水力清砂廢水及濕法除塵廢水綜合處理

林靜，郭海燕，張壽通，李明高

(大連交通大學環境與化學工程學院，遼寧大連116028)*

0 引言

水力清砂廢水和濕法除塵廢水是機加工企業在生產過程中會產生的兩類廢水.水力清砂是利用高壓水經管道輸送到噴槍以形成高壓射流，射向鑄件表面清除型殼的一種方法.它的主要作用一是切割，二是沖刷.當高速射流對砂塊所產生的沖擊力超過砂塊的抗剪強度時，砂塊即被切碎.然后水流滲入砂塊的裂紋，破壞砂塊之間的聯系.砂塊被沖散，并隨水流一起洗刷下來形成水力清砂廢水.水力清砂廢水pH較大，往往含有大量的水玻璃和無機沙粒，水玻璃使水形成膠體，粘度增加，大大阻礙了泥砂的沉降.如將此類高堿性的膠液直接外排，將嚴重堵塞下水道及污染河流［1-2］.濕法除塵是利用含塵氣體與水或其它液體相接觸時，水滴和塵粒的慣性碰撞及其他作用而把塵粒從氣流中分離出來.其突出優點是可以同時對有害氣體進行凈化，但易產生二次污染，耗能高.濕法除塵產生的除塵廢水往往含有較高的懸浮物，為黑褐色，且COD濃度很高.在對水力清砂產生的粉塵進行濕法去除時產生的廢水呈現堿性，直接排放將對環境造成較大的污染［3-4］.

目前，清砂廢水和濕法除塵廢水進行處理一般采用沉降分離和機械分離相結合的工藝，但直接沉降工藝占地面積大，采用離心分離、真空過濾、自動板框壓濾等機械分離工藝除設備投資高以外，其維護和運行費用都較大［5-6］.為減少廢水排放，提高水資源利用效率，對以上兩類廢水進行循環使用，實現清潔生產和企業節能減排目標.本文針對兩類廢水的水質特征提出物化和生化聯合綜合處理方法，實驗確定了最佳處理工藝及工藝參數，為兩類廢水的治理和回用處理工程提供了技術支持.

1 實驗方法

1.1 實驗裝置

混凝條件確定采用燒杯實驗.生化處理實驗裝置采用有機玻璃反應器，平行設置三套，分別為單獨好氧處理、厭氧-好氧生物處理以及厭氧-好氧(回流)處理三種工藝流程［7］.其中厭氧-好氧(回流)處理系統如圖1所示.經混凝處理的廢水置于儲水池中，厭氧反應器和好氧反應器內填充聚氨酯填料，表面生長培養成熟的厭氧和好氧生物膜，有效容積分別為3L和6L，生化處理后出水流經沉淀池沉淀后出水.生化反應器內水溫約為20℃.

圖1 實驗裝置

1.2 實驗用水

實驗用水來自某機加工企業，其中，水力清砂廢水來源于高壓水清除鑄件表面水玻璃砂型殼操作過程，濕法除塵廢水來源于對人工清砂過程中產生的粉塵進行濕法除塵的操作過程.廢水中含有石英砂、水玻璃(硅酸鈉)、甘油醋酸酯、丙烯碳酸酯難于生物降解的甘油酯類有機物［8-9］，pH較高，懸浮物濃度較高.經測定，兩類廢水混合后水質指標如附表所示.

附表 實驗用水水質

1.3 實驗內容與分析方法

1.3.1 實驗內容

(1)根據預實驗結果選取混凝劑為聚合氯化鋁(PAC)，助凝劑為陽離子聚丙烯酰胺(PAM)，采用燒杯實驗優化混凝條件，確定混凝劑和助凝劑的最佳投加量.

(2)對混凝后廢水進行生化處理，考察單獨好氧處理、厭氧—好氧處理和厭氧—好氧(回流)處理三種工藝條件下廢水的處理效果.其中，單獨好氧處理時好氧生物反應器水力停留時間15h，厭氧-好氧處理時，厭氧和好氧生化反應器水力停留時間別為5h和10h，厭氧—好氧(回流)處理時厭氧和好氧生化反應器水力停留時間別為4h和8h，回流率100%.

(3)確定最佳處理工藝，使其出水達到城鎮污水處理廠污染物排放標準(GB18918-2002一級A)，滿足水力清砂高壓水槍和濕法除塵用水的水質要求.

1.3.2 分析方法

主要化學指標分析方法參照《水和廢水監測分析方法》［10］.

2 實驗結果與討論

2.1 混凝燒杯實驗結果

采用水力清砂和濕法除塵混合廢水，廢水COD為220 mg/L，pH為11.首先調整廢水pH為7.0，在保持助凝劑PAM濃度為10 mg/L的條件下，投加不同量PAC，混凝效果如圖2(a)所示.保持PAC投加量為60 mg/L，不同PAM投量條件下混凝效果如圖2(b)所示.從圖2(a)可以看出，在混凝劑投加量為20～140 mg/L的范圍內，PAC投量對廢水COD去除和濁度影響較大，而圖2(b)顯示，在阻凝劑PAM投量為2～16 mg/L的范圍內，混凝后COD變化不大，而對濁度有較大影響.根據燒杯實驗結果，確定最佳PAC和PAM投加量分別為100 mg/L和10 mg/L，COD和SS去除率分別達到28%和64%.

圖2 投加不同物質條件下混凝效果

2.2 連續混凝處理效果

根據最佳混凝條件，投加混凝劑PAC 100 mg/L和助凝劑PAM10 mg/L，調節pH值約7，對廢水進行連續混凝預處理，處理效果如圖3所示.從圖可以看出，在進水COD為150～450 mg/L的范圍內，經混凝處理后出水COD降至120～270 mg/L，COD去除率一般保持在在15%～30%之間.

圖3 連續混凝處理效果

2.3 不同生化工藝處理效果

廢水經混凝后，平行采用三套生化處理裝置，對比考察了單獨好氧處理、厭氧—好氧處理和厭氧—好氧(回流)處理三種工藝條件下廢水的處理效果，實驗結果如圖4所示.從圖可以看出，在混凝后出水COD濃度為120～270 mg/L，好氧處理進水COD濃度不高，但出水COD濃度為60～70 mg/L，COD去除率基本上在65% ～75%之間.盡管曝氣長達15 h，廢水中含難降解的有機物仍無法被微生物氧化去除，出水達不到一級A排放和回用的標準.

對混凝后出水采用厭氧-好氧生化處理，出水COD濃度較單度好氧生化處理要低，COD去除率基本上在75% ～80%之間，出水COD保持在50 mg/L左右.可見，盡管總的水力停留時間沒變(厭氧5 h，好氧10 h)，由于在好氧生化處理前先進行厭氧(水解酸化)處理，可生化性差的高分子物質經過厭氧段的水解和酸化作用，使高分子有機物變成較小分子，改善廢水的可生化性，不僅提高了處理效果，而且節約了曝氣所需的動力消耗.

厭氧-好氧(回流)工藝將沉淀池沉淀的污泥回流至厭氧段，以提高生化反應器內生物量，同時提高進水流速，增加了池內的攪拌，使污泥與污水的接觸均勻.從圖5可以看出，在厭氧-好氧(回流)工藝中，盡管厭氧和好氧生化反應器的總停留時間只有12 h，較厭氧-好氧工藝的總停留時間(15 h)有所減少，但增加回流后，處理效果較無回流工藝進一步改善，COD去除率在85%以上，出水COD基本保持在40 mg/L以下，達到中水排放標準［11］，出水可直接回用于水力清砂高壓水槍和濕法除塵用水.

圖4 三種工藝條件下COD去除效果

3 結論

采用物化混凝和生化法結合的工藝處理水力清砂和濕法除塵混合廢水，確定了廢水處理工藝和工藝參數，使處理出水達到回用標準，主要結論有:

(1)水力清砂廢水和濕法除塵廢水懸浮物含量大，可生化性能差，通過混凝-生化聯合工藝處理可以取得良好處理效果;

(2)混凝處理可以去除大部分的懸浮物，在廢水pH為7左右，混凝劑PAC投量為100 mg/L、助凝劑PAM投量為10 mg/L條件下，COD和SS去除率分別達到28%和64%;

(3)混凝-好氧工藝對廢水的COD去除率基本上在65% ～75%，混凝-厭氧-好氧工藝對廢水COD去除率75% ～80%.混凝-厭氧-好氧(回流)工藝COD去除率在85%以上，出水COD在40 mg/L以下，達到回用標準，可回用于水力清砂高壓水槍和濕法除塵用水補充水.

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