目前,我国饮用水水源水质形势严峻,现有水厂的常规处理工艺已经不能保证出水水质。笔者综述了我国具有较好实际应用价值的微污染水源水处理技术的研究进展,以期为理论研究和工程实践提供指导。
焦化废水是冶金工业炼焦过程中产生的含有大量大分子难降解有机物的污水。笔者从常规处理技术和新型处理技术两方面介绍了物化法处理焦化废水的研究进展,重点阐述了各种物化法的物化作用机理、特点、应用现状、存在问题及发展趋势,并展望了物化法处理焦化废水的研究方向。
冷轧含油废水的处理,对于钢铁企业减少污水排放量和新水用量、提高废水循环利用率具有重要的意义。介绍了国内外常用的冷轧含油废水处理技术,如重力分离法、气浮法、絮凝法、吸附法、膜分离法、生物法、膜生物反应器等,描述了冷轧含油废水处理工艺与现状,展望了冷轧含油废水处理的发展趋势。
以长江陈行水库原水为研究对象,对比炭砂生物滤池和普通快速滤池对水中CODMn、UV254、氨氮的去除效果,评价炭砂生物滤池出水生物稳定性。结果表明:炭砂双层滤料具有良好的强化过滤效果;炭砂生物滤池出水CODMn均值为0.86 mg/L,平均去除率53.9%;UV254均值为0.017 cm-1,平均去除率64.4%;炭砂生物滤池对氨氮的平均去除率为84.1%;该工艺出水AOC为45μg/L,生物稳定性较好。
染料废水具有"三高一低"的特点(高COD、高色度、高含盐量、低BOD5/COD),是废水治理的难点热点之一。在前期研究的工艺(混凝、气浮、水解酸化、好氧)基础上采用Fe/C微电解系统处理好氧池出水。结果表明:在pH为3.5,铁炭比1∶1.2,反应时间35 min的条件下,COD和色度的去除率分别稳定在80%和85%以上,出水中COD在60 mg/L以下,色度在42度以下,达到《GB 4287-1992纺织染整工业污染物排放标准》一级标准。
研究采用单级并联式电絮凝反应器,处理含Zn2+和Cd2+两种重金属离子的高浓度、强酸性冶金废水。主要分析了pH、电流密度和电解时间对反应器处理效果的影响,并优化了运行参数,同时对耗电量和电流效率进行了分析。结果表明,在pH=9,电解时间为100 s,电流密度为6 mA/cm2条件下,两种重金属离子出水浓度均满足GB25466-2010排放标准,去除率接近100%,耗电量低于0.21 kW.h/kg,电流效率大于100%。
采用C-900氨基磷酸离子交换树脂,去除丙烯酸丁酯废水中的Ca2+,研究了吸附时间、pH、树脂用量及温度对离子交换的影响。静态试验结果表明,pH在7~8以上时有利于树脂对Ca2+的吸附。在废水水质条件下,C-900对Ca2+的吸附符合Langmuir等温吸附模型,饱和吸附量为204~227μmol/g湿树脂(25~55℃),提高温度(25~55℃)可提高树脂对Ca2+的选择性,特别是温度从25℃升高至35℃的过程中,选择性变化幅度较大。
利用自行设计的磁化水循环装置,测定了不同温度下,含有Ca2++CO32-+HCO32-的纯水溶液垂直通过均匀可调磁场(最高达4 100 mT)经磁处理后溶液的电导率、浊度和碳酸钙浓度的变化趋势,用XRD 测定了不同磁处理条件下得到的碳酸钙晶型,研究了碳酸钙的成核结晶过程,从热力学角度探讨了磁场对碳酸钙成核结晶过程的作用机理。实验结果表明,磁场对碳酸钙晶体生成速率和晶型结构的影响主要是因为磁处理改变了水分子簇的结构,从而改变了碳酸钙晶核先驱水合化碳酸钙的形成和脱水过程。
针对腈纶废水的难降解问题,实验以一级A/O 的出水为研究对象,选用改进型组合式A/O 作为二级强化处理工艺。考察了水力停留时间、葡萄糖及碳酸氢钠的投加量等因素对二级A/O 工艺处理效果的影响。研究结果表明,当二级O 池的停留时间为24 h 时,对COD 的去除率可达16%,对氨氮的去除率可达36%;以葡萄糖为药剂,当葡萄糖的投加量为0.25 g/L 时,出水COD 可降至204 mg/L;以碳酸氢钠为药剂,当碳酸氢钠的投加量为0.25 g/L时,出水氨氮可降至20 mg/L。说明处理腈纶废水有必要增加强化处理工艺。
抗生素废水由于有机物含量高、含有较多残留的抗生素,常规的处理方法很难达到处理要求。从处理抗生素废水的活性污泥中分别分离出3 株光合细菌、酵母菌、放线菌,通过比较处理效果,确定后续试验的菌种。最后,通过菌种单因素试验、菌种复配试验、复合菌种配比正交试验,确定了复合菌种的最佳配比:光合细菌、酵母菌和放线菌投加量分别为10、6、2 g/L。此时COD 去除率可以达到60.48%。
通过筛选,确定了聚合氯化铝(PAC)为混凝剂对中纤板废水进行混凝预处理。由于中纤板废水本身的浓度和脱稳性能随pH 变化很大,使得混凝效果最佳的废水pH 为5。当PAC 投加量为2 g/L 时,混凝工艺对废水中SS、COD 和SCOD 的去除率分别接近100%、50%和30%。通过分析PAC 的混凝机理,认为PAC 的最佳投加量主要与废水中SS 有关而与COD 关系不大。沉淀时间和助凝剂聚丙烯酰胺(PAM)的投加对混凝效果几乎没有影响,但可以有效加速絮体的沉降和减小污泥体积。研究结果为中纤板废水的混凝预处理提供了详细、可靠的理论依据。
在30~35 ℃的常温条件下,采用EGSB 反应器处理焦化废水,考察了进水COD、曝气量和液体上升流速等因素对COD 去除效果的影响。实验结果表明:(1)进水COD 的增加,使得反应器中的有机负荷上升,导致COD 去除率大幅下降;(2)提高曝气量,促进了颗粒污泥中不同菌群间的协同代谢作用,有利于COD 的去除;(3)合适的上升流速,强化了泥水两相间的传质效果,可以实现COD 的有效去除。
研究了聚合硫酸铁(PFS)混凝预处理垃圾渗滤液回灌出水的混凝条件。通过正交实验确定的最佳混凝条件为:原水pH=5,投加PFS 180 mg/L,200 r/min 搅拌2 min 后投加助凝剂PAM 5 mg/L,100 r/min 搅拌15 min,20r/min 搅拌10 min 后沉淀20 min。在此条件下, 其对垃圾渗滤液中COD、TOC、BOD、色度、浊度的去除率分别达69.25%、62.44%、73.5%、71.82%和58.33%。PFS 混凝预处理可有效减轻后续处理工艺的运行负荷,为垃圾渗滤液回灌出水的处理提供了参考。
对UV/Fe0 协同降解对硝基苯胺废水进行了研究,分别考察了铁粉量、pH、对硝基苯胺初始浓度以及反应时间等影响因素对废水降解效果的影响。结果表明,对于50 mg/L 对硝基苯胺废水溶液,pH=3 时,当加入30 mg/L的铁粉量,反应180 min 后,对硝基苯胺降解率达到了93%。通过对比实验,发现UV/Fe0 体系较UV/Fe2+体系对对硝基苯胺具有更好的降解效果。
利用自制的二氧化硅包覆型纳米零价铁在常温中性条件下还原降解了2,4,6-TCP,简要探讨了包覆型纳米零价铁的投加量和2,4,6-TCP 初始浓度对降解效率的影响,并对其反应动力学进行了简要说明。降解反应过程符合一级反应动力学,表观反应速率常数Kobs=0.011 13 h-1。
在自制的镍钛复合氧化物型可见光催化剂作用下,使用ClO2氧化-可见光催化联合法处理苯胺废水,以苯胺去除率和COD去除率为考察对象,研究了反应条件对处理效果的影响。结果表明:ClO2氧化-可见光催化联合具有协同作用,可以减少ClO2的用量,提高光催化剂的利用率,促进苯胺废水的深度氧化。较优的反应条件是:催化剂加入量为0.5 g/L,二氧化氯与苯胺的质量比为4∶1,pH为8,温度为20℃,反应时间为4 h。在此条件下,苯胺去除率可达93.11%,COD去除率达到52.76%。
杭州富阳兴业合成革有限公司的生化工艺出水COD相对较低,含氮量较高,且波动较大。采用厌氧MBBR-好氧MBR组合工艺对该废水进行了4个月的连续处理试验,结果表明:除COD可稳定达标外,出水氨氮也可稳定维持在7.46~13.82 mg/L之间,达到《合成革与人造革工业污染物排放标准》(GB 21902-2008)要求。
以钢厂含铁废酸和铝加工业含铝废碱及废铁屑为原料制备聚合氯化铁铝(PFAC)。实验研究了废铁屑加入量等因素对Fe2+溶出率的影响,同时研究了Fe2+的氧化条件。结果表明,在25℃、反应时间为15~20 min、氧化剂氯酸钠加入量等于化学计量值时,Fe2+氧化率可达98.7%以上。用废碱液调整盐基度,PFAC盐基度为20%时,对活性蓝P-3R水溶液的A590去除率可达99.8%;并对PFAC样品进行了红外光谱表征。
海上注水开发油田由于受到海洋作业环境与资源限制,注水水源仅能采用有限的地下水以及生产处理污水资源,为此对注入水与储层进行配伍性研究显得尤为重要。通过浅层地下水、生产污水以及混配水与地层岩石的配伍性实验研究,论证不同注入水源对储层的伤害程度,为油田选取最佳清污混配比例提供依据,保障油田在有限的水资源条件下的高效注水工作。
采用静态阻垢法研究了9种有机磷酸盐和水溶性聚合物对硫酸钙的阻垢性能,并用扫描电镜(SEM)及粉末X射线衍射仪(XRD)对垢样进行微观分析。结果表明,几种药剂对硫酸钙均有一定的抑制作用,且呈现出明显的槛值效应,在低浓度时,HDTMP的抑制效率最大,在10 mg/L时对硫酸钙的阻垢率达到67%,几种阻垢剂对硫酸钙垢的晶型和形貌都有较大的影响。
根据环氧琥珀酸(ESA)合成体系中只有马来酸分子含有双键这一特点,采用溴值法测定马来酸酐含量,研究了试液的稳定性、酸度、测量范围及其他干扰组分对测定结果的影响,检验了方法的精密度。试验结果表明:最佳测试条件为滴定时间小于20 min,体系pH=4~6,马来酸酐质量浓度小于2 g/L,相对误差小于3.6%,回收率94%以上。该方法简单、快速、易实现、测定成本低、精密度高。
介绍了济宁三号煤矿生活污水资源化工程的设计与运行情况。采用三级处理工艺,即一级旋流除砂物化处理、二级卡鲁塞尔氧化沟生化处理、三级微絮凝过滤+生物活性炭过滤+消毒的深度处理,处理后水质优于地表水环境质量标准GB 3838-2002Ⅲ类要求,全部用于电厂循环冷却水系统补充水,实现生活污水零排放,取得了较好的经济效益和环境效益。
采用水解酸化-生物接触氧化-絮凝沉淀工艺处理印染废水。在进水COD、BOD5和SS分别为640~1 230、160~382、164~322 mg/L的情况下,出水质量浓度分别为64~92、9~24、34~60 mg/L,达到《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)一级标准。最佳水力停留时间为9 h,当容积负荷为6 kg/(m3.d),系统对COD去除效果较好。废水处理成本为1.28元/m3,经济效益明显。
采用串联自循环活性污泥法+混凝沉淀+过滤+ClO2消毒工艺处理低浓度二甲醚生产废水,工艺运行稳定,操作维护简便,出水达到《工业循环冷却水处理设计规范》(GB 50050-2007)再生水水质指标,全部用于循环冷却水补水,具有良好的经济效益和环境效益。
针对循环水中铁离子升高问题进行调查,通过对循环水系统相关设备的水质监测,查明换热器间歇性运行造成换热设备电化学腐蚀是铁离子持续升高的真正原因,进而采取在线清洗预膜、避免水滞留换热器等切实可行的解决方案降低系统铁含量。
纳滤较反渗透具有更低的操作压力且运行管理方便,使得其在垃圾渗滤液处理工程中得到广泛的应用。结合四川省垃圾渗滤液处理工程实例,介绍了纳滤在渗滤液处理中的两种应用:用作后处理和用于反渗透浓水的脱盐,通过对实例的分析总结了纳滤用于垃圾渗滤液处理工程改造应该考虑的4个方面问题,为纳滤在渗滤液处理工程的新建与改造中的应用提供借鉴。