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归纳近年来我国腈纶废水常用物化处理方法

2017-5-26 11:46| 发布者: candy| 查看: 1262| 评论: 0|来自: 水处理技术

腈纶生产废水属于化工类废水,其水质复杂,难以生物降解,目前还未有合适的处理工艺。由于直接采用生化法处理该废水至达标较为困难,因此,需要辅以适当的物化处理措施且要充分重视物化处理工艺的重要性和必要性。本文以此为立足点,系统归纳了近年来我国腈纶废水常用物化处理方法。

腈纶废水的水质特点

腈纶生产工艺主要可分为干法纺丝和湿法纺丝两大类(简称干法和湿法),其中湿法又分为一步法和二步法。二步法因其具有产品质量好、原料消耗低和污染物排放少等优势,为目前腈纶生产厂家普遍采用的生产工艺。但从水质特点上讲,干、湿法两类生产工艺所排放的废水中所含的主要污染物大致相同,但浓度相差较大,其主要物质为生产过程的各个工段剩余的原料和新合成的各类物质,具体来说主要为硫酸盐、丙烯腈(AN)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAC)、丙腈磺酸钠、有机胺、氨氮、表面活性剂和聚丙烯腈低聚物等。

根据腈纶废水中存在的污染物,可知该废水具备以下特点:

1)难降解污染物浓度高,且N/C高,据资料可查,难生物降解及较难生物降解有机污染物质占总有机物量的一半左右(40.63%),可生化性极差,BOD5/COD值在0.2左右

2)有毒物质含量高,对生化系统中微生物活性产生冲击,影响其运行

3)存在大量低聚物,影响微生物代谢作用且不利于污泥沉降。

物化处理工艺

01气浮法

气浮法是通过在废水中产生大量微气泡,使其粘附水中的乳化油和细小悬浮物后上浮,通过去除浮渣来达到净化水质的目的。气浮工艺因其具有高效、低费用、易操作等优点,被广泛应用于工业废水预处理及深度处理中。田超男等在传统气浮理论的基础上,利用了采用“零速度”和“浅池理论”技术原理的浅层气浮技术,在最佳混凝剂投加量(聚合硫酸铁300~350mg/L、阳离子PAM为7~10mg/L)下,对COD的平均去除率达到11.3%以上,并对低聚物进行了有效去除。

02电解法

电解法的基本原理是使污染物在电极上发生直接电化学反应或间接电化学转化,传统电解法一直存在能耗高的问题,相关报道较少。

而内电解法一般是以铁屑和活性炭构成原电池对废水进行处理的工艺,能耗成本低。由于采用废铁屑为原料,因此具有以废治废的意义,且近年来,有学者提出将具有比铁屑更高溶铁速率、更高比表面能且具有吸附性能的多孔活性铁即海绵铁替代废铁屑作为填料,取得了很好的效果。崔晓宇等采用单独的铁碳内电解法处理湿法腈纶废水,详细研究了铁屑和活性炭的投加量及反应时间等因素的影响,结果表明废水COD的去除率为36%、CN-的去除率达到90.8%、BOD5/COD由0.39提高到0.56,但该方法单独处理能力有限,国内学者通常将此方法与其它预处理技术结合使用。

三维电极是在常规二维电极的阴、阳极间填充均匀混合的导电和绝缘颗粒,是一种新型节能的电解技术。王亚娥等采用三维电极技术对吉林某化纤厂调节池出水进行预处理,试验结果表明,在电压20V、电解时间60min、pH为5的条件下,对COD去除率达到29%,氨氮去除率为12%,特征污染物DMAC和AN的去除率分别高达91.3%和98.7%,B/C值由0.28提高到0.41,且处理1吨该废水所需能耗在1.33kWh左右,经济可行。

03Fenton氧化法

Fenton氧化技术主要集中在产生的大量羟基自由基会诱发一系列的自由基链反应从而将废水中难生物降解的有毒有机物氧化至无毒无害。由于常规Fenton试剂中所使用的FeSO4在工业应用中难以保存且试剂的一次性利用造成运行成本较高,并且存在FeSO4与H2O2无法瞬间混合从而影响氧化效率的问题,近年来,国内学者尝试将铁碳微电解与H2O2耦合联用并进行了深入研究,海绵铁的应用使得该技术更加具有工程化应用价值。

程爱华等采用磁Fenton氧化技术处理DMAC废水,详细研究了FeSO4及H2O2投加量、进水pH、反应时间等因素对废水的处理效果,在原水COD为250mg/L条件下,磁Fenton法的去除率为82.1%,较未磁化提高18.5%,其二者都符合一级反应动力学,磁场可加快反应速度。魏健等利用响应面法对Fenton法预处理干法腈纶废水进行了优化,分析了各因素单独及交互作用对COD去除率的影响,确定了最佳反应条件下COD去除率为53.8%,B/C由0.32提高至0.67,费希尔弧菌发光抑制率由92%降至28%。

04砂滤法

连续式砂滤器集混凝、澄清、过滤于一体,具有可连续运行、无需停机反冲洗、过滤效率和产水率较高等优点,与PAC、PAFC等絮凝剂配合对污水中的浊度、TP有良好的去除效果,目前在国内给排水处理方面的应用尚处于起步阶段。

李少飞等采用连续砂滤法对某化纤厂调节池出水进行预处理,结果表明连续砂滤器设备可有效地截留腈纶废水中大量粒径小、比重轻、混凝沉淀效果差且难以生物降解的低聚物微粒,其中对SS和COD的去除率分别为35.03%和15.11%,同时也降低了TOC、TN含量,并且此设备以气源为动力,运行成本低,故可适用于腈纶废水预处理。

05其它工艺

其它物化预处理工艺如臭氧氧化法、光催化氧化法及超声波法,在腈纶废水预处理中也得到了应用。

赵朝成等对混凝后的腈纶废水进行处理,对比了不同臭氧体系(臭氧、臭氧-活性炭、臭氧-二氧化锰)的处理效果,考察了进水pH及反应时间等影响因素,发现臭氧/二氧化锰体系下的COD去除率可达40%,并对反应动力学进行了初步探讨。耿春香等利用1,10菲啰啉和Fe2+溶液配成络合物并将其负载到D113树脂上,研发出一种新型可见光催化剂,用于催化在温和反应条件(即常温、常压、宽pH范围)下的光反应,COD降解率可达68.7%,使光催化技术距离实际应用更进一步。朱海兴等采用基于超声空化效应及由此产生的物理化学变化的超声波法预处理腈纶废水,在初始pH为11,超声频率为28kHz,超声波功率为400W,反应时间为1.0h时使出水的B/C指标由0.098提高到0.200。

以上3种高级氧化技术均针对腈纶废水取得了良好的小试实验效果,但由于例如臭氧的扩大制备问题、废水对光的吸收系数和光强在水中的衰减问题及超声波的能耗问题均致使该类氧化技术难以近期大规模应用到实际工程中。由于腈纶废水中低聚物的大量存在,而被广泛应用的传统混凝沉淀法却无法取得良好的COD处理效果,因此,研发出针对腈纶废水的新型混凝剂迫在眉睫,有学者提出可将膨润土及石灰应用到腈纶废水处理中。
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