生物氧化法处理合成洗涤剂废水的研究进展

2012-12-25李琛李浩飞从善畅宋宾涛

杭州化工 2012年1期

关键词：生产废水洗涤剂混凝

李琛，李浩飞，从善畅，宋宾涛

（陕西理工学院化学与环境科学学院，陕西汉中 723001）

生物氧化法处理合成洗涤剂废水的研究进展

李琛，李浩飞，从善畅，宋宾涛

（陕西理工学院化学与环境科学学院，陕西汉中 723001）

随着合成洗涤剂生产废水的不断增加，处理合成洗涤剂废水的方法也不断增多。本文主要以生物氧化法为中心，对多种联合工艺处理合成洗涤剂废水方面进行综合论述分析，并对其进行展望。

生物氧化法；合成洗涤剂；废水处理

合成洗涤剂废水包含生产废水和使用后所产生的废水。生产废水成分复杂，其主要污染物为阴离子表面活性剂，以直链烷基苯磺酸钠（简称LAS）为主，并含有油类、脂肪酸和磷酸盐等污染物，是一种较难处理的有机工业废水［1］。合成洗涤剂废水来源广泛，涉及到家庭生活废水、工农业生产废水，且废水产生量巨大，对环境污染严重［2］。合成洗涤剂废水对环境危害的关键原因是水中所含的表面活性剂（LAS）对人体、对水生生物和微生物的毒害作用。表面活性剂难以降解，具有COD含量高、生化性差、起泡性强、毒性大等特点［3－5］，若未经处理而直接排放，将对环境造成极大的危害。LAS废水的处理对于保护资源、保持生态平衡、促进经济发展，都具有重要意义［6］。目前处理合成洗涤剂废水常用的生物氧化工艺有：ABR及其联合工艺、SBR及其联合工艺、生物膜法等。

1 ABR及其联合工艺处理合成洗涤剂废水

厌氧折流板反应器（ABR）是20世纪80年代中期由Bachman和McCarty等人从厌氧生物转盘工艺发展而来的，是以SMPA理论为基础发展起来的第三代新型厌氧反应器。随着技术的逐步成熟，ABR反应器的工艺构造、操作条件、微生物特性等多方面都远远超越了工业废水处理中广泛应用的厌氧反应器，也使它成为一种被广泛关注的新型厌氧反应器［7－8］。

申松梅［9］分别利用实验室培养的 l.2 g／L的成熟厌氧颗粒污泥作为ABR反应器的接种污泥、某污水处理厂氧化沟末端好氧污泥作为生物接触氧化反应器的接种污泥。利用所组建的ABR﹣生物接触氧化联合体系对某合成洗涤剂废水进行处理，实验研究了该体系的启动条件和启动过程。在对 COD＝1500 mg／L、［LAS］＝150 mg／L的合成洗涤剂废水处理时，确定N源补充比例为 1／60［COD］，在ABR反应器中最佳水力停留时间为24 h，生物接触氧化池中最佳水力停留时间为12 h，ABR反应器中最佳反应温度在30～35℃之间［10］，在生物接触氧化池中最佳溶解氧含量为 4.0 ～ 5.0 mg／L，生物营养素最佳投加量为3～5 mg／L。实验用合成洗涤剂废水在此条件下处理后，出水COD＜100 mg／L，［LAS］＜ 5 mg／L，出水水质满足《污水综合排放标准（GB8978－1996）》的一级排放标准要求。该工艺污水处理成本约为2.43元／m3，具有良好的经济效益、社会效益和环境效益，有广阔的工业化应用前景。

王榕等［11］利用图 1 所示混凝沉淀＋ABR＋生物接触氧化工艺对某阴离子型氨基酸类表面活性剂月桂酰肌氨酸钠生产废水进行了处理，进水水质 CODCr＝2800 mg／L、BOD5＝550 mg／L、SS＝700 mg／L、NH3－N ＝ 50 mg／L、pH ＝ 4.5 ～ 7，处理水量为40 t／d的混合废水经该工艺联合处理后，pH ＝ 6 ～ 9，CODCr、BOD5、SS 和 NH3－N 的去除率分别达到 CODCr≥96.7%、BOD5≥96.4%、SS≥70%、NH3－N≥83.3%，出水水质达到《污水综合排放标准（GB8978－1996）》的一级排放标准要求。该工程的总造价费用为116.02万元，运行费用约为0.85 元／m3。

图1 某企业月桂酰肌氨酸钠生产废水处理工艺流程图

2 SBR法及其联合工艺处理合成洗涤剂生产废水

SBR即间歇式活性污泥法是近年迅速发展起来的一种污水处理工艺。其污水处理机理与普通活性污泥法相同，其区别在于原水不是顺次流经各个污水处理单元，而是放流到一个反应池内，按时间顺序实现不同目的的操作。郑道敏等人［12］仅就使用SBR工艺对合成洗涤剂生产废水做了初步研究，确定了该工艺的运行条件。实验确定各个环节停留时间为：进水（0.5 h）→曝气（6 h）→搅拌（1.5 h）→静置沉淀（1.5 h）→排水和排泥（0.5 h）。实验同时还确定了周期进水量与反应器中最小水量的比例值为1／5。在所确定的最佳反应条件下，SBR反应器对实验废水的CODCr和BOD5的去除率分别为：CODCr≥ 90%，BOD5≥ 95%，效果良好。谭显东等人［5］利用小型SBR法考察了合成洗涤剂生产废水中十二烷基苯磺酸钠（LAS）在SBR法反应期的降解规律，并对其生物降解动力学进行了初步分析。其结果表明：在（23.0 ± 0.5）℃范围内，LAS浓度≤90 mg／L的合成洗涤剂生产废水，在SBR反应器内经过6 h左右的曝气反应，其LAS浓度就可以达到国家排放标准。在低基质浓度条件下，Monod方程和一级反应动力学方程都能很好地模拟LAS的生物降解过程，最终求定了相应的动力学参数。孙勇等采用SBR法（反应期缺氧／好氧相结合）处理洗涤废水。在反应期缺氧段，通过水解和部分酸化反应对合成洗涤剂进行初级降解（改变合成洗涤剂的表面活性）；在反应期好氧段，进一步降解上一阶段的水解产物。试验结果表明：非离子合成洗涤剂负荷为0.03～0.04 kg／kg MLSS·d，SBR 进水期为 1.5 h，当反应期缺氧段为6.0 h，反应期好氧段为10.0 h时，可以达到92%的非离子合成洗涤剂去除率、86%的CODCr去除率。

孙淑波［13］利用改性粉煤灰和SBR工艺对洗涤剂废水进行处理，对［CODCr］＝543.34 mg／L，［LAS］＝137.3 mg／L，［BOD5］＝165.23 mg／L，［SS］＝615.3 mg／L，pH＝9.0 的某洗涤剂废水进行处理后，出水［CODCr］＝95.19 mg／L，［LAS］＝45.23 mg／L，［BOD5］＝58.58 mg／L，［SS］＝47.4 mg／L，pH＝ 4.3。在曝气时间 4 h，沉降时间 3.5 h，pH＝6，进水量6 L，闲置时间4 h的最佳实验条件下，CODCr和LAS的去除率分别为86.53% 和86.1% 。出水可以作为循环冷却用水。李俐敏［14］首先利用硅藻土对某生产洗涤剂废水进行预处理，然后使用SBR工艺对预处理后的废水进行处理，SBR反应器接种污泥取自某造纸厂氧化沟，驯化10 d后投入使用，对进水水质为CODCr浓度500～900 mg／L，pH＝6.8～7.8之间的废水进行处理后，出水水质达到《污水综合排放标准（GB8978－1996）》的一级排放标准。

李荣喜等［15］利用粉煤灰吸附－混凝物化处理－SBR复合工艺处理湖南丽臣实业有限责任公司合成洗涤剂生产车间洗涤剂废水，粉煤灰取自湖南省湘潭电厂，实验确定了粉煤灰最佳投加量为 0.55 g／mL，PAC 投加量为 400 mg／L，5%PAM投加量为5 mg／L，SBR最佳运行方式为：进水时间 3 h、曝气 21 h、沉降 2 h、排水 0.5 h、待机0.5 h，每周期 27 h，pH 值控制在 6.5 ～ 7.5。在此条件下，当进水 CODCr浓度为 6388 mg／L，LAS 浓度为629 mg／L时，其去除率分别达到92.4%和97.3% ，处理效果较好。谭显东等［16］研究了合成洗涤剂废水在SBR反应器中的降解行为和动力学行为，实验接种污泥取自成都市三瓦窑污水处理厂二沉池和成都宝洁公司污水总排放口的底泥。在SBR反应器驯化后，处理成都宝洁公司生产合成洗涤剂废水，废水CODCr＝200～500 mg／L，LAS＝10 ～ 120 mg／L。 TP＝10 ～ 40 mg／L。在 23±0.5℃的温度下，废水在SBR反应器中曝气6 h，出水水质达到《污水综合排放标准（GB8978－1996）》的二级排放标准。LAS在SBR反应器中的降解行为符合Monod方程和一级反应动力学方程。

3 混凝—厌氧—好氧工艺处理合成洗涤剂生产废水

青志鹏等人［17］根据含表面活性剂的高浓度日化废水水质特性，采用了混凝﹣厌氧﹣好氧处理工艺。运行过程中，首先通过混凝沉淀对高浓度CODCr的LAS废水进行预处理；对于CODCr＝9972 mg／L的LAS废水，按3000 mg／L的投加量向废水中加入SH混凝消泡剂。该预处理的废水的CODCr去除率可达85%以上，LAS去除率可达99%，为后续的生化处理打下了基础。后续的水解酸化工艺可去除35%左右的CODCr和LAS。经混凝和水解酸化处理后，污水进行好氧活性污泥法处理后达到《国家污水综合排放标准（GB8978－1996）》的一级排放标准。该工艺试验运行结果表明，在进水CODCr＝20000 mg／L左右，混凝沉淀和好氧反应对高浓度日化废水的去除率分别达到90%以上和78%以上，该试验对工程上处理高浓度日化废水具有较好的指导意义。宋爽等人［18］采用混凝法对高浓度合成洗涤剂生产废水进行预处理，去除废水中大量的SS、油脂类物质及表面活性剂，用反应后所得的出水与其他低浓度废水混合进行生物氧化处理。试验结果表明：混凝气浮法对CODCr、SS及油脂类物质去除效果明显，CODCr去除率为35%～56%，在废水含盐量较高的情况下，生物氧化法仍有较高的处理效率，CODCr去除率达到70%～95%，生化处理出水CODCr则可降至100 mg／L以下，达到《污水综合排放标准（GB8978－1996）》的一级排放标准。

4 生物滤池法、生物接触氧化法、生物膜法处理合成洗涤剂生产废水

生物接触氧化池于1971年在日本产生，又称为淹没式生物滤池，是生物膜反应器的典型代表，在城市污水处理和工业污水处理中得到广泛应用。

宋扬等［19］采用Fenton氧化－好氧接触工艺对广州市某大型日用化工厂生产废水进行了小试和中试实验，首先向废水中按 0.6 g／L 和 0.12 g／L的质量浓度添加Fe2＋和H2O2，废水经Fenton氧化预处理40 min后，CODCr和LAS的质量浓度分别从 1500 mg／L 和 490 mg／L 降至 230 mg／L 和 23 mg／L。预处理后的污水进入好氧接触氧化池，好氧接触氧化池中的污泥由广州市某大型日用化工厂污水站二沉池所取污泥驯化而成，预处理后的污水在好氧接触氧化池中停留20 h后出水，出水水质达到广东省一级废水排放标准，CODCr和LAS的去除率分别达到95%和99%以上。

陈花果等［20］使用长安大学环境工程研究所研制的无机聚电解质类复合混凝剂GS对西安某日用化工厂的洗涤剂生产废水进行预处理，实验确定该复合混凝剂的用量为100 mg／L时即可满足后续生化处理进水水质要求。在废水处理时，废水首先经过均合池进入泡沫分离器，然后进入涡流反应器与混凝剂混合反应，而后进入浮选池进行浮选分离，再进入生物接触氧化池进行生化处理，生化处理后的污水经沉淀池沉淀分离后直接排放。西安某日用化工厂的洗涤剂生产废水经该工艺处理后的出水达到《污水综合排放标准（GB8978－1996）》的一级排放标准。

申松梅等［21］使用以 85% ［硫酸亚铁＋硫酸铝＋硫酸镁］＋10%［氯化钙＋氢氧化钙］＋5%［活性炭＋聚丙烯酰胺］质量组分配比而成的新型复合混凝剂RX对某日用化工厂的洗涤剂生产废水进行处理，在工业应用性试验中，废水经调节池进入混凝反应器，废水与混凝剂混合反应后，进入沉淀池进行沉淀，其出水进入生物接触氧化池进行生化处理，再经二沉池沉淀后排放。实验确定了混凝最佳实验条件：RX投加量为150 mg／L，pH＝7 ～ 9，PAM 投加量为 0.5 ～ 1.0 mg／L。经混凝和生物接触氧化池联合处理后，废水的LAS和CODCr总去除率分别为99.5% 和97.0% ，出水中的平均 LAS 和 CODCr分别为 1.10 mg／L 和 79.6 mg／L，出水达到《污水综合排放标准（GB8978－1996）》的一级排放标准。罗杰等［22］利用复合式曝气生物滤池（HBAF）处理 CODCr＝ 400 ～ 500 mg／L，LAS＝50 mg／L的模拟合成洗涤剂废水，研究发现CODCr和LAS去除率随水力负荷的增加而迅速减小，在气水比＝4：1时，模拟废水通过2 m的滤层后，出水CODCr和LAS均能达标排放，此时CODCr和LAS的去除率分别达到86%和81%。

张文浩［23］将物化处理和水解酸化＋好氧生化处理相结合对生产醇醚合成洗涤剂废水进行处理。该废水表面活性剂含量较高，含脂肪醇硫酸盐（AS）、烷基苯磺酸盐（LAS）、醇醚硫酸盐（AES）和脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO），起泡能力强，直接生化处理困难。通过实验确定的废水处理工艺为：废水→细格栅→调节池→配水池→生物滤池→中间沉淀池→生物转盘→二沉池→排水。泡沫产生量通过控制滤池、转盘进水CODCr浓度进行控制。该厂所产生的洗涤剂生产废水经该工艺处理后，出水 CODCr≤100 mg／L，BOD5≤ 60 mg／L，pH＝6 ～7，SS≤100 mg／L，NH3－N＜15 mg／L，TP＜1 mg／L，均可达到辽宁省污水与废气排放标准（DB－60－89）。涂传青等［23］采用混凝沉淀一水解酸化一好氧移动床生物膜工艺处理［CODCr］＝1432 mg／L，［BOD5］＝ 467 mg／L，［SS］＝ 430 mg／L，［LAS］＝183 mg／L，［TCC－TCS］＝35 mg／L 的含生物毒性成分的洗涤剂废水。经混凝沉淀一水解酸化一好氧移动床生物膜工艺处理后，出水水质达到《污水综合排放标准（GB8978－1996）》的二级排放标准。

5 结语

作为成分复杂的难处理废水，合成洗涤剂废水处理时不仅要注重LAS和CODCr的去除率，同时也要注重处理成本，不同的处理方法处理费用差别很大。在工程应用中，可以考虑采用回收利用或者生物氧化分解两条途径设计处理工艺，同时应根据不同的水质特点因地制宜地对相关处理工艺组合、调整，寻求合理、高效、经济的联用技术，在保证出水水质稳定达标的前提下，通过改善运行条件、合理的药剂和工艺选择减少投资和节约运行成本。综合对比证明，采用混凝沉淀一厌氧水解一好氧串联工艺处理含高浓度阴离子表面活性剂LAS的合成洗涤剂生产废水，在技术上是合理可行的，并具有投资少、操作管理方便、运行费用低的优点，值得进一步推广使用。

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