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橡胶促进剂废水处理研究概况和工艺改造建议


                         橡胶促进剂废水处理研究概况和工艺改造建议
                                         伊学农,段小龙,周伟博
                      ( 上海理工大学环境与建筑学院,上海200093)
    摘要:三废的综合治理,特别是废水处理的研究,成为橡胶促进剂行业研究的重要内容之一。本文介绍了促进剂废水处理技术研究现状及其特点,并对某促进剂企业生产废水的处理情况进行实地调研和分析,针对废水现状处理存在的问题,提出相应的改进思路,即实行分质处理,以期为促进剂生产企业的废水处理提供参考,获得良好的经济效益。
    关键词:橡胶促进剂; 废水处理; 调研和分析; 分质处理
    中图分类号: X703 文献标志码: A 文章编号: 1001 - 9677( 2015) 02 - 0018 - 03
    橡胶促进剂作为橡胶工业必不可少的基本原料之一,在我国橡胶工业发展的带动下迅速发展,其产能迅速扩张所带来的环境污染问题日益凸显。大部分促进剂在生产过程中会产生大量的废水,此类废水一般含有成分复杂的高浓度难降解有机物,处理难度大,治理费用高,其治理问题不仅成为困扰众多企业发展的难题,也是制约我国橡胶助剂工业可持续发展的因素之一。
    目前橡胶促进剂废水的处理多采用物化与生化法。生化法处理运行费用低,但难以承受促进剂废水多变的水质水量的冲击,因而实际正常运行困难。物化法处理效果好且运行方便,但处理成本高[1]。本文首先对促进剂废水处理的研究做简要分析,然后以某工业园区内促进剂生产废水为例,结合该企业促进剂生产废水特点和处理状况,提出废水分质治理的思想,以期为此类废水的经济有效处理提供参考意见。
    1 ·促进剂废水处理技术研究概况
    目前,物化和生化的处理方法仍是促进剂废水的主要研究方向,也是国内外促进剂企业采用的主要废水处理技术方法。
    1. 1 物化处理
    物化处理法主要包括萃取法、蒸馏蒸发法、混凝、气浮、吸附等。这些技术主要处于实验室研究阶段,并且相应的研究对废水中某些污染物质具有较好去除效果,这些定向性去除功能也限制了它们的工业应用。杜慧玲[2]等和拜耳公司的研究表明萃取法对促进剂废水中特定有机物达到较好的去除效果,但是没有改变废水的含盐量,并且萃取剂用量大,带来二次污染等。蒸馏蒸发能著降低废水中的无机盐和有机物含量[3 - 4],但该方法消耗能量大,运行费用高,适合处理高含盐量同时水量较小的废水。絮凝试验[5]表明常规絮凝剂直接处理高浓度促进剂废水效果都很差,硅藻土复配混凝剂[6]虽然明显改善了混凝预处理促进剂废水的效果,但是这种混凝剂较难制得。吸附法对于常规生物和化学氧化都难以氧化降解的溶解性有机物的去除效果较好。研究发现常用吸附剂活性炭对低COD 浓度的废水吸附效果较好[7],且由于价格昂贵,对高浓度的废水作预处理不经济,一般作为后续处理控制出水指标。
    1. 2 化学处理
    化学处理方法主要包括化学沉淀、化学氧化和微电解等。化学氧化通常是以氧化剂对废水中的有机污染物进行氧化降解和去除的方法。常用的几种氧化剂有Fenton 试剂、氯氧化剂以及臭氧等。研究[8 - 11]发现这些氧化剂对COD 的去除能力不高,并且试剂的投加量较大,运行费用很高,而且臭氧氧化后会产生大量副产物[12]。铁碳微电解工艺简单,可达到”以废治废”的目的。但是该方法的缺点是反应前后均需要调节pH,反应后产生大量铁泥需要处置,导致处理成本较高。因此,铁碳微电解一般与其他处理技术如混凝、Fenton 氧化等联用,提高处理效率同时降低处理成本。
    1. 3 生化法
    生物处理方法是有机废水传统的处理方法,也是最经济的处理方法。但是绝大多数促进剂废水难以直接用常规生化法进行处理,特别是高盐、高氨氮以及含高毒性有机物的废水,仍然是生化处理技术应用的瓶颈。
    国内外研究发现投加特殊菌种可以提高传统生化法对难降解有机物的去除效果,高效优势菌技术成为生化处理促进剂废水研究的热点,即分离和筛选出适应性强的具有特殊降解功能的微生物菌种,并富集和驯化获得高效优势菌用于废水处理。高效优势菌技术对含有毒性较高的M 盐废水的研究表明[13],高效优势菌技术处理效果优于常规生化处理。由于促进剂废水的高含盐量,耐盐菌的培养和驯化成为人们关注的热点。
    2· 促进剂废水处理建议
    2. 1 促进剂废水及处理概况
    2. 1. 1 废水水质
    某工业园区橡胶促进剂厂主要生产CZ、NS、DZ、TMTD、D 五种促进剂产品,生产废水主要是母液废水和水洗废水,产生的混合废水主要含有生产原料以及微量的副产物、中间产物和产物等,成分结构复杂,属高浓度难降解有机废水。各橡胶促进剂废水水质情况如表1。

    各促进剂满负荷生产排放的综合最大废水量约1000 m3 /d,综合废水水质特点可概括为高COD、高盐、高氨氮,可生化性极差( B/C < 0. 05) 。
    2. 1. 2 废水处理概况
    该厂现有一套物化与生化结合的废水处理工艺,其设计处理水量为1200 m3 /d,工艺流程如图1。
                 
    废水处理工艺实际运行状况如下:( 1) pH 调节池: 加工业硫酸调节pH 至3 左右,以达到芬顿试剂反应的适宜pH 值,同时达到酸析沉淀去除部分有机物的效果;( 2) 芬顿氧化系统: 27. 5% H2O2投加量为8 L/m3 ,20%FeSO4投加量为50 L/m3 ,降低废水COD,提高废水可生化性;( 3 ) 絮凝沉淀池: 加碱调至pH 至9,再投加PAC 和PAM,去除废水中微小悬浮有机物,降低色度;( 4) 水解酸化池: 停留时间为12 h,池内有组合填料;( 5) 生物接触池+ MBR: 总停留时间为24 h,池内也装有组合填料。目前,废水处理工艺系统只对易于处理的NS 废水进行处理,而其他几股废水( CZ、DZ、D、TMTD) 只能外运处置。为达到生化系统的进水含盐量要求,采用生活污水和循环排污水进行均质调节以降低废水的含盐量。均质后混合废水约600 m3 /d( NS 废水约占1 /2) ,COD 在2100 mg /L 左右,生化处理出水基本能达到工业园区废水三级排放标准( COD < 500 mg /L) ,处理出水状况如表2。
                 
    2. 1. 3 现状废水处理分析
    由表2 可知,废水处理工艺系统中物化和生化处理的效率均不高。此外,该废水处理还存在以下问题:
    ( 1) 芬顿系统中硫酸亚铁投加量过大,影响混凝沉淀效果,增加芬顿处理出水色度,增加处理成本。
    ( 2) 水解酸化后为单纯的好氧处理,生化处理的有机负荷低。
    ( 3) 生产废水的含氮量较高,但是现状处理工艺没有脱氮能力。
    2. 2 废水处理改造思路
    为了更好利用现有工艺系统解决厂区废水处理问题,根据厂区废水及处理现状,提出分质处理、统筹治理改造思路。对厂区生产废水处理的整体改造思路包括两个方面。
    ( 1) 对特殊水质废水,如含盐量与COD 浓度都很高的DZ废水和硫酸盐与氨氮含量都很高的D 废水,进行相应的分质预处理。
    ( 2) 对现有废水处理工艺系统进行优化升级,以保证混合生产废水经改造后工艺系统处理后能达标排放,达到处理整个厂区废水的目的,避免繁琐昂贵的外运处置。
    2. 2. 1 分质预处理
    根据表1 中各促进剂生产废水的水质特点,确定DZ 和D两股废水需要进行分质预处理。
    ( 1) DZ 废水
    由于DZ 废水含盐量和COD 浓度均很高,采用多效蒸发进行脱盐效果较好,同时能显著降低COD。而废水水量( 67 m3 /d)较小,处理成本相对不高。
    ( 2) D 废水
    常用的降低硫酸盐浓度的方法有蒸发、膜分离、离子交换、化学沉淀等方法。由于D 废水量较大,且所含硫酸盐浓度很高,蒸发处理成本太高。废水中含有粘附性强的树脂状物质,膜分离技术不适用于处理此类废水。因此,采用化学沉淀与吹脱法相结合作为预处理。在废水中投加石灰,沉淀后的废水再经吹脱,以降低废水的氨氮浓度。
    2. 2. 2 原工艺系统改造   现有工艺处理系统分为预处理、生化处理和深度处理三个部分,对其各部分进行相应的优化升级,以提高系统的有机处理能力和处理效率,保证生化系统的良好运行和处理出水达标排放。   ( 1) 预处理
    在原Fenton 氧化法基础上增加微电解处理,即采用微电解- Fenton 联合预处理混合废水,显著提高COD 的去除能力和废水可生化性。同时,联合工艺可以有效改善单独Fenton 氧化处理时药剂投加量大、运行成本高的缺点。微电解- Fenton 工艺中产生的Fe3 + 比投加的絮凝剂效果更好,可节省絮凝剂的投加。改进后的工艺无需增加复杂设备,且对环境友好。
    ( 2) 生化处理
    针对生化处理系统存在的问题,将原水解酸化+ 好氧改为厌氧/缺氧/好氧工艺,提高系统的有处理机负荷,增加系统的脱氮能力。增加的缺氧段可进一步降解有机物,提高废水可生化性。由于经分质预处理后混合废水含盐量仍较高,可考虑在生化处理系统中引进耐盐菌种,提高生化系统的处理效果。
    ( 3) 深度处理
    生化处理出水有机物含量不高,但所含有机物大多为难生化降解的,甚至是难以氧化降解的,故采用活性炭吸附作为深度处理保证处理后废水达标排放,是一种较好的选择。   3 ·结论   促进剂废水的处理一直是工业废水处理领域中的难题之一,本文对现有促进剂废水的处理技术进行了总结,发现该类废水的处理主要存在以下难点:
    ( 1) 高含盐量,废水中含有的大量无机盐对传统生化处理带来限制,现有物化除盐技术如蒸发和蒸馏及膜技术等,处理费用太高。
    ( 2) 高毒性物质,各种对传统微生物有毒性作用的有机物和高浓度的氨氮,抑制了生化处理的效果。
    笔者根据课题组多年的废水研究经验,对促进剂废水的处理提出了分质处理思想,并对某促进剂生产企业的废水处理工艺提出改造建议。促进剂废水的处理短期内仍将是困扰促进剂生产企业的难题之一,开发合适高效的水处理工艺技术是国内外需要共同努力的目标,希望本文的建议能对该类废水的处理提供帮助。
参考文献
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