高濃度香料廢水預處理實驗研究

徐高田　 鄒聯沛
（上海大學環境科學與工程系 上海 200072）

　　摘要：香料廢水是一種高濃度的生產廢水，可生化性較差，直接采用常規的生化處理還能達到排放標準。本文在實驗室里對香料廢水進行了預處理研究，實驗結果表明通過脫色和混凝沉淀，不僅降低了香料廢水的濃度，而且還提高了廢水的可生化性，為后續達標處理創造了較好條件。
　　關鍵詞：香料廢水、脫色、混凝劑、預處理

1.概述

　　香料生產過程中由于在更換產品時必需清洗反應釜，從而產生污染物濃度相當高的廢水和反應殘留物，這類廢水或者廢棄物中含有大量有毒有害物質，廢水的特點是濃度高，水中污染物成分復雜。
　　通過對廢水水樣進行取樣分析，其水質指標為COD_cr：88100mg/L；BOD₅：20100mg/L；色度：2000；pH：8～9。可以看出，該香料廢水濃度較高，其中COD_cr超出國家規定的排放標準800多倍，特別是污水顏色很深，如果直接排放，必定會對周圍的湖泊河流產生嚴重的污染，為了保護周圍的環境，必須對該生產廢水進行處理。目前國內香料廢水治理大多處于實驗室研究階段，例如中溫中壓濕式催化法處理香料廢水的試驗證明，COD_cr、色度的去除率僅為48%、90%，處理后出水濃度仍較高，而且后續處理難度較大。本文在實驗室處理基礎上，對高濃度香料廢水的預處理進行了研究。

2.實驗研究方案說明

　　從污水水質指標可以看出，BOD₅/COD_cr=0.23<0.3，廢水的可生化性較難，采用常規的生化處理是難以達到色度排放標準的，首先必須先對污水進行預處理，降低污水濃度，并提高污水的可生化性。
　　考慮到廢水色度較高，污水COD_cr、BOD₅濃度可能由有色有機污染物引起，如果降低污水的色度，污水的COD_cr、BOD₅濃度可能會得到相應降低，所以，先對污水進行脫色，然后對污水進行混凝沉淀處理。
　　在實驗中，選擇四種氧化劑(次氯酸鈉、過氧化氫、臭氧和氧)對廢水進行脫色，通過初步的脫色實驗研究，發現脫色效果較好的是次氯酸鈉和過氧化氫，而臭氧和氧脫色效果較差，故本次脫色實驗選用次氯酸鈉和過氧化氫作為脫色氧化劑，對其進行詳細的實驗研究。
　　在混凝沉淀實驗研究中，考慮到價格和操作方便，選用的混凝劑有：聚合氯化鋁PAC、硫酸鋁AS、硫酸鐵FS、聚丙烯酰胺PAM。通過實驗結果，確定出適用于該類廢水處理的最佳混凝劑。

3.實驗研究結果及分析

3.1脫色實驗研究
3.1.1次氯酸鈉脫色
　　取香料廢水100ml，分別投加不同體積的次氯酸鈉溶液，并不斷攪拌，在氧化反應20分鐘后，測定廢水的色度。實驗結果如圖1所示：

圖1 次氯酸鈉脫色實驗結果曲線圖

　　從實驗結果可以看出，采用次氯酸鈉作為氧化劑脫色時，剛開始時色度下降較快，曲線坡度較大，當投加量為10毫升時，色度從2000降至400，去除率達到80%，以后隨著投加量的逐漸增大，曲線變得比較平緩，色度下降較慢，例如當投加量從50毫升增至60毫升時，色度變化不明顯，由85.7降至85，這說明對于100ml原廢水來講，投加50ml次氯酸鈉脫色效果最好，以后再投加次氯酸鈉色度下降不明顯。因此，次氯酸鈉的最佳投加量是100ml原水投加50ml，色度降至85左右，其去除率為95.8%。
　　同時，對污水濃度進行了測定，結果表明COD_cr濃度由88100mg/L降至33500mg/L，去除率為61.98%；BOD₅濃度由22100mg/L降至11600mg/L，去除率為47.51%。經次氯酸鈉脫色后BOD₅/CODcr=0.35>0.30，與脫色前的BOD₅/COD_cr=0.23相比較，這說明廢水的可生化性有所提高。
3.1.2過氧化氫脫色
取香料廢水100ml，分別投加不同體積的過氧化氫溶液，并不斷攪拌，在氧化反應30分鐘后，測定廢水的色度。實驗結果如圖2所示：

圖2 過氧化氫脫色實驗結果曲線圖

　　從實驗結果可以看出，當采用過氧化氫作為氧化劑進行脫色時，實驗曲線坡度較小，隨著過氧化氫投加量的增大，廢水的色度逐漸下降，當投加量大于50ml時，廢水的色度下降不是很明顯，曲線變得比較平滑。此時污水色度降至200左右，其去除率為90%。
　　同時，對污水濃度進行了測定，結果表明COD_cr濃度由88100mg/L降至27000mg/L，去除率為69.35%；BOD₅濃度由22100mg/L降至16200mg/L，去除率為26.70%。經過氧化氫脫色后BOD₅/CODcr=0.60>0.30，與脫色前的BOD₅/COD_cr=0.23相比，說明廢水的可生化性大大提高。
　　通過次氯酸鈉和過氧化氫二種氧化劑的脫色實驗研究，從實驗結果可以看出，次氯酸鈉作為脫色氧化劑，色度去除效果最好。同時，經二種氧化劑脫色后，廢水的可生性都有所提高，尤其是過氧化氫脫色后，BOD₅/COD_cr比值由0.23提高至0.6，廢水的可生化性大大提高。
3.2混凝沉淀實驗
3.2.1混凝沉淀最佳pH實驗

圖3 pH值與COD_cr去除率的關系曲線

　　對經次氯酸鈉和過氧化氫脫色后的廢水進行混凝試驗，由于pH值對混凝效果影響較大，因此先進行pH優化試驗。本試驗選用的混凝劑為聚合氯化鋁PAC、硫酸鋁AS、硫酸鐵FS、聚丙烯酰胺PAM，調節次氯酸鈉脫色后的廢水pH在5～10，加入等量不同的混凝劑，測定上清液COD_cr，試驗結果如圖3所示。
　　從圖4中可以看出，三種混凝劑在pH為8～10時混凝效果最好，其中聚合氯化鋁PAC最佳pH在9～10，而硫酸鋁為8～9，硫酸鐵為7～9。
3.2.2混凝劑的選擇和最佳投藥量的確定
　　（1.）原污水的混凝沉淀
　　利用三種混凝劑聚合氯化鋁、硫酸鋁、硫酸鐵對原污水進行了混凝沉淀實驗研究，由于污水的pH為8～9，在混凝沉淀的最優pH范圍內，故不用單獨進行pH值調節。

圖4 原污水中不同混凝劑加藥量與COD_cr去除率的關系曲線

　　在實驗過程中發現當原污水中投加聚合氯化鋁時，在污水中會立即產生泡沫懸浮狀物質，每100ml污水加入15ml聚合氯化鋁溶液時(Al₂O₃質量百分數為10%)幾乎全部生成泡沫懸浮狀物質，只剩有極少量的污水，而且這種生成物在電爐上會燒結為顆粒狀物質。硫酸鋁和硫酸鐵的混凝沉淀效果如圖4所示。
　　從圖中可以看出，在原污水中投加的各種混凝劑中，硫酸鋁混凝沉淀效果最好，在投藥量為4g/L時，COD_cr去除率可達到62.5%，這時污水COD_cr濃度由88100mg/L降低至33003mg/L，但這時的污水色度仍然比較高。硫酸鐵的混凝效果較差，COD_cr去除率只有50%左右。
　　（2.）脫色后污水的混凝沉淀
　　在經次氯酸鈉脫色后的污水中，在各混凝劑最佳pH條件下投加不等量混凝劑，測定污水的COD_cr濃度，實驗結果圖5所示。

圖5 脫色污水中混凝劑加藥量與COD_cr去除率的關系

　　從圖5可以看出，硫酸鐵效果最差，平均去除率僅為35%左右，且污染絮體顆粒較小，不易沉淀分離；聚合氯化鋁效果最好，污水COD_cr濃度由33500mg/L降低至17420mg/L，去除率為48%，BOD₅濃度降低至7719mg/L，其去除率為33.46%，并且在混凝過程中產生的絮體顆粒大，固液分離較快。因此，在脫色后的污水中首選聚合氯化鋁作為混凝劑，最佳投藥量為3～5g/L。
　　另外，在試驗過程中發現，當脫色后廢水中如果含有多余的次氯酸鈉，投加聚合氯化鋁后，次氯酸鈉會和聚合氯化鋁形成晶體狀沉淀，這樣會影響到混凝效果，因此，在對廢水進行脫色時，一定要控制好次氯酸鈉溶液的用量，不要有多余次氯酸鈉(氯離子)存在于廢水中。

4.結論

　　1.在次氯酸鈉和過氧化氫中，次氯酸鈉的脫色效果最好，色度去除率為95.8%，可使香料廢水的色度由原來的2000降至85，該色度值與污水排放標準中的色度值相差很近。同時，污水的可生化性較脫色前有所提高。過氧化氫的脫色效果盡管沒有次氯酸鈉好，但經過氧化氫脫色后的廢水可生化性大大提高，BOD₅/COD_cr比值可以達到0.6。
　　2.聚合氯化鋁、硫酸鋁和硫酸鐵三種混凝劑在pH為8～10時混凝效果最好，其中聚合氯化鋁PAC最佳pH在9～10，而硫酸鋁為8～9，硫酸鐵為7～9。
　　3.對次氯酸鈉脫色后的污水進行混凝沉淀實驗研究，結果表明在三種混凝劑中，混凝效果最差的是硫酸鐵，平均去除率僅為35%左右，且污染絮體顆粒較小，不易沉淀分離；聚合氯化鋁效果最好，去除率可以達到48%，并且混凝過程中產生的絮體顆粒大，固液分離較快。因此，在次氯酸鈉脫色后的污水中首選聚合氯化鋁作為混凝劑。
　　在次氯酸鈉脫色后的污水中應用聚合氯化鋁進行混凝沉淀時，污水中多余的氯離子會起到干擾作用，影響到污水沉淀效果。而氯離子對硫酸鋁混凝劑則沒有這種干擾作用。因此，在應用聚合氯化鋁作為混凝劑時，必須嚴格控制污水脫色時次氯酸鈉的投加量。
　　4.香料廢水經次氯酸鈉脫色和混凝沉淀之后，COD_cr濃度降低為17420mg/L，BOD₅濃度降低至7719mg/L，COD_cr和BOD₅的去除率分別達到80.23%和65.07%。盡管經脫色和混凝沉淀處理之后的廢水濃度仍然較高，但廢水的可生化性大大提高，由原來的0.23提高至0.44，這為污水的后續生物處理創造了條件。

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作者簡介：
徐高田，男，1971年生，1999年6月獲同濟大學博士學位，現為上海大學環境科學與工程系教師，系副主任，職稱副教授。已先后在各種核心刊物上發表論文三十余篇。
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