混凝-水解酸化-好氧生化工艺处理山楂果脯生产废水

章鹏鹏，魏瑞霞，马路宁，刘楚楚

(华北理工大学 化学工程学院，河北 唐山 063210)

混凝-水解酸化-好氧生化工艺处理山楂果脯生产废水

章鹏鹏，魏瑞霞，马路宁，刘楚楚

(华北理工大学 化学工程学院，河北 唐山 063210)

分质处理；PAC；PAM；水解酸化；好氧生化

山楂果脯生产废水有机物浓度高、SS高，易对环境造成污染。本实验采用混凝-水解酸化-好氧生化工艺处理该废水。实验结果表明，该工艺操作简单，运行稳定，混凝降低了废水中有机物浓度，水解酸化提高了废水的可生化性，处理后出水COD≤60 mg/L，去除率达99.4%，BOD≤25 mg/L，SS≤30 mg/L。

果脯作为我国的特色食品具有悠久的历史，在清洗、浸渍等多个工序中有废水产生。山楂果脯生产废水具有有机物浓度高、悬浮物浓度高、成分复杂等特征，不达标排放对环境造成很大的污染。

目前国内处理这类有机废水基本上都是采用混凝+生化处理的方法。本实验针对果脯生产废水排放特点和水质特点，采取分质处理，废水中浓渣先进行预处理，再运用混凝+水解酸化+好氧生化处理工艺。经处理，废水中绝大部分污染物被去除，再经过后续的处理可以达到排放标准并实现废水的回用，节约大量的水资源，为企业的可持续发展提供有利条件。

1 实验

1.1 实验用水

实验所用废水取自承德某山楂果脯生产厂的混合废水。由于第1次洗煮罐废水中含有大量的污染物，COD约为40 000 mg/L，SS约为100 000 mg/L，废水具有高污染性，其排放具有间歇性，如与果品清洗等其他废水混合处理势必会增大后续处理工艺负荷。因此，第1次洗煮罐废水先用板框压滤机去除绝大部分的固体悬浮物，滤液与其他废水再混合处理，滤液产生量约占总水量的5%，本实验研究混合后的废水。其水质见表1。

表1 山楂果脯生产废水水质

1.2 实验试剂及仪器

药品：氢氧化钠、浓硫酸、硫酸亚铁铵、硫酸银、硫酸汞、重铬酸钾均为分析纯；聚合氯化铝、阳离子型聚丙烯酰胺为工业品。

仪器：电子分析天平、恒温水浴锅、pHS-3C型pH计、722S型可见分光光度计、90-1型恒温磁力搅拌器，JJ-1型精密增力电动搅拌器，增氧泵。

1.3 实验方法

1.3.1 PAC投加量的影响

取100 mL果脯生产废水置于250 mL锥形瓶中，分别控制10%PAC溶液投加量为2.5 mg/L、5.0 mg/L、10.0 mg/L、12.5 mg/L、15.0 mg/L、20.0 mg/L、25.0 mg/L，置于磁力搅拌器上快速搅拌30 s，中速搅拌1.5 min，慢速搅拌3 min，静置30 min后取上层清液于550 nm处测其透光率和COD。

1.3.2 pH的影响

取100 mL果脯生产废水置于250 mL锥形瓶中，分别用硫酸和氢氧化钠调节废水pH为4.0、5.0、6.0、7.0、8.0，10%PAC溶液投加量为10.0 mg/L，置于磁力搅拌器上快速搅拌30 s，中速搅拌1.5 min，慢速搅拌3 min，静置30 min后取上层清液于550 nm处测其透光率和COD。

1.3.3 PAC和PAM的协同作用

取100 mL果脯生产废水置于250 mL锥形瓶中， 10%PAC投加量为10 mg/L，置于磁力搅拌器上快速搅拌20 s，然后分别加入0.01%PAM0.3 mg/L、0.5 mg/L、1.0 mg/L、1.5 mg/L、2.0 mg/L，快速搅拌30 s，中速搅拌1.5 min，慢速搅拌3 min，静置30 min后取上层清液于550 nm处测其透光率和COD。

1.3.4 温度的影响

取100 mL果脯生产废水置于250 mL锥形瓶中，分别置于恒温水浴锅中，调节温度为20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃，然后加入10%PAC 10 mg/L，0.01%PAM 2.0 mg/L，置于磁力搅拌器上快速搅拌30 s，中速搅拌1.5 min，慢速搅拌3 min，静置30 min后取上层清液于550 nm处测其透光率和COD。

1.3.5水解酸化实验

分别取一定量经驯化的水解酸化污泥于1 L的烧杯中，加入经混凝处理后的山楂果脯生产废水，分别调节污泥MLSS为2 000 mg/L、3 000 mg/L、4 000 mg/L、5 000 mg/L、6 000 mg/L、7 000 mg/L左右，用保鲜膜密封烧杯口，用电动增力搅拌机搅拌，每隔1 h取样，取上清液测定废水COD值，分析水解酸化处理效果最佳时的污泥浓度和处理时间。

1.3.6好氧生化实验

分别取一定量经驯化的活性污泥于1 L的烧杯中，加入经水解酸化处理的山楂果脯生产废水，分别调节污泥MLSS为3 000 mg/L、3 500 mg/L、4 000 mg/L、5 000 mg/L、6 000 mg/L、7 000 mg/L左右，曝气，每隔1 h取样，取上清液测定废水COD值，分析好氧法处理效果最佳时的污泥浓度和处理时间。

1.4 分析方法

COD：重铬酸钾法[1]，pH：复合电极法，透光率：分光光度法。

2 实验结果及讨论

2.1 PAC投加量的影响

PAC投加量对混凝效果有至关重要的影响，实验结果如图1所示。

图1 PAC投加量的研究

由图1可知，随着PAC投加量的增加，透光率升高，COD值下降，当PAC投加量为10 mg/L时，透光率达到最大值88.5%，COD达到最小值3 964 mg/L，此时混凝效果最好。随着PAC投加量的增加，透光率增加到一定程度后又略微降低，COD值也呈现上升的趋势。因此确定PAC最佳投加量为10 mg/L。

山楂果脯生产废水中的悬浮颗粒带有负电荷，加入的PAC中的Al3+起到电中和和压缩双电层的作用，使颗粒的电动电位下降，斥力减少，进而结合成絮体而沉降下来，使水体变澄清[2]。当PAC的投加量不足时，负电荷不能被完全中和，无法形成较大的絮体，此时混凝效果较差[3]。随着PAC投加量增大，电中和作用增强，混凝效果增强，但药剂投加量过大，处理效果变差，这是由于胶体有吸附架桥的作用，有过量药剂的加入，使胶体粒子被大量高分子聚合物围绕，原来已形成的颗粒体系失稳，甚至形成新的稳定状态，影响絮凝效果[4]。

2.2 pH的影响

pH对混凝效果的影响结果如图2所示。

图2 pH的影响

由图2可知，随着pH升高，透光率下降，尤其是pH>6时，水样透光率直线下降。这是因为山楂中富含山楂红色素，其主要成分为失菊色素-3-半乳糖苷、矢车菊色素的双塘或三糖苷等花色苷类化合物，该色素对pH值敏感，随pH值的变化呈现出不同颜色[5-6]。当水样pH>6时呈现棕色并逐渐加深，因此水样透光率下降。当pH为5时，混凝后的废水COD达到最小值3 895 mg/L，此时处理效果最好。考虑到pH为4时更易腐蚀设备，pH为6、7、8时混凝后COD去除率相差不大，并且废水原始pH为5，因此无需调节废水pH。

当pH<7时，山楂果脯生产废水的电势电位绝对值低，加入PAC后容易达到等电点，体系失稳，水中的悬浮颗粒物絮凝成较大的絮体发生沉淀而得以去除；当水样pH值偏强碱性时，多铝核羟基配合物会生成Al(OH)3溶胶，降低混凝效果[7]。

2.3 PAC和PAM的协同作用

PAC和PAM的协同作用实验结果如图3所示。

图3 PAC和PAM的协同作用

由图3可知，投加PAM后水样透光率和COD均处于波动状态，变化范围不大。单独使用PAC即可达到理想的处理效果，联合使用PAM会增加处理成本并且混凝效果没有显著改善，而且PAM投加量过大会增大出水COD，反而降低出水水质。

2.4 温度的影响

温度的影响实验结果如图4所示。

图4 温度的影响

由图4可知，水温从20 ℃升高到50 ℃，透光率和COD去除率均没有显著差异。因此，在实际工程中无需调节水温。

2.5 水解酸化实验

山楂果铺生产废水水解酸化过程可以将大分子、难降解有机物分解成小分子易生化性物质，为后续好氧生物处理的稳定运行提供有利条件。水解酸化实验结果如图5所示。

图5 不同污泥浓度水解酸化处理效果

污泥浓度较低时处理效果差，这是因为没有足够的微生物降解废水中大分子有机物，水解酸化趋于稳定时所需的水力停留时间长，出水COD偏高。污泥浓度过大时，会出现污泥上浮的的情况，剩余污泥多，沉降效果不好，导致水解酸化效果变差，出水COD也偏高。

由图5可知，随着水解酸化时间的延长，废水COD呈现出逐渐下降的趋势，水力停留时间超过4 h后，水解酸化达到最大限度，此时COD去除率增长不明显，COD最终稳定在700 mg/L左右。因此，确定最佳水力停留时间为4 h。

为验证分质处理的必要性与合理性，实验研究了浓渣不预处理的情况，第1次煮洗罐废水直接与其他废水混合。经混凝处理，废水的COD和SS仍然很高，在水解酸化阶段出现微生物活性差并且死亡严重的情况。这是因为，第1次煮洗罐废水COD约为40 000 mg/L，有机污染物浓度很高，山楂中富含山楂酸、熊果酸、棕榈酸、绿原酸等多种有机酸[8]，对微生物有毒害作用，严重影响水解酸化效果。采取分质处理，第1次煮洗罐废水经板框压滤机处理，产生的滤液再与其他废水混合，大大降低了废水中有机物的浓度，有利于生物处理工艺的平稳运行。

在考虑到实际情况和经济投入的基础上，由实验数据可知，对该山楂果脯生产废水水解酸化处理最佳污泥浓度为(MLSS，mg/L)4 000～5 000 ，水力停留时间4 h。

2.6 好氧生化实验

活性污泥法是通过污泥中好氧微生物的新陈代谢来降解废水中有机物的，微生物的含量及其活性是废水处理的重要影响因素。好氧生化实验结果如图6所示。

图6 不同污泥浓度好氧生化处理效果

由图6可知，随着曝气时间的延长，出水COD逐渐降低，4 h稳定在一定水平。在相同的曝气时间内，COD去除率随污泥浓度的增加呈现出先增大后减小的趋势。这是因为，污泥浓度低时生物量低，水中有机物不能及时被好氧微生物所消耗；污泥浓度高时，微生物处于饥饿状态，活性降低，沉淀效果差，处理效果不佳。污泥浓度为4 030 mg/L时，曝气4 h后废水COD由755 mg/L降到46 mg/L，COD去除率达93.9%，BOD≤25 mg/L ，SS≤30 mg/L，此时可生物降解部分基本被消耗殆尽。考虑到实际情况，污泥浓度为保持在3 500～4 000 mg/L范围内曝气4 h即可保证处理效果。

3 结论

(1)采取分质处理，第1次煮洗罐废水经板框压滤机处理后再与其他废水混合，COD由40 000 mg/L降低至7 500 mg/L左右，降低了废水中有机物对微生物的毒性，为后续处理创造了有利条件。

(2)采用混凝-水解酸化-好氧生化工艺处理山楂果脯生产废水是可行的，实验结果表明，处理后出水COD≤60 mg/L，去除率达99.4%，BOD≤25 mg/L，SS≤30 mg/L。

(3)混凝的最佳条件：20 ℃、pH5.0、PAC投加量10 mg/L、PAM投加量2 mg/L。废水COD由7 500 mg/L降到3 797 mg/L，去除率达49.4%。

(4)水解酸化最佳条件：污泥浓度为(MLSS)4 000～5 000 mg/L，水力停留时间4 h，COD去除率达82.3%，为后续好氧法处理创造了条件。

(5)好氧生化最佳条件：污泥浓度为(MLSS)3 500～4 000 mg/L，曝气4 h，出水COD为45.8 mg/L。

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Treatment of Hawthorn Preserves Wastewater by Coagulation-Hydrolysisand Acidification-Aerobic Biochemical Process

ZHANG Peng-peng, WEI Rui-xia, MA Lu-ning, LIU Chu-chu

(College of Chemical Engineering, North China University of Science and Technology,Tangshan Hebei 063210, China)

segregated treatment; PAC; PAM; hydrolysis and acidification; aerobic biochemical

The industrial wastewater of hawthorn preserved fruit has high organic concentration, high SS, and is easy to cause pollution to the environment. In this experiment, the wastewater is handled by coagulation-hydrolysis and acidification-aerobic biochemical process. The result shows that the operation of the technological operation is simple with stable operation. The organic matter concentration in the wastewater is reduced by coagulation and the biodegradability of the wastewater is improved by hydrolysis acidification with COD≤60 mg/L for the after-treatment water and the removal rate up to 99.4%, BOD≤25 mg/L,SS≤30 mg/L.

2095-2716(2017)02-0066-06

2016-11-06

2017-03-23

华北理工大学2015年大学生创新创业训练计划资助项目(X2015120)。

X703.1

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