工業污水處理
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高色度廢水
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隨著企業及人們環保意識的增強、國家環保部部門控制力度的進一步加大,廢水的色度越來越受到關注,對于色度的去除,我們一般首先考慮色度的成因,再考慮該色度成因對生物處理的影響進行工藝的設計,最終根據自身水質分析脫色的工藝選取。
一、色度成因分析
根據引起水體色度的物質物理性質,可以將水體顏色分為表色和真色兩種。表色是指沒有去除水中懸浮物的水體顏色;而真色則是由于水中溶解性物質引起來的,也就是去除水中懸浮物后的顏色。通常我們所提到的色度所指的就是真色。一般引起水體色度升高的原因有可能是有機物,也有可能是金屬離子或者是螯合物。
1、有機物對色度的貢獻
通常認為高色度污水來源于染料生產和印染行業,因為染料生產基本原料是苯系、奈系、蒽醌系以及苯胺、硝基苯、酚類等。其實這種認識是片面的,在制藥廢水、木糖生產廢水、色素生產廢水、酶制劑生產廢水、山梨醇生產廢水、造紙廢水、部分有機化工廢水中,廢水都是有色度的,而且其色度的變化隨著污水處理單元的變化而變化,比如厭氧出水顯深青色,到了好氧處理出水卻變成了紅色或紅褐色等等。這主要與有機物在結構組成上所包含的發色基團和助色基團有關。所謂發色基團是指含有共軛雙鍵或共軛大鍵,可吸收紫外光以及可見光區域內不同波長的光波而發色的基團。發色基團有可能包括:-C=C-、-C=O、-CHO、-N=O、-NO2、-C=S、-C=N-、-N=N-、芳環和雜芳環等等。所謂助色基團,是指本身吸收波段在紫外區(短波段),若將其接到共軛體系或發色基團上,則可使共軛鍵或者發色基團的光吸收波段移向長波方向的基團,廢水中的發色基有可能包括:-OH、-OR、-NH2、-SH、-Br和-CL等。
2、金屬離子及螯合物對色度的貢獻
據很多資料顯示,水體里存在的某些過渡金屬離子及螯合物對水體色度的產生也有一定的影響。尤其在工業廢水中,水質波動性很大,隨機性強。很多時候廢水中含有Fe(Ⅱ、Ⅲ)、Mn(Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ)、Cu(Ⅱ)等金屬離子以及螯合物,而這些過渡金屬離子和螯合物對污水的色度都有一定的貢獻。
二、高色度污水對生物處理工藝的危害
1、不易生化
高色度污水的排放致使廢水的COD濃度增高,至使BOD5/COD值較低,一般為0.2~0.4,不易生化;且曝氣池微生物對多變化的染料及染料中間體難以適應,對微生物產生不良影響。已有報道表明,含偶氮色素的染料廢水可以用活性污泥法進行處理,但由于染料的種類不同,有時會發生妨礙活性污泥中微生物的呼吸現象。
2、毒性很大
染料生產一般是芳香族化合物苯環上的氫被鹵素、硝基、胺基取代后生成芳香族鹵素化合物、芳香族硝基化合物、芳香族胺類化合物等,毒性都較大,如甲苯、硝基苯、苯胺等。染料廢水還經常含有重金屬毒物:銅、鉛、鋅、鉻、汞、氰離子等。據資料表明,一般活性污泥法和常規的生物反應器都難以將苯胺類化合物生物降解,而且苯胺類化合物還是其它化合物生物降解的抑制劑,表現出抑制作用。
3、對曝氣池原生動物也有影響
在正常工藝運行狀態下活性污泥系統中,鐘蟲屬、累枝蟲屬、有肋盾纖蟲屬等占有很大優勢,此時活性污泥發育正常,沉降性能及生物活性良好,出水水質較高,處理效果較好。據資料顯示,當高色度廢水流入曝氣池時,原生動物的反應最敏感,其中最容易受影響的是盾纖蟲屬。
三、污水色度去除的新技術
有機化合物成分復雜,所以對有機化合物的分析,除了一般鑒定步驟外,還需配合進行元素和官能團的定量分析,以及進行紅外光譜、紫外光譜、核磁共振、質譜等儀器分析。
去除污水的色度的機理,根據色度形成機理的不同可以分為兩類:(1)對由有機物引起色度的脫色,其主要機理就是通過各種途徑打開其發色集團的共軛雙鍵或共軛大鍵而脫色;(2)對由金屬離子或螯合物引起的色度的脫色,其主要機理就是去除金屬離子或螯合物。目前污水脫色的新方法、新技術簡要介紹如下:
1、吸附脫色法
很多資料顯示,活性炭能有效去除廢水中的活性染料、堿性染料、偶氮染料;钚蕴吭谖剿苄陨葧r吸附率高,但不能吸附懸浮固體和不溶性色度。而且,再生費用昂貴,一般用于量少、濃度較低的染料廢水處理或深度處理。
2、絮凝法脫色
絮凝理論認為:水中呈膠體狀態存在的粒子,其表面帶有電荷,粒子越細,其表面積越大,表面電荷的影響越強烈。靜電斥力作用難以使粒子凝集,加入絮凝劑后,可減少膠體粒子表面電荷,減弱相同粒子間的斥力,粒子在碰撞時,形成絮凝,從而達到脫色的目的。因而,被廣泛的用于廢水處理。絮凝法的缺點是絮凝劑用量大,處理廢水是會產生大量不易脫水的污泥造成二次污染。
3、氧化還原法
氧化法是通過氧化劑,破壞發色基或攻擊染料分子結構上的弱點,將發色基變為可降解結構。但氧化劑用量大,經濟上不可行。還原法主要是廢料—鐵屑。鐵屑浸入廢水后形成無數微小原電池,電極反應產物為Fe2+、H+、OH-,均具有較高的化學活性,可有效地脫除廢水中的顯色分子。鐵屑用于處理高色度廢水,不僅成本低廉、操作簡單、而且能夠獲得以廢治廢的效果。主要缺點是還原降解后生產的簡單分子具有毒性,必須經過二次處理,費用增大。
4、離子交換脫色法
一種羥基丙基纖維素具有比纖維素本省對活性染料、直接染料、絡合還原染料更大的親和力,對除堿性染料外的其它高色度廢水的脫色效果優于活性炭。但一般離子交換法僅對某些顯色基團具有吸附作用,不適合大規模推廣使用。
5、超濾脫色法
目前,實現超濾的方法有:超濾膜過濾、錳砂過濾、新型復合過濾材料過濾等。試驗證明超濾膜對COD的去除率為53%以上,對濁度的去除率為100%,對色度的去除率為92%以上;錳砂過濾對色度的去除率達到50%,對污水色度的去除效果明顯;新型復合過濾材料含有珊瑚砂和加到珊瑚砂表面的活性炭;钚蕴苛綖≥0.05μm?捎糜谌コ鬯纳。該方法可用于去除各種染料和添加劑,但分離染料混合物困難、工藝復雜、費用大。
6、生化法脫色
生化法是利用水中的微生物降解水中的有機物來凈化水質達到脫色的目的。目前多采用活性污泥、接觸氧化、生物轉盤等方法處理印染廢水。微生物對染料的分解具有選擇性,有不少染料不能被生物降解,所以利用生化法處理印染廢水的脫色效果較差。
7、電化學法脫色
電化學處理方法就是采用溶解性或不溶性極板做電極,通入直流電,通過電解槽內發生的電化學氧化還原反應來達到脫色目的。其優點有:(1)普遍性,脫色效率快,應用廣;(2)操作管理方便;(3)它是許多脫色方法的綜合,處理過程中污泥和浮渣較少;(4)處理費用較低;
8、納米技術脫色
用納米尺寸的TiO2作為高色度污水處理的光催化劑時,其主要吸收激發波長為385nm(紫外波長)以下的光進行氧化還原反應,染料類化合物作為一種高效光敏化劑能將TiO2吸收光的范圍由紫外光延伸至可見光,這不但有效提高了光催化劑的催化活性,也能直接利用太陽光處理廢水,降解脫色,達到廢水處理的目的。
9、聯用技術脫色
以上兩種或多鐘脫色技術的聯用,比如:高壓脈沖放電—臭氧氧化處理活性艷紅K—2BP廢水;化學—生化組合法深度處理印染廢水;活性炭—臭氧處理印染廢水等。試驗證明,多種脫色技術的聯用可以集中多種脫色技術的優點,對水體色度的去除具有更高的處理效率。
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