【技术论文】集成膜技术处理重金属废酸水;……
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【技术论文】目录:
之一:超滤+反渗透技术在电镀废水中水回用中的应用
之二:集成膜技术处理重金属废酸水
之三:新型纳米絮凝剂应用在印染PVA退浆废水
之四:超声波处理高浓度有机废水
之五:聚合氯化铝铁(PAFC)在污水脱磷中的研究应用
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之一:超滤+反渗透技术在电镀废水中水回用中的应用
干建文 张闰容 杨凯 余浪峰
(杭州碧源环境工程设备有限公司310000)
摘要:电镀企业采用超滤+反渗透工艺对电镀综合排放废水进行深度处理,使其满足电镀工艺用水的水质要求。作者介绍了系统工艺的设计流程以及设备的运行现状,经过该工艺处理后的出水达到电镀工艺的用水要求。通过中水回用,可以为电镀企业节约自来水的用量,社会及经济效益显著。
关键词:电镀废水;中水回用;超滤;反渗透
前言
电镀是利用化学和电化学方法在金属或在其它材料表面镀上各种金属。电镀技术广泛应用于机器制造、轻工、电子等行业。
电镀废水的成分非常复杂,除含氰(CN-)废水和酸碱废水外,重金属废水是电镀业潜在危害性极大的废水类别。根据重金属废水中所含重金属元素进行分类,一般可以分为含铬(Cr)废水、含镍(Ni)废水、含镉(Cd)废水、含铜(Cu)废水、含锌(Zn)废水、含金(Au)废水、含银(Ag)废水等。电镀废水的治理在国内外普遍受到重视,研制出多种治理技术,通过将有毒治理为无毒、有害转化为无害、回收贵重金属、水循环使用等措施消除和减少重金属的排放量。随着电镀工业的快速发展和环保要求的日益提高,目前,电镀废水治理已开始进入清洁生产工艺、总量控制和循环经济整合阶段,资源回收利用和闭路循环是发展的主流方向。
针对我国家目前电镀行业废水的处理现状的统计和调查,广泛采用的主要有7不同分类的方法:(1)化学沉淀法,又分为中和沉淀法和硫化物沉淀法。(2)氧化还原处理,分为化学还原法、铁氧体法和电解法。(3)溶剂萃取分离法。(4)吸附法。(5)膜分离技术。(6)离子交换法。(7)生物处理技术,包括生物絮凝法、生物吸附法、生物化学法、植物修复法。
我公司在实际工程中的运行状况,我公司是把厂区废水通过预处理后再进入膜系统进一步处理达到回用的标准。这样很好对水资源的充分利用。众所周知,膜系统运行状况是非常稳定,但是稳定是建立在充分做好预处理和日常维护的基础上,因为膜系统对进水水质要求比较高。
工程介绍
本中水工程项目规模为500m3/d,设计回收率大于60%,设计回用水量大于300m3/d,回用后的水质到达电镀工艺用水标准。
1.1电镀废水排放水质
膜处理工艺进水指标,按《电镀污染物排放标准》GB21900-2008表3标准执行,主要技术参数如下(实测水质):
1.2本工程反渗透产水水质
中水回用处理系统
2.1工艺流程
工艺流程分为预处理系统、超滤系统、反渗透系统、清洗系统及加药系统五部分。工艺流程图见下图:
1)处理工艺
取水泵→原水箱→原水增压泵→砂滤器→10u精密滤器→超滤膜组件→中间水箱→反渗透增压泵→5u保安滤器→反渗透高压泵→反渗透膜组件→反渗透产水
2)化学清洗工艺
清洗药剂→清洗水箱→清洗泵→5um清洗过滤器→膜组件
2.2主要工艺单元及特点
2.2.1预处理系统
预处理主要目的是去除原水中的悬浮物、胶体、色度、浊度、有机物等妨碍后续工艺系统正常运行的杂质,降低原废水中的硬度,保证后续系统的安全运行。
采用立式多介质过滤器,系统设置一套预处理系统,采用1台直径2200mm的多介质过滤器,设计流速8.58m/h,流量为25m3/h/台,内填石英砂和无烟煤;一台过滤器连续运行,以保障其后续供水的连续稳定。
多介质过滤器主要利用合适级配的无烟煤和石英砂,利用合适的运行滤速去除原水中的泥沙、悬浮物、胶体等杂质,降低SDI(污染指数)值,对原水进行初步净化,降低进水的浊度并保证过滤出水污染指数,达到后续设备的进水要求。
过滤器工作一段时间后,其进出口压差增大(压差增加0.05—0.07Mpa),滤料截留杂质太多失去吸附截留的作用,此时需要进行反洗,以恢复滤料的过滤效果。
2.2.2超滤系统
超滤系统包括超滤装置、反洗装置、压缩空气储罐和反洗泵等设备。超滤膜分离技术具有占地面积小、出水水质好、自动化程度高等特点,本方案中预处理系统的主要处理装置为超滤装置,超滤膜采用材质为PP的中空纤维,其表面活化层致密,支撑层为海绵状网络结构,故耐压、抗污染、使用寿命长,且能长期保证产水水质,对胶体、悬浮颗粒、色度、浊度、细菌、大分子有机物具有良好的分离能力。
超滤膜的主要特点:
中空纤维外表面活化层孔隙率高,故纤维单位面积产水量大;
中空纤维强度高,采用反向冲洗和气洗工艺,使组件可在全流过滤状态下工作,化学清洗周期大大延长;
低操作成本;
操作和维护简单。
(1)超滤运行
超滤膜采用PP外压式超滤膜,该装置设计运行压力是0.1-0.25MPa。在膜表面沉积的固体颗粒,通过定期的反洗加以去除,这种反洗不必加入任何的化学清洗剂。固体污物在定期反洗中被除去,因此避免了其在膜附近的沉积。那些吸附在膜表面,不能被反洗去除的污物,需要通过在线的化学加强反洗(CEB)去除。此时膜组件不必移出,可以在线进行清洗。在化学加强反洗过程中,需要加入化学清洗剂。通过短时间的浸泡(通常为5-10分钟)和循环清洗后将化学清洗剂排出,此时超滤膜性能得以恢复。通常超滤膜不需要拆卸下来后进行清洗,因此避免了反复使用清洗剂可能产生的交叉污染。另外,在设备运行过程中,无需人工监视。
超滤装置采用错流过滤、气水反洗的全自动连续运行方式。装置设计处理量25m3/h,共设置1套超滤装置,25m3/h.套,循环水量约20m3/h.套。反洗水量为60m3/h.套,每套装置8040的膜元件20根,每根膜有效面积为60m2。系统运行为PLC全自动控制。易恢复,有高且稳定的透水量、使用寿命确保在三年以上。
主要技术参数
设计产水量:1×25m3/h
SDI值:≤4
操作温度:≤40℃
设计压力:≤0.2MPa
2.2.3反渗透系统
反渗透(RO)是一种借助于选择透过(半透过)性膜的功能,以压力差为推动力的膜分离技术,当系统中所加的压力大于溶液渗透压时,水分子不断地透过膜,经过产水流道流入中心管,然后在出水端流出,进水中的杂质,如:离子、有机物、细菌、病毒等被截留在膜的进水侧,然后在浓水出水端流出,从而达到分离净化目的。反渗透与一般单纯的筛分分离过程不同,无法象普通过滤那样可以无限浓缩(反渗透有浓差极化问题)。
超滤出水进入反渗透膜组,在压力作用下,大部分水分子和极微量一价离子透过反渗透膜,经收集后成为透过水,通过产水管道进入后续设备;水中的大部分盐分和胶体、有机物等不能透过膜,残留在少量浓水中,由浓水管排出。
(1)反渗透装置的性能参数
反渗透装置能力:25m3/h(25℃);
反渗透操作压力:1.3~1.6MPa;
反渗透装置水回收率:60%;
反渗透膜装置初始脱盐率:≥98%;
(2)反渗透装置的组成
反渗透装置主要由保安滤器、高压泵、反渗透膜元件、压力管及仪表管阀组成。保安滤器选用国产设备,高压泵、反渗透膜元件、压力管及部份仪表等选用进口或国产优质设备。选用1套反渗透装置。
系统运行效果
本中水回用系统于2012年11月11号投入运行,图1是2012年11月11号到2013年5月6号超滤运行半年的超滤的运行数据。
图1、图2给出了超滤在工程运行中超滤运行压力以及超滤产水量的变化情况,从图中曲线可以看出从2012年11月11日到2013年1月27日超滤运行压力慢慢上升至0.2Mpa左右,此时的产水通量基本稳定在25m3/h,这表明在运行过程中随着超滤膜面的污染,膜的运行阻力越来越大要保持稳定的产水量,需增加超滤膜的运行压力。在膜的运行压力上升至0.2MPa时对超滤膜进行化学清洗,从图1看在半年的运行时间中,总共进行了两次超滤膜的清洗清洗后的运行压力大幅回落,清洗周期为2个半月左右。
图3、图4、图5给出了反渗透在工程运行中反渗透运行压力、反渗透进出水电导以及反渗透产水量的变化情况,从图中曲线可以看出从2012年11月11日到2013年5月2日反渗透运行半年的过程中,一共进行了4次反渗透膜的化学清洗。这在反渗透运行压力这块可以比较明显的体现,在整个反渗透运行过程中产水电导均在200us/cm以下符合电镀工艺用水的水质要求。反渗透的产水通量也比较稳定在15m3/h。
工程经济分析
4.1工程投资
本工程总投资为75.67万,其中土建费用12万元,设备、设计及调试安装等其他费用为63.67万元。
4.2处理成本及经济效益分析
处理成本由电费、药剂费以及膜折旧费用组成。
电费:系统的总装机容量为43.8kw,运行功率440kw/d,电费按0.7元计算,则吨水运行成本为1.03元/吨。
药剂费:本工程所用的药剂主要有次氯酸钠、盐酸、亚硫酸氢钠、氢氧化钠、阻垢剂,总的处理费用为0.32元/吨。
膜折旧费:主要指超滤以及反渗透膜的折旧费用,吨水运行成本为0.69元/吨。
总运行成本:电费+药剂费+膜折旧费=2.04元/吨水
电镀企业采用中水处理设备后,每年可节约自来水为99000吨,按自来水+排污费4.5元/吨,中水价位2.04元/吨,每年仅水费可为企业节省24.35万元,设备投资费用为63.67万元,,则2年半左右就可收回设备投资费用。
结束语
由于电镀企业受到排放总量以及淡水资源匮乏的限制,中水作为电镀企业生产用水水源已经较为广泛的在电镀企业开始应用。目前UF+RO工艺系统在电镀企业中水回用越来越普遍,并且随着膜处理技术的发展,这项技术越来越成熟。整个中水回用系统为一体集成式设备,占地面小,施工简单,投资费用低,运行方便,不影响周边环境。
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之二:集成膜技术处理重金属废酸水
曲文军 张鲜苗
(山东天维膜技术有限公司261061)
摘要:许多工业生产过程中产生并排放大量的含重金属废酸水,这不仅严重污染环境,而且还造成了资源浪费。膜技术作为一种新型的分离技术,在回收废酸的同时又能回收重金属离子,因而在重金属废酸水处理中得到了较为广泛的应用。文章全面地综述了在重金属废酸水处理中应用较为广泛的膜分离技术及其组合工艺。
关键词:集成膜技术、膜分离,重金属,废酸水处理
含有各种重金属离子的废酸水主要来源于电镀、采矿、冶金、化成箔、钢铁酸洗等部门,其金属离子种类、含量及其存在形态随不同的生产种类而异。重金属废酸水排入天然水体会破坏水体环境,危害渔业和农业生产,污染饮用水源。重金属在水体中不能被生物降解,只能在各种形态之间相互转化、分散和富集。进入人体后会在人体的某些器官中积蓄起来,构成慢性中毒,严重危害人体的健康。因此控制和治理重金属废酸水的污染备受重视。传统上处理重金属废水的方法主要有中和法、化学沉淀法、离子交换法、物理吸附法等,这些重金属废酸水的处理方法都是一种污染的转移,将废水中溶解的技术转化成沉淀或者是更加易于处理的形式,对这些物质最终的处理,通常是进行填埋。然而对环境的危害依然长期存在,常常造成对地下水和地表水的污染,对这种污染的治理常常需要付出更加昂贵的代价。
膜分离技术作为一种高新技术在工业废水处理领域已有广泛的研究和探索,由于其分离效率高、无相变、节能环保、设备简单、操作简便等特点,使其在水处理领域具有相当的技术优势,已成为水处理领域中不可缺少的技术之一。集成膜分离技术应用到重金属废酸水的处理中,不仅使其达到达标排放的标准,而且能回收有价资源。所谓集成膜就是一种膜和另外一种或几种膜的组合。集成膜有利用实现废水的零排放,通过集成膜工艺,渗透液可回用生产或直接排放,浓缩液可达到回用和进一步回收处理的要求。
1.扩散渗析膜去除重金属废酸水中的酸
扩散渗析膜回收废酸采用的是渗析原理,是以浓差做推动力。主要用于酸与金属盐类混合液的分离、提纯。回收的酸可循环使用,分离酸后的残液可回收有用金属。扩散渗析膜法回收废酸,整个装置是由一定数量的膜组成的一系列结构单元;其中每个单元由一张阴离子均相膜隔开成渗析室和扩散室,采用逆流操作,在阴离子均相膜的两侧分别通入废酸液及接受液(自来水)时,废酸液侧的酸及其盐的浓度远高于水的一侧,根据扩散渗析原理,由于浓度梯度的存在,废酸及其盐类有向扩散室渗透的趋势,但膜对阴离子具有选择透过性,故在浓度差的作用下,废酸侧的阴离子被吸引而顺利地透过膜孔道进入水的一侧。同时根据电中性要求,也会夹带阳离子,由于H+的水化半径比较小,电荷较少;而金属盐的水化半径较大,电荷较多,因此H+会优先通过膜,这样废液中的酸就会被分离出来。扩散渗析装置对酸的回收率在80%以上,金属离子截留率在90%以上。
应用扩散渗析膜技术分离出80%以上的酸,补浓后可以继续返回到生产工艺中应用。这样既为企业节约了资源,又解决了酸对环境污染的问题。
2.去除酸后的金属废水的处理
利用扩散渗析膜技术去除了废水中80%以上的酸,加入适量碱中和残液中的酸,成为中性含金属废水。以下介绍几种用膜技术处理重金属废水的方法。
超滤膜去除水中低含量金属离子
选择适当孔径的超滤膜可以有效去除水中低含量Cu2+、Ni2+、Cd2+、Pb2+、Zn2+等金属离子的氢氧化物。用氢氧化钠调节PH值,使重金属离子的氢氧化物呈胶体状态,加入絮凝剂可以使部分胶体沉淀,继而用超滤膜截留,处理后的水中重金属含量远低于排放标准。通过调节PH值,还可以从超滤浓缩液中分离重金属,有可能实现废水处理和回收金属的双重目的。
纳滤膜在重金属废水处理中的应用
纳滤膜处理重金属废水具有操作压力低,水通量大等优势,采用纳滤技术,不仅可以使90%以上的废水纯化,而且可同时使重金属离子含量浓缩10倍,浓缩后的重金属具有回收利用的价值。
Qdais等采用纳滤膜技术回收水样中的铜和镉离子,结果表明:纳滤膜对Cu2+和Cd2+的最佳截留率分别为96%和97%;他们同时也对含有多种重金属离子的废水进行了处理,结果显示:纳滤膜对重金属离子的平均截留率达97%。Mohammad等应用纳滤膜技术研究处理了Ni-P电镀工业废水,结果表明:使用带负电荷纳滤膜能成功分离Ni和Na混合溶液,同时也成功治理了含Ni-P电镀工业废水。张显球等采用纳滤膜对含Cr废水进行试验研究,讨论了初始浓度、PH、浓差极化、共存离子对处理效果的影响,试验结果表明:纳滤膜对含Cr废水有良好的处理效果,去除率超过了98%,出水Cr浓度小于0.5mg/l,可以达标排放或回用与镀件漂洗。
反渗透膜在重金属废水处理中的应用
对于重金属废水的处理,国内外均进行了广泛的研究,将反渗透技术应用于重金属废水的处理已经引起了各国学者的高度重视。对于重金属离子废水的处理,仅将废水处理达标排放是不够的,最理想的结果是水与重金属离子二者都回收利用。反渗透膜是分离溶解固体的最有效的方法,可确保废水中的重金属离子完全去除,处理后的水质优良,可完全循环再利用。
Hafez等用反渗透装置对废水中的铬进行了回收处理试验,结果表明:反渗透膜技术能从污水中回收流失的铬,且其对铬的平均回收率超过99.8%。Qdais等用反渗透技术回收水样中的铜和镉离子,结果表明,反渗透对Cu2+和Cd2+的截留率分别为98%和99%;他们同时也对含有多种重金属离子的废水进行处理,结果显示:反渗透膜对重金属离子的平均截留率达99.4%。
有研究表明,反渗透技术可以处理电镀行业的所有废水,不过在反渗透之前要做一些预处理,如氧化氰化物并沉淀去除、去除悬浮颗粒、调整PH等。渗透液基本能达到去离子水的水平,完全满足甚至超过工业生产用水的水质要求,可以直接会用。根据处理水质的不同,75%-95%的水可以回收利用,而占废水体积15%-25%的截留液可进一步回收重金属产品。
结语
膜法水处理技术被称为是21世纪全人类较为看好的水处理技术,也是近年来发展最迅速,应用最广泛的技术,有操作简便、处理效率高、节能减排等优点。用传统的处理方法处理重金属废酸水,不但能耗大,而且大多只是污染物质的转移,会造成二次污染。在环保意识增强及水资源日益紧张的今天,以废水回用和物质回收为目的的膜分离技术作为一种新型、高效的水处理技术普遍受到国内外水处理者的关注。用扩散渗析膜法回收利用酸,结合超滤、纳滤、反渗透膜分离技术回收其中的重金属,处理后的渗透液也能回用或者达到达标排放。
参考文献:
〔1〕楼永通,宋伟华,罗菊芬等.200m3/d电镀废水膜法回收工程〔J〕。南华大学学报(理工版),2003,17(1):55-58.
〔2〕QdaisHA,MoussaH.Removalofheavymetalsfromwastewaterbymembraneprocesseas:acomparativestudy〔J〕.desalination,2004,1164(2):10-110.
〔3〕张启修.湿法炼铜领域中的膜技术〔J〕.有色金属,2002,54(4):81-85
〔4〕张显球,张林生,杜明霞.纳滤去除水中的有害离子〔J〕.水处理技术,2006,32(1):6-9.
〔5〕钟常明.反渗透和纳滤及其耦合过程处理矿山酸性废水的研究〔D〕.华东理工大学博士学位论文,2007.
〔作者简介〕曲文军(1978-),男,山东文登人,工程师,主要从事膜技术开发、应用、推广等工作。电子邮箱:sd-tianwei@163.com
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之三:新型纳米絮凝剂应用在印染PVA退浆废水
李超良姚孟
(深圳朗盈环保科技有限公司)
1.概况
纺织工业废水主要来自染整工段,包括退浆、煮炼、漂白、丝光、染色、印花和整理等。其中退浆废水水量较小,一般占废水总量的15%左右,但污染物浓度高,有机污染物约占总量的一半,该股废水含有各种浆料、浆料分解物、纤维屑、淀粉碱和各种助剂,废水呈碱性,pH值为9-13,一般退浆废水CODcr平均值能达到8000mg/L以上。上浆以淀粉为主的(如棉布)产生的退浆废水,其CODcr、BOD5值都很高,可生化性较好;而上浆以聚乙烯醇(PVA)为主的(如涤棉经纱)产生的退浆废水,CODcr高而BOD5低,废水可生化性较差。
聚乙烯醇(PVA)是一种水溶性高分子聚合物,具有优良的浆膜性、粘附性、耐磨性及易与其他浆料相容的特点,在20世纪40年代就已开始作为浆料应用于纺织、造纸、化工等行业。据统计,我国仅纺织浆料耗用的PVA量就在25万吨以上,每年产生的PVA退浆废水达2500多万吨,对水体造成严重的污染。研究者曾提出采用具有良好微生物降解性能的浆料代替PVA作为全棉等天然或混纺纤维的主体浆料,但至今尚未出现能与PVA相媲美的其他浆料,故在纺织浆料中,PVA仍将被长期广泛应用,并且在某种程度上还有增加的趋势。由于PVA的BOD5/CODcr<0.1,即该股退浆废水的可生化性大幅降低,处理难度大幅增加。对此,国内外对含PVA退浆废水的治理已进行了较多研究,具体处理方法分为物化法和生化法。生化法处理PVA废水,降解耗时长,处理效果差;膜法操作简便,耗能低,但膜污染严重,进口膜组件价格昂贵;高级氧化技术的运行成本过高,很难在工业上广泛应用。为使PVA退浆废水得到更好的治理,本文对其常用处理技术进行了综述,下表1为活性污泥法去除聚乙烯醇和淀粉浆料比较情况。
为了降低印染废水的处理难度,有效去除聚乙烯醇(PVA),国内外专家、科研单位都进行了大量研究。日本采用细菌培养法,COD污泥负荷为0.1kg/kg·d,经一个月左右时间的低负荷驯化,可逐渐将PVA分解。美国某纺织印染厂采用超滤膜装置将含PVA质量分数为1%的退浆废水浓缩成含PVA质量分数10%的浓缩液,超滤装置的处理量为4.5m3/h,浓缩液产量为0.45m3/h,运行最高压力为7×105Pa,浓缩液回用到棉布退浆,取得了好的经济效益。但在我国,将超滤法运用于纺织染料尚处于实验室研究与中试阶段,并且超滤膜去除设备的投资和运行成本较高,不符合我国现阶段的实际情况。针对该股难治理的PVA废水,朗盈环科联合了国内多家科研单位、重点院校,重点开发了经济实用新型纳米凝结法工艺,该处理工艺不仅可以降低废水中PVA和CODcr污染,同时还可获得较好的经济与社会效益。
2.聚乙烯醇(PVA)纳米凝结工艺机理
2.1PVA去除机理
PVA属于非离子型有机聚合物,一般凝聚剂产生的电荷对其吸附作用较弱,对PVA的去除几乎没有效果,但在我司专项研发的纳米絮凝剂(LY-P303)溶液环境中,由于药剂相关作用,可使退浆废水中的PVA以凝胶形式放出(见图4)。从而达到去除PVA的效果。
2.2影响因素分析
通过研究应用案例发现,纳米凝结剂的投加量以及聚乙烯醇(PVA)的去除率受到以下几个因素的影响:
温度:处理温度以25~50℃为宜;温度过低,导致反应不完全;温度过高,则凝结的PVA呈粘胶状,去除效率下降;
pH:过高或过低的pH都会使去除率降低,甚至不能发生凝结反应,较佳的pH范围为7.5~9.0;
反应时间:凝结反应在10~15min内已基本完成;
搅拌速度:反应进行过程中,搅拌转速需高于200r/min,较高的搅拌速度可以使反应更为完全,从而有利于提高去除率。
纳米凝结剂投加量:4~8kg/t.水,可视退浆液的浓度作适当调整。
3应用案例剖析
3.1运行方式
运行方式可采用连续式和间歇式两种方式,其优缺点对比见下表2。
从经济效益比较分析可知:间歇式运行稳定,易于控制,运行较为经济,但劳动强度相对较高,建议可适当地增加自动控制予以改进。
纳米凝结法具体工艺流程见下图:
3.2运行状况
我司经过多年实践探索,已总结出一套完整且成熟的纳米凝结反应装置,下表3为我司部分应用案例运行数据。
采用纳米凝结法工艺处理后,能大幅度去除PVA、有效降低CODcr,保证后续生化系统的正常运行,并且有效降低水体污染。
3.3应用案例和产品图片
4.环境、经济和社会效益分析
某厂每年加工坯布约60,000km,其中95%以上为涤棉布,PVA上浆率为5%,其布重以10kg/100m计,经退浆进入煮漂废水的PVA为285,000kg,其中有20%的PVA可去除率达90%以上,则每年排放废水中的CODcr可减少68,400kg,这大大降低了废水处理设施的负荷,有效地提高了废水的可生化性,利于纺织印染废水后级生化的处理,保护水环境。
5.结论
采用我司自主研发的纳米凝结法,可有效去除纺织印染退浆废水中的PVA。这已在多个生产性规模的工程项目上得以运行实现,实施案例的PVA和CODcr去除率均达90%以上。本纳米絮凝剂材料、工艺设备简单,操作方便,且不存在二次污染,去除后的PVA经深度改造后可制成其他产品,具有较好的环境效益和一定的社会经济效益。
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之四:超声波处理高浓度有机废水
谭飞
张家港市港威科净电子有限公司
高浓度有机废水主要分布在化工、冶金、炼焦、轻工、食品等行业,对环境造成了严重的污染。按其性质和来源大体可分为三大类:1.易于生物降解的高浓度有机废水,一般来自以农牧业产品为原料的工业废水,如食品工业废水;2.高浓度有机废水中的有机物是可以生物降解的,但废水中含有其他有害物质,废水主要来自制药工业和部分化工行业;3.难于生物降解和含有有害物质的高浓度有机废水,主要来自合成化学行业,如染料工业、农药工业等。对于后两类废水生物方法通常无法达到处理要求,而采用物理化学方法处理高浓度有机废水,成本很高,每吨水处理费用达到数十元,高昂的处理费用使得大量高浓度难降解有机废水得不到有效处理而排放,所以研究高浓度有机废水的治理,完善其治理技术,是十分迫切的任务。
很多研究表明,生物降解过程中存在真一些具有共同特性的关键步骤,一般是跨越膜的传质过程和围绕关键酶的反应过程,因此生物降解活性可能是其亲脂性与电子效应的加和,以及其他次要因素(如立体效应等)的综合反应。难以降解物质之所以在生化过程中分解速率缓慢,是因为某些功能团难以为微生物打开,从而成为生化反应的限制步骤。如果能在预处理中破坏这些功能团,打开其化合键,或者在芳香环中引入羟基而改变其结构,就可以打破这些官能团对生物降解的限制作用,极大地提高生化反应的速率,超声波处理可以快速有效地做到这一点。
利用超声波降解水中的化学污染物,尤其是难降解的有机污染物,是近年来发展的一项新型水处理技术。它集高级氧化技术、焚烧、超临界水氧化等多种水处理技术的特点与一身,具有反应条件温和、速度快、适用范围广等特点,可以单独使用或与其他技术联合使用,具有很大的发展潜力。超声波能在水中引起空化效应,产生约4000K和100Mpa的瞬间局部高温高压环境(热点),同时以约110m/s的速度产生具有强烈冲击力的微射流的冲击波。水分子在热点达到超临界状态,并分解成羟基自由基、超氧基等,其中,羟基自由基是目前所发现的最强的氧化剂。有机物在热点发生化学键断裂、水相燃烧、高温分解、超临界水氧化、自由基氧化等反应,这些效应加上声场中的质点振动、次级衍生波等为有机物降解提供了其他方法难以达到的多种途径。
超声降解有机物的动力学研究
有机物的超声降解过程遵循表现一级反应动力学规律。瞬间空化泡崩溃时释放出的巨大能量是引起声化学反应的主动力,伴随空化泡崩溃所产生的机械效应与化学效应反应在三个不同的空间内,即空化泡内部,此时空化泡本身犹如一个高温高压反应器;紧靠空化泡壁的气(汽)液交界面;离交界面更远一些的区域及主体溶液相,有机物将受到冲击波及随冲击波扩散而来的活性自由基作用。
超声降解高浓度有机废水的影响因素
(1)超声波功率
在超声波作用下,有机物的降解通常遵守一级动力学反应。超声降解反应速率一般随声强的增大而增加,但强度过高会适得其反。因为声能太大,空化泡会在声波的负压相长得很大而形成屏障,使系统可利用的声能反而降低,降解速率因此下降。
(2)超声波频率
研究表明,高频超声波有助于提高超声降解速率,这是由于羟基自由基的产率随着声频率的增加而增加。事实上,在超声降解过程中,超声强度和频率之间有一个最佳匹配,而且频率的选择与被降解有机物的结构、性质以及降解历程有关,并不是所有情况下高频超声波有利于降解。
(3)废水中的溶解气体
溶解气体对超声降解速率和降解程度的影响主要有两方面的原因:一是溶解气体对空化泡的性质和空化强度有重要的影响;另外溶解气体如N2、O2产生的自由基也参与降解反应过程,因此,影响反应机理和降解反应的热力学和动力学行为。超声空化产生的最高温度和压力总是随着绝热指数r增大而升高。对单原子气体,r=1.666,而多原子气体(如泡腔内的空气、水蒸气或有机物蒸气)的绝热指数总是小于单原子气体,例如,从饱和的水溶液r=1.33。可见,在超声降解过程中,使用单原子稀有气体总能提高降解的速率和程度。
(4)废水的性质
液体的性质如溶液黏度、表面张力、PH以及盐效应都会影响溶液的超声空化效果。溶液黏性对空化效应的影响主要表现在两个方面:一方面它能影响空化阀值,另一方面它能吸收声能。当然溶液黏度增加时,声能在溶液中的黏滞损耗和声能衰减加剧,辐射溶液中的有效声能减少,致使空化阀值显著提高,溶液发生空化现象变得困难,空化强度减弱,因此,黏度不太高有利于超声降解。随着表面张力的增加,空化核生成困难,但是空化气泡崩溃时产生的极限温度和压力升高,有利于超声降解。当溶液中有少量的表面活性剂时,溶液的表面张力迅速下降,在超声波作用下有大量泡沫产生,但空化泡崩溃时产生的威力很小,因此不利于超声降解。
(5)、反应温度
温度对超声空化的强度和动力学过程具有非常重要的影响,从而造成超声降解的速率和过程的变化。温度升高会导致气体溶解度减小,表面张力降低,饱和蒸气压增大,这些变化对超声空化是不利的。一般生化学效率随温度的升高呈指数下降,因此,声化学过程在低温(20℃)进行较为有利,超声降解一般都在室温下进行。
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之五:聚合氯化铝铁(PAFC)在污水脱磷中的研究应用
随着国家环保形势的日益紧迫和新的污水处理标准的严格执行,许多污水处理厂不得不面对深度处理达到一级A的排放标准这一现实,标准非常明确规定了各项排放指标,就目前的处理设备方面和工艺看,无论是氧化法、活性污泥法、还是其他的方法,基本上能达到COD和BOD以及氨氮的去除率。但是总磷指标稍显不合要求,并且出现严重的季节性,波动很大。许多污水处理厂对此头痛不已,且深度处理费用居高不下,使总体的污水处理成本升高、工作量增大。为此我公司的技术人员就这一问题查阅了大量的文献资料、征询了许多专家建议、并且协同污水处理厂在各个进出水点进行了多次取样处理并分析,经过长达3个月的调整和调试,终于在2011年12月做出含高铁的聚合氯化铝铁液体产品,并通过多个城市污水处理厂的试用达到满意效果。为此石家庄禹之剑净水剂有限公司技术人员特向污水业界同仁把这一分析和试验过程分享一下,以期待共同为中国的环保事业做点贡献。
磷是生物生长的必需元素之一,但水体中含磷量过高(如超过0.2mg/L)会造成藻类的过度繁殖导致湖泊、水库等缓流水体富营养化,可造成湖泊、河流水的透明度降低、水质变坏。
城市生活污水(含少量的工业废水)中常含有较大量的磷,通常难于同时满足生物脱氮及生物除磷对氮碳源的需求,从而导致污水处理除磷效率低下。
含磷化合物可分为有机磷与无机磷两类。有机磷有葡萄糖-6-磷酸,2-磷酸-甘油酸及磷肌酸等;无机磷以磷酸盐形式存在:包括正磷酸盐(PO4-3),偏磷酸盐(PO3-),磷酸氢盐(HPO42-),磷酸二氢盐(H2PO4-)等。在以生活污水为主的污水处理厂,居民的洗涤用水也是磷的主要来源。
聚合氯化铝铁PAFC与PAC处理生活污水比较:
1、相同量的污水PAC用量为4ml/L而PAFC只用3.5ml/L效果相同,并且除浊率到达98%以上。
2、因PAFC含铁量高(一般都在4%左右)因此产生絮凝快。
3、操作简单,除磷效果好,并且结果稳定可靠,不会出现磷的重新释放而导致二次污染。
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