高浓度香料废水预处理实验研究

高浓度香料废水预处理实验研究徐高田邹联沛（上海大学环境科学与工程系上海200072）摘要：香料废水是一种高浓度的生产废水，可生化性较差，直接采用常规的生化处理还能达到排放标准。本文在实验室里对香料废水进行了预处理研究，实验结果表明通过脱色和混凝沉淀，不仅降低了香料废水的浓度，而且还提高了废水的可生化性，为后续达标处理创造了较好条件。关键词：香料废水、脱色、混凝剂、预处理1.概述香料生产过程中由于在更换产品时必需清洗反应釜，从而产生污染物浓度相当高的废水和反应残留物，这类废水或者废弃物中含有大量有毒有害物质，废水的特点是浓度高，水中污染物成分复杂。通过对废水水样进行取样分析，其水质指标为CODcr：88100mg/L；BOD5：20100mg/L；色度：2000；pH：8～9。可以看出，该香料废水浓度较高，其中CODcr超出国家规定的排放标准800多倍，特别是污水颜色很深，如果直接排放，必定会对周围的湖泊河流产生严重的污染，为了保护周围的环境，必须对该生产废水进行处理。目前国内香料废水治理大多处于实验室研究阶段，例如中温中压湿式催化法处理香料废水的试验证明，CODcr、色度的去除率仅为48%、90%，处理后出水浓度仍较高，而且后续处理难度较大。本文在实验室处理基础上，对高浓度香料废水的预处理进行了研究。2.实验研究方案说明从污水水质指标可以看出，BOD5/CODcr=0.230.3，废水的可生化性较难，采用常规的生化处理是难以达到色度排放标准的，首先必须先对污水进行预处理，降低污水浓度，并提高污水的可生化性。考虑到废水色度较高，污水CODcr、BOD5浓度可能由有色有机污染物引起，如果降低污水的色度，污水的CODcr、BOD5浓度可能会得到相应降低，所以，先对污水进行脱色，然后对污水进行混凝沉淀处理。在实验中，选择四种氧化剂(次氯酸钠、过氧化氢、臭氧和氧)对废水进行脱色，通过初步的脱色实验研究，发现脱色效果较好的是次氯酸钠和过氧化氢，而臭氧和氧脱色效果较差，故本次脱色实验选用次氯酸钠和过氧化氢作为脱色氧化剂，对其进行详细的实验研究。在混凝沉淀实验研究中，考虑到价格和操作方便，选用的混凝剂有：聚合氯化铝PAC、硫酸铝AS、硫酸铁FS、聚丙烯酰胺PAM。通过实验结果，确定出适用于该类废水处理的最佳混凝剂。3.实验研究结果及分析3.1脱色实验研究3.1.1次氯酸钠脱色取香料废水100ml，分别投加不同体积的次氯酸钠溶液，并不断搅拌，在氧化反应20分钟后，测定废水的色度。实验结果如图1所示：次氯酸钠脱色实验结果曲线图从实验结果可以看出，采用次氯酸钠作为氧化剂脱色时，刚开始时色度下降较快，曲线坡度较大，当投加量为10毫升时，色度从2000降至400，去除率达到80%，以后随着投加量的逐渐增大，曲线变得比较平缓，色度下降较慢，例如当投加量从50毫升增至60毫升时，色度变化不明显，由85.7降至85，这说明对于100ml原废水来讲，投加50ml次氯酸钠脱色效果最好，以后再投加次氯酸钠色度下降不明显。因此，次氯酸钠的最佳投加量是100ml原水投加50ml，色度降至85左右，其去除率为95.8%。同时，对污水浓度进行了测定，结果表明CODcr浓度由88100mg/L降至33500mg/L，去除率为61.98%；BOD5浓度由22100mg/L降至11600mg/L，去除率为47.51%。经次氯酸钠脱色后BOD5/CODcr=0.350.30，与脱色前的BOD5/CODcr=0.23相比较，这说明废水的可生化性有所提高。3.1.2过氧化氢脱色取香料废水100ml，分别投加不同体积的过氧化氢溶液，并不断搅拌，在氧化反应30分钟后，测定废水的色度。实验结果如图2所示：图2过氧化氢脱色实验结果曲线图从实验结果可以看出，当采用过氧化氢作为氧化剂进行脱色时，实验曲线坡度较小，随着过氧化氢投加量的增大，废水的色度逐渐下降，当投加量大于50ml时，废水的色度下降不是很明显，曲线变得比较平滑。此时污水色度降至200左右，其去除率为90%。同时，对污水浓度进行了测定，结果表明CODcr浓度由88100mg/L降至27000mg/L，去除率为69.35%；BOD5浓度由22100mg/L降至16200mg/L，去除率为26.70%。经过氧化氢脱色后BOD5/CODcr=0.600.30，与脱色前的BOD5/CODcr=0.23相比，说明废水的可生化性大大提高。中国城镇水网通过次氯酸钠和过氧化氢二种氧化剂的脱色实验研究，从实验结果可以看出，次氯酸钠作为脱色氧化剂，色度去除效果最好。同时，经二种氧化剂脱色后，废水的可生性都有所提高，尤其是过氧化氢脱色后，BOD5/CODcr比值由0.23提高至0.6，废水的可生化性大大提高。3.2混凝沉淀实验3.2.1混凝沉淀最佳pH实验图3pH值与CODcr去除率的关系曲线对经次氯酸钠和过氧化氢脱色后的废水进行混凝试验，由于pH值对混凝效果影响较大，因此先进行pH优化试验。本试验选用的混凝剂为聚合氯化铝PAC、硫酸铝AS、硫酸铁FS、聚丙烯酰胺PAM，调节次氯酸钠脱色后的废水pH在5～10，加入等量不同的混凝剂，测定上清液CODcr，试验结果如图3所示。从图4中可以看出，三种混凝剂在pH为8～10时混凝效果最好，其中聚合氯化铝PAC最佳pH在9～10，而硫酸铝为8～9，硫酸铁为7～9。3.2.2混凝剂的选择和最佳投药量的确定（1.）原污水的混凝沉淀利用三种混凝剂聚合氯化铝、硫酸铝、硫酸铁对原污水进行了混凝沉淀实验研究，由于污水的pH为8～9，在混凝沉淀的最优pH范围内，故不用单独进行pH值调节。图4原污水中不同混凝剂加药量与CODcr去除率的关系曲线中国城镇水网在实验过程中发现当原污水中投加聚合氯化铝时，在污水中会立即产生泡沫悬浮状物质，每100ml污水加入15ml聚合氯化铝溶液时(Al2O3质量百分数为10%)几乎全部生成泡沫悬浮状物质，只剩有极少量的污水，而且这种生成物在电炉上会烧结为颗粒状物质。硫酸铝和硫酸铁的混凝沉淀效果如图4所示。从图中可以看出，在原污水中投加的各种混凝剂中，硫酸铝混凝沉淀效果最好，在投药量为4g/L时，CODcr去除率可达到62.5%，这时污水CODcr浓度由88100mg/L降低至33003mg/L，但这时的污水色度仍然比较高。硫酸铁的混凝效果较差，CODcr去除率只有50%左右。（2.）脱色后污水的混凝沉淀在经次氯酸钠脱色后的污水中，在各混凝剂最佳pH条件下投加不等量混凝剂，测定污水的CODcr浓度，实验结果图5所示。图5脱色污水中混凝剂加药量与CODcr去除率的关系从图5可以看出，硫酸铁效果最差，平均去除率仅为35%左右，且污染絮体颗粒较小，不易沉淀分离；聚合氯化铝效果最好，污水CODcr浓度由33500mg/L降低至17420mg/L，去除率为48%，BOD5浓度降低至7719mg/L，其去除率为33.46%，并且在混凝过程中产生的絮体颗粒大，固液分离较快。因此，在脱色后的污水中首选聚合氯化铝作为混凝剂，最佳投药量为3～5g/L。另外，在试验过程中发现，当脱色后废水中如果含有多余的次氯酸钠，投加聚合氯化铝后，次氯酸钠会和聚合氯化铝形成晶体状沉淀，这样会影响到混凝效果，因此，在对废水进行脱色时，一定要控制好次氯酸钠溶液的用量，不要有多余次氯酸钠(氯离子)存在于废水中。4.结论1.在次氯酸钠和过氧化氢中，次氯酸钠的脱色效果最好，色度去除率为95.8%，可使香料废水的色度由原来的2000降至85，该色度值与污水排放标准中的色度值相差很近。同时，污水的可生化性较脱色前有所提高。过氧化氢的脱色效果尽管没有次氯酸钠好，但经过氧化氢脱色后的废水可生化性大大提高，BOD5/CODcr比值可以达到0.6。2.聚合氯化铝、硫酸铝和硫酸铁三种混凝剂在pH为8～10时混凝效果最好，其中聚合氯化铝PAC最佳pH在9～10，而硫酸铝为8～9，硫酸铁为7～9。3.对次氯酸钠脱色后的污水进行混凝沉淀实验研究，结果表明在三种混凝剂中，混凝效果最差的是硫酸铁，平均去除率仅为35%左右，且污染絮体颗粒较小，不易沉淀分离；聚合氯化铝效果最好，去除率可以达到48%，并且混凝过程中产生的絮体颗粒大，固液分离较快。因此，在次氯酸钠脱色后的污水中首选聚合氯化铝作为混凝剂。在次氯酸钠脱色后的污水中应用聚合氯化铝进行混凝沉淀时，污水中多余的氯离子会起到干扰作用，中国城镇水网影响到污水沉淀效果。而氯离子对硫酸铝混凝剂则没有这种干扰作用。因此，在应用聚合氯化铝作为混凝剂时，必须严格控制污水脱色时次氯酸钠的投加量。4.香料废水经次氯酸钠脱色和混凝沉淀之后，CODcr浓度降低为17420mg/L，BOD5浓度降低至7719mg/L，CODcr和BOD5的去除率分别达到80.23%和65.07%。尽管经脱色和混凝沉淀处理之后的废水浓度仍然较高，但废水的可生化性大大提高，由原来的0.23提高至0.44，这为污水的后续生物处理创造了条件。参考文献：1.陈秋东,林华等,两段生物接触氧化法处理香料香精废水的生产性工艺研究，《香料香精化妆品》,Vol.2,No.120022.徐中其,戴航,难降解有机物废水处理新技术,《江苏环境科技》,Vol.13,No.2,20003.郑一新,王宏,DAF-ASBR处理香料废水工艺研究,《给水排水》,200026（1）4.孙佩石等,湿式氧化法处理高浓度有机废水的动力学模型,《环境科学》,1999，No.25.扬琦等,湿式氧化处理香料废水《给水排水》,Vol.24,No.11,19986.陆培熙,香料老工艺的环保改进《化学世界》,No.2,1998中国城镇水网