影响，采用混凝-沉淀法对废水进行预处理。在pH为11、废水温度为48℃的条件下，选用常规的混凝剂PAC和絮凝剂PAM，考察混凝剂和絮凝剂的适宜投加量。为提高A/O生物膜法处理ABS废水的效果，考察混合液回流比和A/O段总水力停留时间（HRT）对污染物去除效果的影响，探讨缺氧段活性污泥的吸附作用和好氧段的同步硝化反硝化作用。1.3分析方法分别采用贝尔分析仪器（大连）有限公司BPH-7200型电极、BTN5300型总氮测定仪、BNH300型氨氮测定仪测定废水的pH、TN和ρ（NH4+-N）；采用HACHDR6000型紫外光分光光度仪测定废水ρ（NO3--N）；采用哈纳HI96707型测定仪测定废水ρ（NO2--N）；采用承德市华通环保仪器有限公司CTL-12型化学需氧量快速测定仪测定废水COD；采用上海雷磁JPB-607A型溶解氧仪测定废水DO；采用德国WTWOxiTop®IS6型生化需氧量测试仪测定废水BOD5。2结果与讨论2.1混凝-沉淀预处理在PAM投加量为8mg/L的条件下，PAC投加量对SS去除效果的影响见图2。由图2可以看出：在PAC投加量达到120mg/L时，SS去除率达到峰值，去除率为92.9%；随着PAC投加量增大，去除率变化不大。3图2PAC投加量对SS去除效果的影响在PAC投加量为120mg/L的条件下，PAM投加量对SS去除效果的影响见图3。由图3可以看出：在PAM投加量为10mg/L时，SS去除率达到90.9%；随着PAM投加量增大，SS去除率有逐步降低趋势。因此，实验选定混凝-沉淀段PAC、PAM的适宜投加量分别为120mg/L和10mg/L。图3PAM投加量对SS去除效果的影响在PAC、PAM适宜投加量的条件下，废水预处理前后的水质指标见表2。由表2可见，废水经混凝-沉淀预处理后，出水COD、TN等都有不同程度的降低，其中SS降低幅度最大，出水SS去除率约为95.2%，ρ（NH4+-N）和ρ（NO3--N）降低幅度较小。表2废水预处理前后水质指标mg/L水样CODρ(NH4+-N)ρ(NO3--N)SSTN进水1368.627.25.9783.3107.2出水767.424.65.638.168.7去除率/%43.99.65.195.235.92.2A/O生物膜法处理2.2.1混合液回流比的影响在一定范围内，提高混合液回流比R有利于有机物的去除[7]。实验条件设计如下：HRT为24h，其中缺氧段6h，好氧段18h；缺氧段DO为0.1~0.5mg/L，好氧段DO为2.0~3.0mg/L，初始混合液回流比R为1。在工艺运行稳定后，逐步提高混合液回流比，每5d为一个考察期，R分别设置为1，2，3，4，稳定运行共计20d。混合液回流比对COD和NH4+-