曝气微电解-电化学氧化-沉淀组合工艺处理高盐榨菜综合废水研究

摘要

随着三峡库区经济的快速发展，库区的特色支柱产业榨菜的生产集约化程度提高，规模愈来愈大，在其生产过程中每年要向环境排放大量的高盐高氮磷有机物废水，且有逐年增大的趋势。该废水水质成份复杂，处理难度大，缺乏有效的处理技术，若未经有效处理直接排放，势必对三峡库区水环境形成严重威胁，已成为制约库区特色产业规模发展的瓶颈问题之一。针对榨菜综合废水成分复杂、氮磷含量较高、碳氮磷比例失调、pH值偏酸性、高盐对普通微生物的抑制及生物处理效能不稳定等问题，本课题开展榨菜综合废水的高效物化处理技术研究。通过对高盐条件下的榨菜综合废水有机物和磷的物化去除的方法、关键参数及组合工艺处理模块构成的研究，为开发出高效稳的高盐榨菜综合废水物化组合处理成套技术提供技术支撑。
　　论文总结了国内外高盐有机废水处理技术的特点、研究成果以及存在的问题，结合榨菜综合废水的水质特点、处理目标以及处理技术的可操作性和经济性的要求，选用曝气微电解、电化学氧化、Fenton氧化、混凝沉淀预处理榨菜综合废水，研究了各种处理技术对污染物的去除效果，并对各工艺的工艺参数进行了优化，在此基础上，考察了两种组合工艺对榨菜综合废水中污染物的去除效能。
　　曝气微电解法预处理榨菜综合试验研究表明，在微电解的条件下采用曝气，不仅可以提高Fe/C微电解对COD和磷酸盐的去除率，而且增加了对废水中铁屑的扰动和填料之间产生摩擦，减少填料板结和钝化；采用响应面法（RSM）建立了COD的去除率和影响因素的二次响应曲面模型，获得最佳反应条件是：反应时间3.86h，pH值为3.67，Fe:C体积比为1.06，其COD去除率为59.95％（预测值60.73%），磷酸盐去除率为99.72%。反应时间、pH值、Fe:C体积比对COD去除率的影响大小为：反应时间>Fe:C体积比>pH。二次响应曲面方差分析结果表明，回归模型达到显著性水平，在研究区域内拟合较好，模型的精密度、可信度和精确度均在可行范围内，与实验结果吻合程度较高。
　　电化学氧化法预处理榨菜综合废水试验研究表明，以RuO2-IrO2-SnO2-TiO2/Ti四元极板为阳极，钛网极板为阴极，利用响应面法探讨了榨菜综合废水COD的去除率与电流密度、极板间距和pH值之间的关系。通过Design-Expert7.1数据处理软件得到一个二次响应曲面模型以及优化的水平值，最佳反应条件为电流密度为12.37A/dm2、极板间距为18.82mm、pH为5.92，此条件下COD去除率为83.21%（预测值为83.25%），氨氮去除率为100.00%。
　　Fenton氧化技术预处理榨菜综合废水试验研究表明，在最佳条件下，即反应时间1.50h，初始pH为3.00，C0(Fe(II))=2000mg/L，C0(H2O2)=3.0mL/L的条件下，榨菜综合废水COD去除率为26.44%。
　　混凝沉淀预处理榨菜综合废水试验研究表明，在最佳条件下，即pH=6，混合阶段转速为300r/min，混合时间为20s，反应阶段转速为60r/min，反应时间为12min，PAC、PAM的投加量分别为400mg/L、7.5mg/L，此时SS去除率为79.70%，COD去除率为21.90%，磷酸盐的去除率为36.46%。
　　通过对曝气微电解-Fenton氧化-沉淀组合工艺和曝气微电解-电化学氧化-沉淀组合工艺处理榨菜综合废水对比分析，发现曝气微电解-电化学氧化-沉淀组合工艺对污染物去除效果显著。当榨菜综合废水的COD、BOD5、氨氮、磷酸盐、总氮、SS分别为5200，3744.91，110.83，43.82，331.92，680mg/L，盐度为22.4g/L，pH为4.68时，经曝气微电解-电化学氧化-沉淀组合工艺处理后出水COD、BOD5、氨氮、磷酸盐、总氮、SS分别为470，32.27，0，0，78.75，57mg/L，盐度为16.5g/L，pH为6.42，出水氨氮、磷酸盐、SS和pH达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中的一级排放标准，出水COD和BOD5达到三级排放标准。解决了榨菜综合废水碳氮磷比例失调、高盐对微生物的抑制作用机及生物处理效能不稳定等问题。为开发出高效稳定的高盐榨菜综合废水物化组合处理成套技术提供技术支撑。

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1 绪 论

1.1 高盐度有机废水的危害

1.2 高盐度有机废水处理进展

1.3 物化法除磷的研究进展

1.4 课题的研究目的、意义和内容

2 试验材料与方法

2.1 榨菜综合废水的来源

2.2 榨菜综合废水的水质特性

2.3 试验内容与方法

3 物化法预处理高盐榨菜综合废水

3.1 微电解法

3.2 电化学氧化法

3.3 Fenton氧化试验

3.4 混凝沉淀试验

4 物化组合工艺处理高盐榨菜综合废水

4.1 试验条件

4.2 处理效果分析

5 曝气微电解-电化学氧化-沉淀组合工艺中试试验研究

5.1 曝气微电解模型试验研究

5.2 电化学氧化模型试验研究

5.3 曝气微电解-电化学氧化-沉淀组合工艺中试试验研究

5.4 经济分析

6 结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

致谢

参考文献

附 录