高,BOD和COD负荷较大,色度较深(呈红棕色),氧化还原电位较高,废水易腐化变质。因此,高效处理这类废水是目前再造烟叶行业发展中一个亟待解决的难题。
絮凝-气浮法是废水处理中广泛应用的技术之一,常作为废水预处理单元。其机理是利用气浮设备溶气原理,向废水中通入溶气水,再加入絮凝剂,利用絮凝剂的电中和、架桥、网捕等作用,使废水中的分散相凝聚、絮集,达到去除SS的目的。絮凝-气浮法处理效果与絮凝剂的类型、用量和进水温度、pH等因素相关,要达到优预处理效果,需对各因素进行优化。
目前对于多因素优化方法有响应面法和正交试验法,正交试验设计注重寻找佳因素水平组合,但它不能找到整个区域上因素的佳组合和响应值的优值,而响应面法则是一种综合实验设计和数学建模的优化方法,通过在具有代表性的局部个别点进行试验,回归拟合全局范围内因素与结果间的函数关系。响应面法具有试验次数少、精密度高、预测性能好等优点,已经在众多领域得到广泛应用,例如在生物化工方面的应用、废水芬顿处理的优化、菜籽蛋白酶水解条件及结果分析等。
本试验研究了絮凝剂、助凝剂、初始水
3 仪器
pH计,分析天平,电热恒温鼓风干燥箱,722G型可见光分光光度计,SHP-250型生化培养箱,具塞比色管,ZR4-6型六联混凝搅拌机,VEGALMU扫描电镜,SS-1Z悬浮物测定仪,752型紫外分光光度计。
1.2 方法
1.2.1 单因素实验
(1)絮凝剂类型和用量对废水絮凝沉淀的影响实验
取200mL再造烟叶污水站初沉池出水,原水质pH为6.8,出水温度为30℃,快速(120r·min-1)搅拌2min,随后分别加入不同量(50、100、200、300、400、450、500、600mg·L-1)絮凝剂PFS和PAC,按原速继续搅拌1min,再慢速搅拌20min(30r·min-1),后静置30min,取上清液,测定CODCr、SS去除率。
(2)助凝剂(CPAM)类型和用量
州某公司生产锦纶6差别化纤维和锦纶切片,产生的废水具有有机物和总氮浓度高、来水不稳定等特点。其主要污染物己内酰胺易溶于水、易生物降解、总氮含量高、处理难度大。废水中还存在一些哌啶胺、酰胺等有机氮化合物,增加了废水处理难度。该企业已建有一套污水处理设施,但存在处理出水氨氮不达标、水质不稳定等问题,亟需进行改造。
考虑到MBR工艺具有截留微生物的优良性能
①调节池
碳钢结构,内部玻璃钢防腐。设计尺寸为15m×10m×3.5m,有效池容为450m3,水力停留时间为2.2d。调节池分隔成两池,交替均匀水质并调节pH值。
②换热池
钢筋混凝土结构,设计尺寸为5.0m×5.0m×5.5m,有效池容为125m3。采用列管通入蒸汽加热废水,控制水温为37~40℃,以维持厌氧水解的中温环境。
③深度水解池
钢筋混凝土结构,设计尺寸为15m×10m×5.5m和10m×5m×5.5m,有效池容为1000m3。水解池分为3格,每格池内设置2台潜水搅拌器,每台功率为3kW。为了节省电耗,潜水搅拌器间歇运行,工作2h、停1h。水解池加盖密封,密封的臭气由引风机引入紫外光除臭器净化排放。
④光催化臭气净化塔
不锈钢结构,尺寸为2m×2m×4m,有效池容为16m3,臭气处理量为1000m3/h。紫外光波长254nm,催化剂为二氧化钛,总功率为4kW。
⑤二沉池
钢筋混凝土结构,设计尺寸为5.0m×4.0m×5.5m,表面负荷为0.42m3/(m2·h)。共设置2台排污泵(1用1备),定期将沉淀污泥回流至深度水解池。
⑥兼氧池
钢筋混凝土结构,设计尺寸为10.0m×4.0
会给环境和生态带来压力,特别是对DMAC废水的处理。作为一种高效率、高价值的工业溶剂,其废水如不处理直接排放,不仅会污染环境,更会造成溶剂资源的大量浪费。因此,有必要对废水中的DMAC进行回收。
现有的DMAC回收标准存在一定的差异,如涂料行业,只需要将DMAC从乳液颗粒中分离即可。而在医药和农药领域,反应体系大多是对水敏感的,需要控制DMAC回收液中的水含量,往往需要低于1000mg/L。回收标准严格的是纺丝纤维中DMAC废水的回用,除对DMAC产品纯度要求在99.9%(w)以上外,对含水量、酸值、电导率、pH值都有严格的要求,其中,含水量需要低于400mg/L,给回用带来极大的困难。现有的DMAC废水回收技术主要包括精馏技术、萃取-精馏技术和一些其他技术方法。
本文结合现有技术,对废水中的DMAC回收技术进行了综述,重点分析了精馏回收技术和萃取-精馏回收技术,并对常用的萃取剂及复合萃取剂进行了分析。
1、精馏技术
1.1 汽-液平衡测试
精馏技术是化工分离中为成熟的工艺单元之一,通过精馏可获得高纯度的有机化合物。在DMAC废水体系中,由于DMAC和水的沸点差异较大,且没有共沸体系存在,因此采用常规的精馏方法在理论上可获得纯净的DMAC产品。
为进一步验证DMAC-水体系的可分离性并收集热力学基础数据,许多研究者从汽-液相平衡数据测试入手,进行了深入的研究,邢海燕等采用循环法测定了常压下DMAC-水二元体系的汽液平衡实验数据,并进行了热力学一致性效验,其中,邢海燕等对Wilson和NRTL活度系数方程进行回归,获得了二元交互作用参数,为精馏法分离DMAC和水提供了热力学参数。季伟则利用改进的Ellis汽-液平衡釜测定了35kPa压力下的DMAC-水二元汽-液相平衡数据,同时关联了实验数据,证明了VanLaar和Wilson活度系数方程都适用于上述体系。
1.2 普通精馏技术
普通精馏技术是一种成熟的DMAC废水回收工艺方法,在许多公司都有实际的运用。该工艺方法不仅可以保证DMAC产品的质量,而且节约了时间成本,是一种切实可行的回收工艺。刘明晶以间歇精馏为基础采用先恒定馏出液组成、后固定回流比的精馏方式,研究了回流比、操作压力等对分离过程的影响。季伟则以某药厂产生的低浓度DMAC医药废水为研究对象,在减压条件下,分别对脱水、粗分和精制三个单元进行设计,终获得纯度大于99%(w)的DMAC产品。张弘针对腈纶湿法两步法生产过程中所产生的大量DMAC废水进行系统回收再利用,研究了四效精馏工艺方法,特别对效的蒸气用量、压力、回流比进行了模拟和优化,对实际生产工艺有一定的指导。
1.3 热耦合精馏技术
纺丝和制药等行业所产生的废溶剂中DMAC的浓度一般都较低,有些甚至低于10%(w),使得普通的精馏或蒸馏操作都需要将大量高比热容的水从塔顶蒸出,过程的能耗高。为进一步综合利用过程热能,降低工艺能耗,研究者们提出了许多行之有效的热耦合精馏方法。杨德明等提出了差压热耦合回收废水中DMAC的方法。所谓差压热耦合技术是一种有效的节能技术,即通过使用前面常压塔塔顶的蒸气潜热来加热后面负压塔塔釜的再沸器,进行热量的耦合,从而达到降低精馏过程能耗的目的。以此技术为基础,高晓新等采用AspenPlus中严格计算模块(RADFRAC)和Wilson热力学计算模型提出了顺流双效、三效和四效精馏回收DMAC工艺流程,并使用Matlab进行经济评估,研究结果表明,效数越高,过程的能耗越低。高晓新等还提出了一种将中间再沸器技术和机械式蒸气再压缩(MVR)热泵精馏技术耦合在一起的中间再沸式热泵精馏技术,工艺流程见图1。其中,中间再沸器的增加将减少塔釜再沸器高品质的热量消耗,而塔顶出来的蒸气通过压缩机的作用可以tisheng塔顶蒸气品位,从
m×5.5m,有效池容为200m3。池内设置2台潜水搅拌器,每台功率为3kW,间歇运行,工作2h、停1h。
⑦MBR池
1座,钢筋混凝土结构,设计尺寸为17m×15m×5.5m,有效池容为1275m3。分隔为3池,池内设置盘式曝气器,每池独立控制气量。池内设置1套国产膜组件,PVDF中空纤维膜,膜面积为500m2。膜自吸泵工作8min、停2min。采用清水在线反冲洗,每天1次,每次15min。池内设置2台排污泵(1用1备),定期将混合液回流至兼氧池。设1套碱液投加系统,控制MBR池内pH值为6.5~7.5,确保硝化正常
和出水水质好等特点,有利于处理难降解污染物,笔者结合自身工程经验,设计以MBR为核心技术单元并纳入深度水解工艺完成工程改造,达到了设计目标。
1、设计进、出水水质 在已有污水处理设施运行经验基础上,进行方案比选。原有污水站直接采用A/O工艺,无法使己内酰胺迅速高效氨化,有机氮在好氧阶段残留量仍然很高,势必导致有机氮在好氧阶段不断转化为氨氮而使得氨氮来不及转化为硝酸盐,从而致使出水氨氮含量不达标;与此同时,水体中硝酸盐含量高,沉淀过程反硝化严重,污泥难以沉降从而导致污泥流失及整体处理性能的下降。因此,只有使己内酰胺完全转化为氨氮,再采用A/O工艺才能确保氨氮达标排放。经过技术方案比选后,选择采用深度水解/MBR工艺,确保出水水质稳定达标
生产废水共200m3/d,设计进水水质见
对废水絮凝沉淀的影响实验
按照上述过程,加入不同用量的3种助凝剂CPAM(见表2),根据上述实验结果,加入优用量絮凝剂,进行实验。
(3)温度和pH对废水絮凝沉淀的影响实验
取200mL出水,用NaOH或H2SO4调节水样的pH值,使用电炉加热控制水样温度,按照上述实验结果加入优用量助凝剂和絮凝剂,进行实验。
1.2.2 PFS-CPAM复合混凝剂电镜扫描
取20g聚合硫酸铁置于烧杯中,加入50mL蒸馏水,搅拌成均匀的稀糊状混合液,再加入8g阳离子聚丙烯酰胺,先快搅1min,再在80℃水浴下慢搅10min,得到浓稠胶体。选用PFS、相对分子量1100万、离子度为40%的CPAM以及PFS-CPAM,分别进行电镜扫描。
1.2.3 响应面优化实验
响应面法优化烟草薄片废水絮凝处理工艺试验在单因素试验的基础上,采用中心复合设计法,以COD去除率为目标值Y,取其中对COD去除率影响相对较大的3个变量条件(PFS投加量X1、CPAM投加量X2、pHX3)进行Box-Behnken试验,测定不同组合下的COD去除率,并从中选出优的组合条件。Box-Behnken试验设计因素与水平见表3。
体pH值、温度以及进水liuliang等单因素对废水絮凝沉淀的影响,并在此基础上利用Box-Behnken设计原理,运用响应面分析方法建立二次多项式数学模型,得到了佳的絮凝体系和优化的工艺参数,为造纸法再造烟叶废水预处理提供技术支撑。
1、材料与方法