塑料顆粒污水處理設備水質(zhì)工程師實(shí)驗檢測

塑料顆粒污水處理設備水質(zhì)工程師實(shí)驗檢測

廢水脫色主要有物理法和化學(xué)法。物理法中常見(jiàn)有活性炭吸附法和有機、無(wú)機材料絮凝法，但物理法處理效率低，藥劑用量大，需要二次過(guò)濾，產(chǎn)生固廢，而化學(xué)法選擇到合適的藥劑再配合合理的工藝可以避免物理法的所有缺點(diǎn)。早期人們使用芬頓法來(lái)處理高色度廢水，但需要二次處理并產(chǎn)生大量廢渣;也有用次氯酸鈉處理，但部分殘留的藥劑對預處理廠(chǎng)接觸氧化池內微生物有影響;實(shí)際生產(chǎn)中，一般也使用保險

試劑：32%NaOH溶液(工業(yè)品);30%HCl溶液(工業(yè)品);5%H2O2(南京化學(xué)試劑廠(chǎng)，分析純);二氧化硫脲(南京化學(xué)試劑廠(chǎng)，分析純)。

儀器：250mL錐形瓶、溫度計、電加熱型磁力攪拌器(IkaBasic2)、梅特勒移動(dòng)式pH計(SG－02)、液相色譜儀(Waterse26－95)。

1.3 實(shí)驗方法

各取表1中活性染料廢水樣品2

根據氨氮廢水中含有的有機物成分的含量、種類(lèi)等指標，將氨氮廢水分為無(wú)機類(lèi)氨氮廢水和有機類(lèi)氨氮廢水。根據廢水中氨氮濃度的不同，還可將廢水分為高濃度氨氮廢水、中等濃度氨氮廢水、低濃度氨氮廢水。其中高濃度氨氮廢水主要產(chǎn)生于化工廢水、化肥廢水、焦化廢水、味精廢水、垃圾滲濾液和養殖廢水。目前生活廢水和低濃度工業(yè)廢水的氨氮處理工藝主要采用生化法，技術(shù)經(jīng)濟水平和推廣應用情況較好。但是，化工、有色等以高濃氨氮廢水為主的8個(gè)行業(yè)氨氮排放量占全國工業(yè)氨氮排放總量的85.9%，氨氮去除率不到68%。這類(lèi)高濃度氨氮廢水處理采用的空氣吹脫等傳統技術(shù)存在二次污染、能耗高、處理能力有限或設備內部易結垢等問(wèn)題，且很難回收廢水中的氨資源。這類(lèi)高濃度氨氮廢水的氨氮往往來(lái)源于生產(chǎn)原料，資源化回收、循環(huán)利用價(jià)值大，是我國氨氮排放總量控制的關(guān)鍵污染源，但由于這些高濃氨氮廢水組成復雜、對處理設備要求高，一直缺乏綠色、高效的規模處理技術(shù)與裝置，研究高效、綠色的氨氮處理工藝，回收價(jià)值副產(chǎn)物，建設氨氮廢水處理工程，并進(jìn)一步實(shí)現國產(chǎn)化顯得十分必要。

2017年4月以來(lái)，甕福(集團)有限責任公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)甕福集團)依托磷資源優(yōu)勢及濕法磷酸凈化技術(shù)、工業(yè)園區強大的環(huán)境消納能力及多年積淀的自主創(chuàng )新實(shí)力等要素保障和比較優(yōu)勢，挺進(jìn)新能源材料產(chǎn)業(yè)，布局鋰電正極材料前驅體，建設了20kt/a無(wú)水磷酸鐵項目。園區廢水主要來(lái)源于電池前驅體生產(chǎn)車(chē)間的清洗廢水和氨法脫硫、磷酸一銨和磷酸二銨裝置產(chǎn)生的含氨氮冷凝液，其中清洗廢水的氨氮平均質(zhì)量分數為0.5%，含氨氮冷凝液中的氨氮質(zhì)量分數在0.03%左右，這些廢水不經(jīng)處理無(wú)法達到國家規定的《污水綜合排放標準》(GB8978—1996)要求。如果采取直排的方式會(huì )造成水體的富營(yíng)養化、誘發(fā)造成水體的黑臭，而且將增加處理難度和處理成本，甚至對人群及生物產(chǎn)生毒害。若用傳統氣流烘干、蒸發(fā)結晶則投資較大，成本很高，很不經(jīng)濟。為此，甕福集團與浙江某公司進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，并將設計意圖定位為：裝備全國產(chǎn)化、資源化回收利用、低成本、有利潤、，等。充分發(fā)揮園區化肥平臺消納能力，規劃建設配套的500kt/a氨氮廢水處理裝置，最終將廢水轉化為副產(chǎn)品硫酸銨造粒出口國外市場(chǎng)。

1、選擇

工業(yè)廢水的氨氮去除方法主要包括物化法、膜分離法及生物法等。其中物化分離技術(shù)中有吹脫法、離子交換法、折點(diǎn)氯化法、活性炭吸附法等。膜分離技術(shù)中有反滲透膜、脫氣膜等。對某一類(lèi)特征廢水，氨氮處理技術(shù)的選擇主要取決于水的性質(zhì)、要求達到的處理效果和經(jīng)濟性。

對于高濃度氨氮廢水處理應用較多的方法是空氣吹脫法、化學(xué)沉淀法、生物硝化和反硝化法等，其中對于無(wú)機類(lèi)氨氮廢水的處理，以前兩種方法應用較多，而對于有機類(lèi)氨氮廢水的處理，則以生物硝化和反硝化法為主。對于較高濃度氨氮廢水用一種方法處理，很難達到國家排放標準，所以對于高濃度氨氮廢水通常用聯(lián)合法處理以達到排放要求。

1.1 物化法

1.1.1 吹脫法

煉鋼、石油化工、化肥、有色金屬冶煉等行業(yè)的廢水常含有很高濃度的氨，常用蒸汽吹脫法處理?；厥绽玫陌笨傻窒糠钟糜诋a(chǎn)生蒸汽的費用，其抵消程度取決于廢水中氨的濃度。一般用石灰來(lái)提高廢水的pH值。用蒸汽比用空氣更易控制結垢現象，若用苛性鈉則可減輕結垢程度。

采用蒸汽吹脫法時(shí)，產(chǎn)生蒸汽所耗費用較高。吹脫后的酸性廢水的氨氮質(zhì)量濃度一般控制在50mg/L左右，以便為下步的生物處理提供足夠的氮。

蔡秀珍等采用吹脫法對太原某化肥廠(chǎng)產(chǎn)生的高濃度氨氮(質(zhì)量濃度為3~4g/L)廢水進(jìn)行處理，氨氮去除率達到95%以上，外排廢水pH值7.8。吹脫出的氨氣以w(HCl)25%的鹽酸兩次吸收回用于生產(chǎn)線(xiàn)，既做到了產(chǎn)品回收利用，又不產(chǎn)生二次污染，具有很好的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。

來(lái)源于電解錳廠(chǎng)和電解鉻廠(chǎng)的廢水含有高濃度的氨氮，可以銨的形式回收此類(lèi)廢水中的氨，但一般都采用氧化塘系統通過(guò)沉降、曝氣及自然蒸發(fā)進(jìn)行處理。

塑料顆粒污水處理設備水質(zhì)工程師實(shí)驗檢測1.1.2 化學(xué)沉淀法

采用化學(xué)沉淀法處理高濃度氨氮廢水，可以回收其中的氨，生成的磷酸銨鎂沉淀是一種很好的復合肥緩釋劑?；瘜W(xué)沉淀法應用于廢水處理從20世紀六七十年代就已經(jīng)開(kāi)始。1977年日本KenichiEbata等人在氨氮廢水中添加Mg2+和PO43-。使之與NH4+生成難溶復鹽MgNH4PO4•6H2O(稱(chēng)MAP)，通過(guò)MAP去除廢水中的NH4+。用MgCl2•6H2O和Na2HPO4•12H2O處理氨氮質(zhì)量濃度為1100mg/L的焦化廢水，處理后(pH值調至9)氨氮質(zhì)量濃度小于100mg/L。

LiXZ等人對氨氮質(zhì)量濃度為5618mg/L的垃圾滲濾液進(jìn)行處理，Mg2+∶NH4+∶PO43-摩爾比為1∶1∶1時(shí)，廢水中殘留氨氮質(zhì)量濃度為172mg/L，投加過(guò)量10%的Mg2+或PO43-。氨氮質(zhì)量濃度可分別降為112mg/L和158mg/L，再多加Mg2+或PO43-，剩余氨氮濃度幾乎不變；ZdybiewskaMW等人用MgCl2和H3PO4對稀釋的焦化廢水和氮肥廠(chǎng)污水處理，三者按化學(xué)方程式比例反應，氨氮去除率不到70%，當MgCl2和H3PO4過(guò)量50%，氨氮去除率超過(guò)80%。

1.2 膜分離法

采用反滲透膜和脫氣膜對氨氮廢水進(jìn)行處理，往往可以使得處理后的出水達到排放或回用要求。

KoyuncucI等人用反滲透法處理Elmali水庫中的氨(質(zhì)量濃度為4mg/L)，出水氨質(zhì)量濃度降到0.2mg/L以下，氨氮去除率95%。

楊曉奕等人采用電滲析法和聚丙烯(PP)中空纖維膜法處理高濃度氨氮無(wú)機廢水可取得良好的效果，電滲析法處理質(zhì)量濃度為23g/L的氨氮廢水，去除率在85%以上，同時(shí)可獲得質(zhì)量濃度為8.9%的濃氨水。PP中空纖維膜法脫氨效率在90%以上，回收的硫酸銨質(zhì)量分數在25%左右。

膜分離法的難點(diǎn)在于防止膜的滲漏。為了保證較高的通量，一般的微孔膜的膜厚度都比較小，膜兩側的水相在壓差的作用下很容易發(fā)生滲漏。此外，廢水中的氨氮在傳遞的過(guò)程中容易發(fā)生膜的伴生蒸餾現象。因此，如何在保證氨氮傳質(zhì)通量下，有效防止膜的滲漏和減緩膜的伴生蒸餾是廣泛應用膜分離法的重要內容。

1.3 生物法

近30年來(lái)，生物法脫氮技術(shù)取得了飛速的發(fā)展，并已在生產(chǎn)實(shí)踐中得到廣泛應用。

馬雁林采用A/O生物脫氮技術(shù)處理焦化廢水進(jìn)行了開(kāi)工調試，對COD和NH3-N的去除率分別可達96%和99%，在好氧池后增加一級混凝沉淀處理，可進(jìn)一步使COD質(zhì)量濃度降低20%左右。

文一波等人的研究表明：A2/O法處理焦化廢水，當進(jìn)水COD和NH3-N質(zhì)量濃度分別為1200mg/L和240mg/L時(shí)，出水COD和NH3-N質(zhì)量濃度分別為78mg/L和4.7mg/L，總氮去除率為49%，其中厭氧酸化對整個(gè)系統的處理效果起著(zhù)舉足輕重的作用。邵林廣等人在相同運行條件下進(jìn)行了A2/O與A/O固定床處理焦化廢水的比較試驗，結果發(fā)現：A2/O系統的處理效果明顯優(yōu)于A(yíng)/O系統，出水COD和氨氮平均質(zhì)量濃度為10~30mg/L和25.8mg/L，在系統穩定性和抗沖擊負荷能力上也明顯優(yōu)于A(yíng)/O系統。

VanBerthumWAJ等人研究了膜法硝化-泥法反硝化組合工藝的脫氮效果，發(fā)現在后置反硝化時(shí)，硝化過(guò)程中氨氮被氧化為硝酸鹽氮，而前置反硝化時(shí)，硝化主要保持在亞硝酸鹽階段。ShiskowskiDM等人采用前置反硝化工藝處理垃圾滲瀝液，認為反硝化使廢水中堿度增加，造成硝化段pH值上升，游離氨的濃度增加，從而對硝化作用產(chǎn)生一定的抑制。

張文藝等人在微電解-混凝-SBR活性污泥法處理焦化廢水的研究中，采用微電解、混凝作為預處理措施，結果表明，微電解-混凝能提高廢水的可生化性(BOD5/CODCr由處理前的28%提高到處理后的54%)。同時(shí)能去除部分焦化廢水中的COD、酚、氰、硫化物等有機污染物。用微電解-混凝-SBR串聯(lián)工藝處理馬鞍山鋼鐵公司焦化廠(chǎng)焦化廢水，SBR出水中COD及NH3-N質(zhì)量濃度分別低于100mg/L和15mg/L，總去除率均在90%以上。

用生物法處理含氨氮廢水時(shí)，有機碳的相對濃度是考慮的主要因素，維持最佳碳氮比也是生物處理法成功的關(guān)鍵之一。若廢水性質(zhì)不宜直接進(jìn)行生物處理，可先采用物化方法以去除其中大部分污染物質(zhì)，提高污水的可生化降解程度和生物適應性，最終達到排放標準。

1.4 工藝路線(xiàn)選擇

根據廢水特性，甕福集團氨氮廢水處理工程建設項目計劃采用多種組合工藝，綜合反滲透膜對鹽分高截留率特點(diǎn)，將鹽分提升，水量減少，降低蒸發(fā)能耗。同時(shí)結合樹(shù)脂技術(shù)特點(diǎn)，以成本保證外排水氨氮、總磷等穩定達標排放。

2、項目實(shí)施

該項目位于甕福集團下屬甕?；す揪w硫酸銨裝置，計劃分兩期建設?？偼顿Y4000萬(wàn)元，一期投資近1000萬(wàn)元，新建1套20t/h廢水預處理系統，包括中和壓濾、高截留型超濾、反滲透、樹(shù)脂、保安過(guò)濾器、化學(xué)清洗、加藥等單元，一期項目建成后生產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)生的洗水經(jīng)過(guò)脫鹽濃縮、電滲析后與生產(chǎn)線(xiàn)母液水一并進(jìn)入甕?；す粳F有蒸發(fā)系統處理，含氨蒸發(fā)冷凝液廢水經(jīng)2級反滲膜脫鹽濃縮后進(jìn)入甕?；す粳F有制肥裝置消化利用。項目二期計劃投資3000萬(wàn)元，新建1套45t/h洗水預處理系統及對甕?；す粳F有三效蒸發(fā)系統進(jìn)行改造成MVR蒸發(fā)系統。

該項目于2017年10月7日開(kāi)工建設，2018年1月12日主體設備全部安裝完成，由于設計指標與原水的指標相差較大，又對磷酸一銨原水增加了預處理設施，于5月24日磷酸一銨冷凝水進(jìn)行了單機試車(chē)和聯(lián)動(dòng)試車(chē)，經(jīng)過(guò)2個(gè)多月的試運行，水的指標達到預期效果，順利通過(guò)72h性能考核，實(shí)現裝備國產(chǎn)化和中水全回收。

3、工藝技術(shù)的性和特點(diǎn)

污水主要來(lái)源為磷酸鐵反應洗水和磷酸一銨冷凝液，高鹽廢水膜濃縮系統設計能力528t/d，其中磷酸鐵反應洗水240t/d，每小時(shí)處理量為10m3；磷酸一銨冷凝液288t/d，每小時(shí)處理量為12m3。最終合格產(chǎn)水要求：ρ(NH3-N)≤10mg/L，ρ(F)≤10mg/L，總磷質(zhì)量濃度小于或等于1mg/L。

氨氮廢水深度處理系統包括中和壓濾、高截留型超濾、反滲透、樹(shù)脂、保安過(guò)濾器、化學(xué)清洗、加藥等單元；二期項目建成后生產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)生的洗水經(jīng)過(guò)脫鹽濃縮后與生產(chǎn)線(xiàn)母液水一并進(jìn)入改造后的MVR蒸發(fā)系統，產(chǎn)出質(zhì)量分數為40%的磷酸銨、硫酸銨混合液，送至園區制肥裝置資源化回用，淡水和MVR冷凝液再入樹(shù)脂系統進(jìn)行氨氮深度脫除后達標外排或回用。

3.1 工藝流程

該項目一期要處理磷酸鐵洗水和MAP冷凝液2股氨氮廢水，洗水進(jìn)入RO1脫鹽，經(jīng)RO1脫鹽后的濃水則進(jìn)入RO2再度濃縮，RO2淡水回到前段RO1，RO2濃水進(jìn)入現有制肥裝置資源化利用；MAP冷凝液與RO1脫鹽后的淡水一起進(jìn)入RO3，RO3濃水回到RO1，RO3淡水進(jìn)入樹(shù)脂吸附塔深度脫除氨氮后的合格水回用。

00mL，分別加入5mL的5%二氧化硫脲，攪拌10min后取5mL樣－1備用;然后使用32%NaOH將各樣pH值調至9.5～10，攪拌60min后，取5mL脫色后的樣－2備用;為了考察處理后的體系穩定性，向有明顯脫色效果的樣品中加入10mL的5%雙氧水，攪拌60min，觀(guān)察有無(wú)明顯的返色，有明顯返色的取5mL樣－3備用。

1.4 測試方法

(1)樣品的CODCr測定采用重鉻酸鉀法;

(2)樣品色度CD測定采用稀釋倍數法;

(3)樣品成分采用高效液相色譜分析，方法如下：

色譜柱：安捷倫C18柱;

流動(dòng)相：A：0.005mol/L某試劑水溶液，B：乙腈，梯度洗脫;

流速：1mL/min;

檢測波長(cháng)：416nm;

溫度：25±2℃;

進(jìn)樣量：5μL。

2、結果與討論

2.1 脫色效果與返色結果

選取了多臺磁力攪拌器同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗，采用1.3方法操作，被處理的三種染料廢水樣品均能被大幅降低色度，直至近無(wú)色，脫色效果較好;考慮到還原劑易被空氣氧化和還原態(tài)的穩定性，每步均取樣留置，同時(shí)采用添加強氧化劑雙氧水來(lái)考察脫色后的穩定性。相關(guān)實(shí)驗數據如表2。

粉來(lái)降低廢水色度，但保險粉儲存和使用都有安全風(fēng)險。

二氧化硫脲作為還原劑、漂白脫色劑、塑料穩定劑或抗氧劑廣泛應用在印染、造紙等行業(yè)。它為白色粉末狀晶體，晶體本身是一種既無(wú)氧化性又無(wú)還原性的化合物。水溶液呈弱酸性，在酸性溶液中，性質(zhì)穩定;但在堿性溶液中，它會(huì )逐

蒽醌結構或多環(huán)酮結構還原脫色一般為：染料或中間體經(jīng)還原后形成隱色體，在酸性條件下溶解度低，堿性下成鈉鹽，溶解度好。但絕大部分蒽醌還原染料的隱色體鈉鹽的色澤均較未還原染料的顏色深一些。

在二氧化硫脲的強堿溶液中，脂肪族、脂環(huán)族及芳香族酮類(lèi)化合物很容易被還原成相應的仲醇，部分酮類(lèi)還可進(jìn)一步還原為烷烴，二氧化硫脲和氫氧化鈉的用量、反應溫度及反應時(shí)間決定著(zhù)最終還原產(chǎn)物。

漸分解成尿素和活潑的強還原劑次硫酸，而次硫酸會(huì )進(jìn)一步分解出新生態(tài)氫。故在堿性溶液中，會(huì )產(chǎn)生遠高于保險粉的還原電位，達到相同還原電位的用量?jì)H為保險粉的20%～25%。與保險粉比二氧化硫脲具有更強還原性、更好熱穩定性，儲存運輸方便，在使用過(guò)程中亦無(wú)污染等特點(diǎn)，為是保險粉的替代品。本文旨在探討其應用于預處理高色度活性染料廢水的效果。

1、實(shí)驗部分

1.1 實(shí)驗原理

水溶液中二氧化硫脲存在甲、乙二種同分異構體，異構體甲性質(zhì)相對更穩定。在微酸性、中性及常溫下，二氧化硫脲以甲的形式存在，不易分解，穩定性較好。在堿性增強、溫度升高時(shí)甲很容易發(fā)生重排轉變成異構體乙，而乙的穩定性較差，易分解產(chǎn)生尿素和具有很強還原性的次硫酸。即隨著(zhù)pH的升高，二氧化硫脲穩定性顯著(zhù)降低，實(shí)驗表明：pH＞10時(shí)，時(shí)間為1h以上，分解率大于50%;繼續升高pH和延長(cháng)時(shí)間，分解率可達70%以上;即使是穩定的水溶液，50℃以上也會(huì )分解，但在40℃下穩定性很好。