本研究針對(duì)該含油廢水中油份易揮發(fā)和有機(jī)物含量高的特點(diǎn)，采用曝氣-高錳酸鉀強(qiáng)化混凝-陶瓷膜微濾組合工藝對(duì)其進(jìn)行處理，目的是通過引入曝氣和氧化過程來提高對(duì)污染物的預(yù)去除效果，降低膜過濾負(fù)荷，提高出水水質(zhì)。
1實(shí)驗(yàn)部分
1.1實(shí)驗(yàn)用水
實(shí)驗(yàn)原水取自某港口含油污水處理廠二級(jí)氣浮出水，由于港口含油污水來源比較廣泛，其水質(zhì)有一定波動(dòng)，不同時(shí)間段水樣的COD和油的含量都有一定的相差，且該水樣有明顯的刺鼻性氣味。原水水質(zhì)為：COD為1100～1300mg/L，油含量為90～110mg/L，溫度為20℃，pH為5.8～7。
1.2實(shí)驗(yàn)裝置和方法
實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。
原水經(jīng)原水泵進(jìn)入曝氣混合槽，在槽內(nèi)進(jìn)行曝氣40min后，通過投藥泵投加高錳酸鉀溶液，曝氣攪拌氧化5min后，投加混凝劑PAC，曝氣攪拌10min后經(jīng)提升泵進(jìn)入沉降分離槽。在沉降分離槽內(nèi)進(jìn)行靜止沉淀30min后，上清液經(jīng)提升泵進(jìn)入膜反應(yīng)器，經(jīng)陶瓷平板膜過濾后進(jìn)入出水水箱。實(shí)驗(yàn)每隔一段時(shí)間對(duì)曝氣混合槽、出水水箱和反應(yīng)槽內(nèi)含油廢水進(jìn)行取樣，監(jiān)測(cè)COD和油含量的變化。
實(shí)驗(yàn)所使用的無機(jī)陶瓷平板膜由日本某公司提供，膜材質(zhì)為三氧化二鋁，膜孔徑為0.1μm，膜面積為0.04m²。過濾方式抽吸式，工作通量為1670L/(m²·h)(40m³/(m²·d))。膜片運(yùn)行周期為每抽吸11min反沖洗1min。整個(gè)工藝由PLC系統(tǒng)自動(dòng)控制。
1.3水質(zhì)分析方法
油含量采用LX-2R型紅外測(cè)油儀進(jìn)行測(cè)定；COD采用Hach2800型分光光度儀進(jìn)行測(cè)定。
2結(jié)果與討論
2.1曝氣實(shí)驗(yàn)
取500mL含油廢水放入燒杯中，并在燒杯底部放置孔徑約200～240μm的小型曝氣盤進(jìn)行曝氣。每隔一段時(shí)間進(jìn)行取樣，并測(cè)定其油和有機(jī)物的含量。用吸光度的變化來反映曝氣后含油廢水中殘余油含量的變化?？疾炱貧鈺r(shí)間對(duì)含油廢水中污染物的去除效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。
由表1可知，曝氣處理過程對(duì)降低含油廢水中油和COD的含量具有一定的處理效果，其中對(duì)油的去除效果較為顯著。在曝氣處理40min時(shí)，廢水中的COD約去除17%左右，油的含量約去除62%左右，并且水樣的刺激性氣味明顯減弱。再增加曝氣時(shí)間，油和COD的含量幾乎不再發(fā)生明顯變化。這主要是因?yàn)楹蛷U水中的溶解在水中的油份主要以揮發(fā)性的輕油為主，曝氣作用可以加快揮發(fā)性物質(zhì)的揮發(fā)速度。曝氣過程中水中溶解氧增多，一些價(jià)態(tài)較低的無機(jī)物被氧化，同時(shí)一些沸點(diǎn)較低的有機(jī)物被氣泡攜至水體表面被帶走，使得水中COD含量得到一定的降低。
2.2高錳酸鉀強(qiáng)化混凝實(shí)驗(yàn)
2.2.1高錳酸鉀投加方式及投加量的確定
通過前期的燒杯實(shí)驗(yàn)已確定混凝劑PAC的最佳投量為90mg/L，在此混凝劑投量下，控制高錳酸鉀的投加量分別為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0mg/L，并采用A、B兩種不同的投加方式：A：在混凝劑PAC之前投加高錳酸鉀；B：在混凝劑PAC之后投加高錳酸鉀。攪拌條件為：先以200r/min攪拌1min，再以100r/min攪拌3min，靜沉20min后，取液面下2cm處的上清液進(jìn)行分析測(cè)試。考察不同投加方式、不同投量的高錳酸鉀對(duì)油和COD的去除效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2和圖3所示。
如圖2和圖3所示，隨著高錳酸鉀投加量不斷增加，兩種投加方式下的油和COD的去除率均逐漸提高，但A投加方式的去除效果要優(yōu)于B投加方式。在含油廢水中投加混凝劑后水中會(huì)快速形成較大的礬花，此時(shí)再投加高錳酸鉀，將減少廢水中有機(jī)物與高錳酸鉀的有效接觸面積，降低了高錳酸鉀對(duì)有機(jī)物的氧化去除作用。在A投加方式下，高錳酸鉀的投加量從0～2mg/L范圍內(nèi)逐漸增加時(shí)，COD的去除率增加較快，且在高錳酸鉀投加量為2mg/L時(shí)去除效果達(dá)到最佳，之后隨著投藥量的逐漸增加，COD的去除率呈現(xiàn)波動(dòng)和下降的趨勢(shì)。當(dāng)高錳酸鉀投加量超過2mg/L時(shí)，油的去除率增幅趨緩，在高錳酸鉀投量為2.5mg/L時(shí)去除效果達(dá)到最佳，但去除率與2.0mg/L相比相差不大，僅增加了0.9%。因此，選擇在混凝劑前投加高錳酸鉀，投加量為2.0mg/L。
2.2.2高錳酸鉀對(duì)混凝效果的影響
在高錳酸鉀投加量為2mg/L，PAC投量為90mg/L，pH=7.0的情況下，考察高錳酸鉀的投加對(duì)PAC混凝效果的提升程度。實(shí)驗(yàn)選擇2個(gè)分組，每組重復(fù)3次實(shí)驗(yàn)，一組投加高錳酸鉀和PAC，另一組只投加PAC，在已得出的最佳反應(yīng)條件進(jìn)行混凝實(shí)驗(yàn)。高錳酸鉀強(qiáng)化混凝實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。
從表2可知，在相同的混凝反應(yīng)條件下，經(jīng)高錳酸鉀強(qiáng)化后油和COD的去除效果顯著，分別約提高了9.06%、19.67%，這說明高錳酸鉀強(qiáng)化混凝是可行的。分析其原因，主要是因?yàn)樵趐H為中性條件下，高錳酸鉀在直接氧化有機(jī)物的同時(shí)，其還原產(chǎn)物新生態(tài)水合二氧化錳具有較長(zhǎng)的分子鏈和巨大的比表面積，能夠?qū)蛷U水中帶負(fù)電的膠體顆粒產(chǎn)生很強(qiáng)的吸附作用，從而能夠促使廢水中的膠體顆粒相互結(jié)合成更大的絮體，進(jìn)而達(dá)到提高對(duì)廢水中污染物的去除效果。
2.3組合工藝處理含油廢水實(shí)驗(yàn)
在組合工藝最佳運(yùn)行條件下，控制陶瓷平板膜膜通量為30L/(m²·h)，運(yùn)行周期為正常運(yùn)行11min，反洗1min，反沖洗流量為120mL/min，系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行10h，定時(shí)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，考察曝氣/強(qiáng)化混凝／陶瓷膜微濾組合工藝對(duì)含油廢水中油和COD的去除效果，結(jié)果如圖4所示。
由圖4可知，曝氣/強(qiáng)化混凝/陶瓷膜微濾組合工藝對(duì)含油廢水中油和COD有明顯的去除效果。隨著運(yùn)行時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，油和COD的去除率均保持在91%～94%的較高水平。通過組合工藝中的曝氣、強(qiáng)化混凝和陶瓷膜過濾處理過程能夠有效地去除含油廢水中大部分的揮油份和有機(jī)物，未能被去除的組份主要是溶解性的小分子油和有機(jī)物。
2.4高錳酸鉀對(duì)跨膜壓差的變化影響
在室溫條件下，pH＝7.0，控制膜通量30L/(m²·h)，運(yùn)行周期為正常運(yùn)行11min，反洗1min，反沖洗流量為45mL/min。對(duì)比投加高錳酸鉀（A）與不投加高錳酸鉀（B）兩工藝跨膜壓差的變化，兩工藝連續(xù)運(yùn)行6h，考察高錳酸鉀對(duì)陶瓷平板膜過濾時(shí)跨膜壓差的影響，兩種工藝連續(xù)運(yùn)行時(shí)的跨膜的變化情況如圖5所示，圖中數(shù)字均為絕對(duì)值。
從圖5可以看出，在對(duì)比實(shí)驗(yàn)運(yùn)行周期內(nèi)，B工藝正常運(yùn)行時(shí)的跨膜壓差由0.008MPa增至0.018MPa，約增長(zhǎng)0.01MPa，A工藝正常運(yùn)行時(shí)的跨膜壓差由0.007MPa增至0.012MPa，約增長(zhǎng)0.005MPa，增長(zhǎng)速度緩慢?？缒翰畹脑鲩L(zhǎng)主要是由膜表面所截流的污染物堵塞所致，分析其原因，一方面是因?yàn)榍岸说念A(yù)處理過程降低了膜過濾負(fù)荷，另一方面是因?yàn)楦咤i酸鉀的強(qiáng)氧化作用能將大分子有機(jī)物氧化裂解成小分子有機(jī)物，使膜孔內(nèi)和膜表面附著的有機(jī)物含量減少，減緩了膜污染速率。同時(shí)高錳酸鉀的氧化消毒作用還能夠抑制膜表面微生物存在，進(jìn)一步減緩了微生物的粘附和堵塞作用對(duì)膜片造成的污染，從而起到降低膜生物污染的作用。
3結(jié)論
1）曝氣處理過程能夠有效地去除含油廢水中的大部分輕油和部分有機(jī)物，是一種有效的處理方法。曝氣40min后，可以將62%的輕油和17%的有機(jī)物除去。
2）曝氣/強(qiáng)化混凝/陶瓷膜微濾組合工藝對(duì)含油廢水具有穩(wěn)定高效的處理效果。在混凝劑PAC前投加2mg/L高錳酸鉀后，混凝過程對(duì)油和COD的去除率分別約提高了9.06%、19.67%，組合工藝對(duì)含油廢水中油和COD的總的去除率均保持在91%～94%的水平。
3）投加高錳酸鉀不僅可以起到強(qiáng)化混凝，提高對(duì)污染物的去除效果，同時(shí)還可減緩跨膜壓差的增長(zhǎng)速度，降低膜污染的速率，延長(zhǎng)陶瓷平板膜的使用壽命。
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