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含毒有机废水生物处理前的预处理工艺分析

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发表于 2019-5-16 17:35:12 | 显示全部楼层 |阅读模式

大量数据表明,中国和未来很长一段时间的环境问题主要是水环境问题,水环境问题主要是有机废水的污染。因此,有机废水的处理是环境保护的一个极其重要的方面。
生物处理前有毒有机废水的预处理
生物处理是有机废水无害化处理的首选。这取决于生物处理的相对彻底性(无二次污染或较少二次污染)和较低的运行成本。
根据有机废水处理的特点,废水中的有机物可分为以下三类:废水中的有机物易于生物降解,废水中的有毒物质含量低。废水主要是生活污水和农牧业产品的工业废水,废水中的有机物易于生物降解,废水中的有毒物质含量较高。废水主要来自印染废水、制革废水等。废水中含有的有机物难以生物降解(降解速度极慢),同时废水中的有毒物质也可能或多或少。废水主要来源于造纸、制药废水等。
第一类废水可以直接进行生物处理。 3级废水更复杂,此处不再讨论。本文主要讨论了二级污水中有毒物质的作用机理和对策。
1、毒物及其作用机制
废水中任何能延缓或完全抑制微生物生长的化学物质统称为有毒有害物质,简称有毒物质。这些毒物在化学性质上可分为有机物和无机物。从处理的角度来看,可分为两类:生物处理可去除和转化的物质(如硫化氢、苯酚或不稳定毒物)和生物处理不能去除和转化的物质(如氯化钠、汞、铜或稳定毒物)。
对微生物的毒性作用机理如下:
主要结果如下:(1)损伤细胞结构和外膜。例如,70%乙醇能使蛋白质凝固达到杀菌效果,苯酚、甲酚、表面活性剂作用于细胞外膜,破坏细胞膜的半透性。
(2)损害酶和重要的代谢过程。一些重金属(铜,银,汞等)对酶具有潜在的毒性作用,甚至在非常低的浓度下也是如此。这些重金属的盐和有机化合物可以与酶的-SH基团结合并改变这些蛋白质的三级和四级结构。
(3)竞争抑制。当废水中存在一种化学结构和代谢物质相似的有机物时,就会发生这种情况。由于它们都能在活性部位与酶结合,因此它们的竞争会抑制中间产物的形成,降低酶的催化反应速率。
(4)抑制细胞成分合成。当某些化学物质的结构类似于细胞组分的结构时,它们被细胞吸收和同化,从而导致不活跃辅酶的合成或停止生长。这种效应最典型的例子是氨基磺酸。
(5)用抗生素抑制核酸。许多抗生素可以特异性地抑制原核蛋白质合成,例如链霉素能够抑制氨基酸对肽的正确结合。
(6)抗生素对核酸的抑制作用。例如,线粒体C选择性地阻断DNA的合成,从而抑制微生物的生长。
(7)抑制细胞壁合成。例如,青霉素通过干扰细胞壁合成来抑制微生物的生长。
2、菌株耐毒能力及驯化方法
应该指出的是,有许多微生物菌株可以耐受共同的代谢产物,有些甚至可以用作能源。化学物质对微生物的抑制作用与其浓度直接相关,并随着微生物的驯化而变化。驯化微生物对有毒物质的适应能力将逐渐增强。微生物的这种巨大的适应性(变异性)是由它们的小尺寸决定的。如果一个微球细胞只有大约10万个蛋白质分子可以容纳,那么如此小的大小使得它不可能储存在不久的将来不需要的酶,而且只有在适当的底物存在时才能产生许多分解酶。在一定条件下,这些诱导酶占总蛋白含量的10%。正是这种微生物的变异使得用生物方法处理有毒有机废水成为可能。然而,任何微生物的耐毒能力都有一定的限制(其浓度被称为极限允许浓度),这就要求含有毒物质的有机废水在生物处理前进行预处理。
如前所述,由于微生物的小尺寸,微生物具有很大的适应性(变异性)。因此,人工改变微生物的生存环境的方法可以用于诱导变异,并且微生物可以直接适应原水中毒物的浓度或增加微生物去除毒物的能力。该方法适用于稳定毒物和不稳定毒物,是处理有毒有机废水的基本方法。
在城市污水处理厂,当进水中苯酚浓度突然上升到50mg/L时,会对生物处理系统造成很大的破坏。在严重的情况下,会导致整个系统的崩溃。然而,焦化厂采用适应性变异的方法驯化细菌,即细菌驯化法,使微生物中的酶逐渐适应大量这种有毒物质,然后分解吸收有毒物质作为底物。实际运行表明,进水中苯酚平均浓度为117.5 mg/L时,苯酚去除率高达99.6%。
苯酚废水处理是处理不稳定毒物的一个例子。当毒物稳定时,这种驯化方法也可用于提高微生物对毒物的耐受性。不过,须注意的是,毒药的浓度必须符合最终的污水排放标准,或由其他措施加以管制。
3、预处理方法
如前所述,驯化是生物处理中处理有毒物质的一种基本方法。然而,任何微生物的耐毒能力都有一定的限制,当浓度超过极限时,需要进行一定的预处理。目前,预处理主要包括稀释法、转化法和分离法。
3.1 稀释法
污水中的毒物是有毒的,这与其浓度有关。当浓度超过一定的允许浓度时,毒药就会变成毒药;当它低于极限允许浓度时,毒物不会显示毒性甚至不会成为营养素。当废水中毒浓度超过生物处理的极限允许浓度时,为了确保生物处理的正常进行,可以使用简单的稀释方法将废水中毒浓度降低到极限浓度以下。
根据废水中有毒物质的稳定或不稳定性质和实际情况,可采用三种不同的稀释方法:污水稀释法、污水稀释法和清水稀释法。
(1)污水稀释法。不同的污水中含有不同的物质,它们混合在一起,相互稀释,可以将有毒物质的浓度降低到极限允许浓度以下,这是污水稀释的方法。它是最简单、最经济、是首选的方法,无论毒药的性质是稳定的还是不稳定的都适用。少量工业废水被混入大量的城市污水中,几乎所有的有毒浓度都低于允许浓度。然而,在少量工业废水相互混合后,毒性浓度仍有可能超过允许浓度上限,其他措施仍需继续进行。
除了不同单位废水之间的大量稀释外,同一工厂不同车间之间的稀释程度也很小。例如,在制革厂,脱毛段废水中S2-的浓度高达1 000 mg/L,而脱毛段的废水仅占该厂排放总量的5%左右。只要一个大型调节池(停留时间(HRT)通常在12h左右),经过混合和混合后,总出水中S2-的浓度可降至100 mg/L以下。这对后续处理非常有利。
(2)废水稀释方法的处理。该方法仅适用于废水中毒物不稳定的单一情况。处理出水稀释方法有两种:1,曝气池式采用完全混合; 2处理出水回流稀释法。出于经济原因,方法1应该是首选。
实例:制革废水中S2-的存在对生物处理有很大的危害。生物处理允许浓度限值为30 mg/L,制革废水经调节池稀释后,进入曝气池时,S2-仍在50 mg/L以上。以往许多设计单位都主张单独处理,即灰碱废水应单独进行脱硫预处理,进水中的S 2-in应在综合处理前降至30 mg/L以下。经验表明,采用处理出水稀释法可以消除S2-对生物处理的影响,无需分离处理,直接进行综合处理。东南大学设计的南京制革厂污水处理站采用以下两个假设:1。废水进入氧化沟后,经过一周的循环,曝气后去除S2,去除氧化(2)(宽度3m,有效深度3m,平均流速0.4m/s)。氧化成单体硫或硫代硫酸盐;2)污水进入氧化沟后,横向扩散很好,断面各点水质相同。氧化沟进水中s2的最大允许浓度为7776mg/L,稀释法的效果很大,从30 mg/L到7776mg/L不等,当然在实际运行中,这两个假设都不能完全实现,所以实际进水的最大允许浓度远低于7776mg/L。经过12年的稳定运行经验,表明在调节池S2出水不超过100 mg/L的情况下,S2对氧化沟的稳定运行没有影响,氧化沟S2出水始终处于1 mg/L的排放标准。这是稀释法成功应用的一个例子。
(3)清水稀释法。在该方法中,只有废水中的毒物是一种稳定的毒物,处理后的水不能被稀释,而且在工厂内或附近没有其他可用于稀释的废水。此外,在使用之前,不能通过分离或转换方法去除毒物。这是因为这种方法效率低下。用水稀释本身就会耗费大量的水成本;使用大量的水稀释后,处理投资和运行成本都会增加。(2)随着环境管理的加强,集中排放控制已转变为总量控制。
在南京石化公司第二化工厂污水处理厂,进水COD为6000 mg/L,CaCl为250 000 mg/L,同时严重抑制了生物处理的正常运行。因此,在进行生物处理之前,必须对盐进行适当的处理。考虑到生物处理没有去除或转化CaCl 2,而且其他分离或转换方法不经济,该工厂位于郊区,附近没有其他工厂或工厂的废水可供稀释,因此,经与甲方协商后,设计单位采用了水稀释法,将原水稀释10倍,将CaCl 2浓度降至5000 mg/L,然后进行深井曝气处理,取得了满意的效果。
3.2 转化法
化学物质在某些情况下只能表现出毒性。例如,硝基苯毒性更大,转化为苯胺后其毒性大大降低。 Cr6 +的毒性非常高,但在还原为Cr3 +后,毒性大大降低。因此,有机废水中的毒物可通过化学方法转化为无毒或毒性较小的物质,以保证生物处理的正常进行。该方法适用于稳定和不稳定的毒物。使用此方法时必须注意两种方法:1转化后,稳定毒物的浓度必须低于生物处理限值的允许浓度,不稳定毒物的浓度必须保证生物体的正常运行治疗; 2最终出水,也应符合毒物排放标准的浓度。
例:化工废水中硝基苯是一种毒性大、生物降解性差的物质。由于毒物负荷的限制,生化曝气池的BOD负荷很低,效率不高。因此,大多数项目在污水进入曝气池前对其进行预处理。硝基苯通过化学方法(如亚铁还原)转化为苯胺。与硝基苯相比,苯胺毒性低,生物降解性高,大大增加了曝气池的BOD负荷。
3.3 分离法
分离原理是通过分离将废水中的有毒物质转化为气相或固相,以保证废水生物处理的正常运行。该方法既适用于稳定毒物,也适用于不稳定毒物。在采用该方法时,应注意以下几点:(1)分离后,废水中稳定毒物的浓度必须低于生物处理的允许浓度,不稳定毒物的浓度必须保证生物处理的正常运行;(2)须确保最终流出物的各项指标(包括毒药)均符合国家排放标准;(3)须妥善处理输送至气或固相的有毒物质,并禁止二次污染。
S2-是制革废水中的一种毒药。在废水中加入Fe2,形成FeS沉淀并去除。出水不受S2-的影响,可直接进行生物处理。沉淀后的FeS可送砖或填埋。还可以在废水中加入酸,将废水中S_2生成的H_2S吹入空气中,然后用NaOH吸附形成Na2S,并在皮革生产中进行再利用。
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