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陶瓷超滤膜在含油废水处理的应用

 论文栏目:废水处理论文     更新时间:2020/7/26 9:56:17   

摘要:针对高浓度含油工业废水,采用预处理+油水分离器+超滤+SBR工艺可有效降解污染物。但由于废水量不足,水质波动大,易腐化,超滤易堵塞,造成水质超标。采用以下措施改造:增加搅拌,防止水质腐化,堵塞超滤;超滤增加前置过滤器,添加高效清洗剂,提高清洗效率;生物处理前增加pH调节,避免罐内直接调节pH,抑制细菌生长;向SBR投加营养剂及硝化细菌,改变运行模式,增加脱氮效率。应急罐回流管道改到SBR,减少超滤负荷。经过调试,出水含油量<10mg/L,COD<200mg/L,氨氮<30mg/L,符合污水排入城镇下水道标准,可达标排放。

关键词:含油工业废水;超滤膜;技术改造;达标排放

在汽车零部件加工制造过程中,为了确保金属加工液具备稳定的润滑、冷却、防锈、渗透及防腐败劣化等各种性能,设计产品配方时候加入各种对应用途的表面活性剂和微量杀菌剂。这些金属加工液和纯水以一定的比例在生产过程中使用,并产生了大量成分复杂的工业废水,含油量高达5%~10%,难以用传统生物方法直接进行处理,需要进行预先除油,再进行生化降解[1]。目前除油废水处理工艺多采用物理除油和化学除油,且以化学混凝式处理工艺为主[2]。但是这种方法,需要添加化学药剂,产生大量化学污泥,形成二次污染。超滤法具有去除率高,出水水质稳定,受原水含油量影响小,不额外产生化学污泥等优点,逐渐用于含油废水的处理工艺中[3]。某汽车零部件企业针对含油工业废水特点,采用超滤除油工艺。先采用预处理去除固体杂质及磁性物质,防止划破超滤膜,并采用油水分离器去除表面浮油和分散油,再采用二氧化锆-二氧化钛无机陶瓷超滤膜去除乳化油,出水石油类含量<10mg/L,COD去除率34%,提高了废水的可生化性。后续根据水量少且水质波动大的情况采用了SBR工艺,去除水中有机物。

1废水水质水量及处理要求

1.1废水来源及水质、水量

废水主要来自车间汽车零部件加工以及清洗废水,含有多种金属加工液(包括切削液,磨削液,乳化液,防锈油等)。废水水量为30t/月。

1.2处理要求

废水经过工厂废水站处理后,排入市政管网,流入市政污水厂进行二次处理。废水站出水指标需满足《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T31962—2015),A级标准。进出水设计要求如表1所示。

2改造前工艺流程

车间产生的废水,先经过带磁辊的纸带过滤器,磁辊截留废铁屑等磁性物质,300μm纸带截留大颗粒固体杂质,防止划破超滤膜,之后进入收集罐暂存。收集罐上设置管状撇油器,收集表面浮油。等收集罐液位达到80%,以低流速0.8m3/h缓慢泵入两段式斜板油水分离器,废油通过多层斜板,缓慢上浮至表面去除,废水从底部流过,进入超滤系统。超滤系统通过根据粒径大小不同分离乳化油及大分子,出水含油量<10mg/L,浓缩液回流至工作罐不断循环浓缩。当超滤浓缩液倍数为14倍时,超滤进入清洗阶段。采用碱-酸-碱清洗,清洗后的废水排入收集罐,导致废水pH为10~11,呈现强碱性,再次进行处理。超滤出水打入SBR,进行生物处理,SBR出水进入除磷水罐,通过化学反应去除废水中的SS、COD和磷。出水再进入砂滤,进一步过滤SS,最终出水排入清水罐,通过在线监测,合格则进入市政管网,不合格则直接排入应急水罐,重新处理。

3原废水处理工艺及存在问题

废水站设计为纯工业废水,水量9m3/d,但是企业停止扩建,导致实际排放废水量为2m3/d,水量较小,水质波动大,进水营养比例失衡。运行中出现以下几个问题。(1)废水储存时间过长,水质腐败,造成超滤堵塞,难以清洗。(2)废水中含有大量酸碱及表面活性剂,造成生物池进水pH过高,并产生大量泡沫,废水外溢,抑制细菌活性。(3)水量不足,SBR中的生物营养不足且比例失衡,细菌菌群失调,造成出水水质超标。为了最大化利用现有废水处理设施,降低建设费用,提高处理效率,必须对现有工艺进行技术改造。

4工艺改造措施

(1)增加搅拌。在原水收集罐和中间水罐增加搅拌,防止水质腐化产生大量微生物及胶体,堵塞超滤。(2)增加中间水罐的pH调节设备。通过对生物池前的中间水罐进行改造,增设pH调节设备,消除废水酸碱中和对生物池造成的不利影响。防止大量酸碱泄露,直接进入生物池,杀死细菌。(3)增加超滤前置布袋过滤器,改变清洗方法,防止超滤膜堵塞。超滤系统选用二氧化锆-二氧化钛陶瓷膜,孔径0.12μm,23通道,设计通量为1.5m3/h。之前为节省成本,预处理选择了油水分离器,替代三相分离机,造成油水分离器出水携带少量浮油及胶体,造成超滤堵塞,需要进行改造。首先增加0.5μm布袋过滤器,拦截胶体及大分子颗粒。其次在碱洗中增加超滤特效清洗剂,每次碱洗、酸洗都延长浸泡时间24h,经过检验,超滤清洗后即可恢复原通量[4]。(4)向SBR中投加营养剂及新鲜污泥,均衡进水营养。由于车间产生的废水几乎不含磷,这就造成进水营养不均衡。每周检测进水,根据100:5:1的比例来投加葡萄糖、尿素和磷酸二氢钾进行补充营养。由于进水中含各种化学物质,抑制硝化细菌的生长,需要冬天添加占原污泥量5%的硝化污泥,硝化污泥来自市政污水厂的回流污泥,经过十天培养驯化后,加入原先SBR系统中,使得污泥浓度在5000mg/L,大大提高污泥脱氮效果。(5)改变SBR运行模式。SBR在搅拌300min、曝气600min、沉降200min基础上,分割成搅拌200min,曝气400min,搅拌200min,曝气100min,沉降200min,在一个批次运行过程中,有两次搅拌及曝气。曝气时溶氧量控制在2~6mg/L,pH7.5~8.0之间,温度在20~30℃之间,污泥量控制在5000mg/L。通过间断曝气、搅拌,增加各种细菌活性,提高脱氮效率。(6)增加应急罐回流到生物池的管道。改造前,应急罐的回流管道直接连接到收集罐,废水需要再次处理。但是后期运行发现,排入应急罐的废水基本不含油,回流到前端再次处理,增加了超滤负荷,因此改造后增加回流到生物池的管道,应急罐出水可以直接进生物池再次处理。

5主要构筑物及设计参数

废水处理运行控制系统采用SiemensWinCCV7.4的PLC系统进行全自动化运行控制,节省人力,精准运行,并辅助设计手动操作,便于系统出现故障时手动调节。此外,系统还设置正常运行模式以及休假运行模式,应对工厂长时间休假,或者水量不足,造成系统停机。主要构筑物参数如表2所示。

6运行效果分析

各处理单元实际运行效果如表3所示。改造后,生物前处理过程对COD和氨氮的去除效率增加,pH数值下降,酸的消耗量减少。SBR的对COD去除效果基本没变化,对氨氮去除效果增强。此外,改造后SBR的泡沫量大幅减少,没有再出现泡沫溢出罐体的现象。

7经济效益分析

该项目总投资为600万元,设计运行寿命30年。工艺运行费用主要包括电费、水费、压缩空气费、药剂费、浓缩废油及污泥危废处置费等。按照实际工程处理水量3m3/d计,该项目装机功率78kW,运行功率52.4kW,月耗电量为487kWh/d,电价以0.6元/kW计,电费为10.6万元/a;投加酸、碱、絮凝剂等的费用为3.6万元/a,站房工人1人,人工费为5.4万元/a;维保费用为3万元/a,污泥产生量为4.2t,污泥委外处置市场价格为5000元/t,年处置费用为2.1万元;浓缩含油废水产生量为17.5t,浓缩含油废水委外处置市场价格为3900元/t,年处置费用为6.8万元。年度运行费用为35.8万元。在未建设废水站之前,工业废水作为危险废物委外处理,年产生量为350t,委外处置市场价为3900元/t,总共137万元,则年度节约费用为100万元,投资回报为6年。该工业废水处理项目得到了良好的经济效益。

8结语

针对水量较少,成分复杂且水质波动大的含油工业废水,需要提高前处理工艺处理效果,增加曝气或搅拌,均匀水质,防止腐化,减少对生物系统的冲击。超滤膜对乳化油的去除效率为99.8%,且出水水质稳定不受前端含油量波动,含油量小于10mg/L,提高了废水的可生化性。但是超滤膜需要定期进行化学清洗,并且清洗水需要再次处理,如果进水量过低则造成含氮量、pH升高,需要在生物池前端调节pH,增加碳源。

参考文献

[1]徐德志,相波,邵建颖,等.膜技术在工业废水处理中的应用研究进展[J].工业水处理,2006(4):1-4.

[2]陈平,王晨,刘明伟,等.含油废水处理技术的研究进展[J].当代化工,2016(6):1286-1288.

[3]刘宇,赵炳谚,曹海燕,等.膜分离技术在含油工业废水处理过程中的应用[J].山东化工,2019(18):246-247.

[4]吕东伟,刘乾亮,张涛,等.超滤陶瓷膜处理乳化油废水的抗污染性能研究[J].中国给水排水,2018(9):111-115.

作者:贾秀粉 郭赟 孙霞 单位:博世汽车柴油系统有限公司青岛分公司 江苏龙环环境科技有限公司 中检集团公信安全科技有限公司

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