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难生物降解有机污废水处理新技术
2017-08-07 14:05:53  作者:  来源:给水排水  
  •   污废水因其含有超过环境所容许的化学物质而造成水环境污染,其中相当部分是有机物引起的。污废水的生物处理就是利用微生物的种类多、数量大、总体代谢作用强的特点,将污废水中可资利用的有机物进行分解转化的过程。

  污废水因其含有超过环境所容许的化学物质而造成水环境污染,其中相当部分是有机物引起的。污废水的生物处理就是利用微生物的种类多、数量大、总体代谢作用强的特点,将污废水中可资利用的有机物进行分解转化的过程。

  污水的生物可处理程度,目前主要采取污废水的五日生化需氧量(BOD5)与污水的铬法化学需氧量(COD)的比值进行表示,也叫污废水的可生化性(B/C)。依据研究和经验总结,当B/C大于0.45时,称为极易生化,污废水的生化性能优异,经过以生化为主体的工艺处理后就可直接符合环境要求;当B/C在0.3~0.45时,称为易生化,污废水的生化性良好,污废水经主体工艺处理后,出水可满足大多环境要求;当B/C在0.2~0.3时,称为可生化,污废水尚可采用生物方法处理,处理工艺除生化工艺外,还需进一步强化后续处理工艺,才能符合环境排放要求;当B/C在0.1~0.2时,称为难生化,污废水虽可采用生物处理工艺,但需通过强化前处理以提升其可生化性,同时加强后续深度处理;而对于B/C小于0.1的情况,则称为极难生化,此种情况下污废水的处理其主体工艺则需考虑选用具有更好处理效果的物化或化学工艺,生化处理工艺已不再是优先选项。

  1、难生物降解有机废水的来源及其水质特征

  难生物降解有机废水主要是指可生化性小于0.2但还需继续处理的水,其来源非常广泛,大体可以分为以下四类:第一类是生活污水生化处理出水或尾水;第二类是高浓度生化性好的废水处理出水;第三类是园区综合废水处理出水;第四类是生物毒性大的工业废水排水。

  第一类生活污水生化处理出水,其来源是城市、城镇以及人员集中生活居住地的生活污水。这类水总体特征是水量大、营养较为丰富、COD在100~300mg/L,可生化性良好(B/C大于0.3),经以生化为主体的工艺处理后,原污水中的大部分有机物均得到非常充分的降解,出水中的有机物主要有两类,一是污水中本身就存在的微生物处理过程中剩下难啃的“硬骨头”,二是微生物在分解污废水中的有机物时新产生的代谢产物,二者都属于难生物降解部分,因此出水虽然达到了原有排放标准,但其可生化性已然从大于0.3降到0.2以下。国家实行新的排放标准后,对于出水的深度处理,尤其是对难生物降解有机物的去除就显得尤为重要。

  第二类高浓度生化性好的废水生化处理出水,其来源有畜禽养殖废水、垃圾渗滤液、食品行业加工废水等,这类水一般地点较为偏远、周边缺少二级纳污处理设施,单个企业排水规模一般为每天100~300m³。这类水营养虽丰富,可生化性好,但因COD非常高,可达5000~20000mg/L,经生化工艺处理后,其COD仍在1500~2000mg/L或以上,可生化性已然从0.3~0.6降至0.1以下,既不能满足排放需要,也满足不了回用需求,因此需要继续进一步深化处理。

  第三类园区综合废水处理出水,其来源主要为工业园区的少量生活污水与园区工业企业排放的经过处理符合相关要求出水的混合水,这类水的总体特征为工业排放水量大,COD在100~500mg/L,缺营养,可生化性差,B/C小于0.2,甚至0.1,与园区生活污水混合后,营养虽有改善,但因生活污水相对少,形成的综合废水仍难采取单一的生化工艺进行达标处理,必须经深度处理才能满足回用或排放要求。

  第四类生物毒性大的工业废水排水,这类水来源于工业企业的生产,其排水规模因企业生产对象不同有很大不同,有的排放量少,污染物浓度不仅非常高,而且变化幅度大,如家具生产排放水,日排放量3~5m³,水质变化却非常大,COD在3000~200000mg/L;再如某些选矿企业排放水,日排放量1~2m³,COD却高达130000mg/L以上。有的排放量大,污染物浓度变化幅度相对较小,如制革废水、印染废水、造纸废水等,这类企业日排放量达2000~5000m³,COD却只在2000~4000mg/L变化。这类水由于营养相对缺乏,可生化性差,生物毒性大,属于典型的难生物降解有机废水,若选取常规的工艺技术进行处理,出水COD要达到500mg/L甚至100mg/L以下的排放要求是相当困难的。

  2、现有难生物降解废水的深度处理技术

  现有难生物降解废水的深度处理技术目前主要有活性炭或硅藻土吸附技术、反渗透膜技术、微电解技术、光化学/臭氧氧化技术、类芬顿氧化技术、湿法氧化技术以及超临界氧化技术等,这些技术或多或少都在难生物降解废水出水的深度处理中得到不同程度的应用,尤其是活性炭吸附技术、反渗透膜技术应用较为普遍。

  活性炭吸附技术是通过活性炭材质的多空结构吸附性能将水中难生物降解的大分子物质吸附到活性炭的多孔介质结构中,从而降低出水中有机物的浓度,由于污染物只是转移,并没有进行彻底的分解处理。因此,当活性炭吸附达到吸附平衡或吸附饱和时,就需要对活性炭进行再生处理。在活性炭吸附性能一定的情况下,水中污染物浓度越低,达到吸附饱和或吸附平衡的时间就越长,处理水量就越多,因此通常利用活性炭来进行接近满足排放要求的尾水处理。

  反渗透膜分离技术是利用水中溶质粒径不同、浓度不同,其渗透压有明显差异的原理,通过加压方式将水从含溶质分子种类多、浓度高的一侧通过膜逆向进入到溶质分子种类少、浓度低的一侧的物理分离方法。反渗透膜分离技术的分离效率或产水效率在50%~75%,经过反渗透膜分离后,出水水质相对较好,可直接回用或排放。分离后有机物就被截留在余下25%~50%的水中,形成浓溶液。浓溶液一方面还有待继续处理,另一方面会对膜造成污染和腐蚀破坏,处理不好会严重影响膜的使用寿命。

  3、异相催化氧化新技术

  异相催化氧化新技术又称超级催化氧化技术,或纳米催化氧化技术,是对现有Fenton技术的一种革新,因此本质上仍然属于Fenton氧化法,其新颖性主要体现在分解H2O2的异相催化剂RMD-1上。基本原理与Fenton氧化相似,即在新型异相催化剂RMD-1的作用下,H2O2被分解为高活性的羟基自由基(˙OH),这种˙OH在25℃、浓度为1mol/L时的氧化还原电位高达2.8V,能在常温常压下将难生物降解或难化学氧化的绝大多数大分子有机污染物分步快速地转化为含多个羟基自由基的小分子物质,并最终转化为二氧化碳和水。

  3.1反应体系pH的影响

  对于Fenton氧化法处理有机废水的试验研究,大多数试验研究表明初始pH在3~4有良好的反应速率和反应效果。而在研究新型异相催化剂RMD-1作用下H2O2分解过程中,发现反应体系中无论有机物是否存在,该催化分解反应都会不断产生氢离子(H+),结果都会导致反应体系pH不断下降,依据H2O2加入量的不同,pH可以降到3~0.5,甚至更低,直到H2O2分解完全为止。

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