生化與臭氧生物炭組合工藝處理反滲透膜生產廢水的研究

官愛令　溫健麟　常艷群

(1.杭州一達環保技術咨詢服務有限公司，杭州　310004；

2.杭州瑞旭產品技術有限公司，杭州　310004)

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生化與臭氧生物炭組合工藝處理反滲透膜生產廢水的研究

官愛令1溫健麟2常艷群1

(1.杭州一達環保技術咨詢服務有限公司，杭州310004；

2.杭州瑞旭產品技術有限公司，杭州310004)

【摘要】本研究通過模擬反滲透膜生產廢水水質，在實驗室條件下采用生化與臭氧/生物炭組合工藝處理該含DMF的廢水。實驗結果顯示在模擬廢水COD濃度為12500 mg/L的情況下，生化出水COD穩定在2500mg/L左右，COD去除率達到85%左右。含DMF的廢水在60℃的條件下，通過投加NaOH至pH=13堿解對含有DMF的廢水預處理之后，使混合廢水COD下降至6000mg/L左右，生化出水COD在600mg/L以下，去除率高達90%，再通過臭氧/生物炭深度處理去除COD、色度、SS等，最終出水滿足污水綜合排放標準GB 8978-1996中的一級排放標準。

【關鍵詞】生化；臭氧生物炭；反滲透生產廢水；DMF

反滲透膜是一種先進的膜分離技術，目前廣泛應用于電子、食品、制藥和化工等領域，但是在生產反滲透膜的過程中會產生含高濃度的二甲基甲酰胺(DMF)廢水。DMF具有化學性質穩定，可以經過呼吸道、消化道和皮膚進入人體內，具有一定的毒性(宋姍姍，2007)。目前針對高濃度的DMF廢水處理方法有Fenton氧化法(杜海霞，2014)、堿性水解法(劉志國，2005)、萃取(張慧，2011)、膜分離法(顧忠茂，2003)、臭氧氧化(李靜，2007)等。采用單一的方法處理具有一定的難度，在眾多針對DMF的處理方法中，通過組合各種工藝，在降低處理費用的同時保證達標排放是本研究的重點。

國內某生產反滲透膜的企業產生的廢水中含有較高濃度的DMF，同時還含有其他難生物降解的物質。本研究結合堿性水解、生化與高級氧化工藝聯合處理該廢水，以期對處理含有高濃度的DMF廢水起到一定的參考作用。

1實驗材料與方法

1.1實驗裝置

實驗生化處理流程采用水解酸化+厭氧+兩級好氧處理，生化池中均有組合填料，廢水處理流量為1L/h。為了能在組合填料上順利掛膜，首先在四個生化反應池內接種剩余污泥并開始曝氣，并在四個反應器中投加已配制好的營養元素。掛膜15天后，可以肉眼看到組合填料上的生物膜，此時停止水解酸化和厭氧池的曝氣，并向厭氧反應器中接種一定量的厭氧污泥，以縮短厭氧啟動時間。掛膜成功后開始進入稀釋后的模擬廢水。

圖1　實驗流程圖

1.2模擬廢水水質

反滲透膜生產廢水采用模擬廢水，通過分析，該廠在生產反滲透膜過程中共產生四股廢水，其中W1和W2只含有DMF和甲基熔纖劑，混合廢水中主要污染物名稱和濃度如表1所示。

表1　100L廢水中各組分質量

由表1可以看出，模擬廢水中主要污染物質為DMF，除表1所示內容外，還含有少量聚乙烯醇、哌嗪、表面活性劑和無機鹽等物質。模擬廢水配制完成后，檢測模擬廢水COD濃度為12500mg/L左右。

1.3分析方法

試驗檢測項目均采用國標方法進行檢測，參考水和廢水監測分析方法第4版。

2實驗結果與討論

2.1生物反應器的馴化

從水質分析來看，廢水中含有一定量的難生物降解有機物，生物反應器掛膜成功后，開始進入稀釋模擬廢水，隨著微生物逐步被馴化，逐漸提高進水濃度，生物反應器在馴化期的運行數據如圖2所示。

圖2　生化反應器啟動馴化階段運行數據

從圖2可以看出，隨著進水COD濃度的逐漸提高，生化出水COD濃度亦不斷提高，污泥經過35天的馴化，進水COD濃度為6300mg/L時，出水COD濃度699mg/L。通過分析，水解酸化、厭氧、一級好氧和二級好氧對COD的平均去除率分別為32%、37%、53%和37%，總COD去除率達到89%?？梢姡锝到鈱δM廢水的有機物去除效果較好，同時停止水解酸化和厭氧反應器的曝氣，微生物逐漸轉變為兼性菌和厭氧菌。

2.2生化穩定運行階段

前已敘及，模擬廢水的COD達到12500mg/L左右，在馴化階段，模擬廢水經過稀釋，最高進水COD濃度為6300mg/L，隨后逐漸降低模擬廢水的稀釋倍數，進入生化反應器，在穩定運行階段，生化去除效果如圖3所示。

圖3　穩定運行期生化去除COD效果

從圖3可以看出，如果按照表1的配方進行配水，進水COD濃度12500mg/L左右，生化出水COD濃度在2500mg/L左右，考察了繼續增加水力停留時間對COD的去除效果，結果表明即使增加水力停留時間，出水COD濃度基本不變，由此可見，生化出水中殘留有機物均為生物難降解有機物，要將COD濃度為2500mg/L的廢水通過物化方法降到100mg/L難度甚大，考慮廢水中主要的污染物質為DMF，因此在試驗后期，嘗試對W1和W2兩股含有DMF的混合廢水進行預處理，然后進入生化系統。

2.3堿解運行數據

通過1.2的敘述，四股廢水中僅有兩股廢水含有DMF，通過查閱關于DMF廢水的處理方法的資料文獻，首先采用在60℃的條件下，向W1和W2的混合廢水中投加NaOH，使DMF分解為二甲胺(DMA)和甲酸，同時向混合廢水中通入空氣，DMA被吹脫出來，堿解產生的DMA通過收集系統進入焚燒裝置，大幅度的降低進水COD濃度，并且殘留的甲酸屬于容易生化降解物質，這種方法能夠大幅度的提高生化降解效率。通過堿解預處理后，生化運行數據如圖4所示。

圖4　堿解后生化運行情況

從圖4可以看出，含有DMF的兩股廢水經過堿解后，再與其它兩股廢水混合，混合水的COD濃度在6000～7000mg/L之間，進水COD濃度降低一半之后，隨之發生的是出水COD濃度大幅度下降，從圖4可以看出，DMF廢水預處理后，出水COD濃度在600mg/L左右。通過肉眼觀察，出水呈灰褐色，色度較高，需要進一步的降低COD和脫色處理。

2.4生物炭運行數據

模擬廢水經過堿解預處理后，出水COD濃度大幅度降低，但是其色度、COD等指標仍然超標。因此考慮采用臭氧生物炭的高級氧化組合工藝對生化出水進一步的處理。最終出水各指標如表2所示。從表2可以看出，通過32天的臭氧生物炭穩定運行，出水各項指標均滿足GB-1996一級排放標準。在臭氧氧化出水色度已基本被去除，且能去除50%的COD，通過生物炭中微生物的降解以及活性炭的吸附，出水COD最終穩定在100mg/L以下。

表2　臭氧生物炭組合工藝處理出水指標

3結論

(1) 采用堿解預處理方法對DMF廢水進行處理能有效的去除COD和降低生化出水COD濃度，與其他高級氧化預處理DMF廢水的方法相比，成本相對較低。

(2) 采用預處理+生化+臭氧/生物炭工藝流程可以使反滲透膜生產廢水各項指標最終達到GB 8978-1996中的一級排放標準。

參考文獻：

[1]杜海霞，王亞娥，李杰.Fenton氧化與鐵炭微電解組合預處理DMF廢水.環境工程學報，2014，8(9)：3695-3703.

[2]顧忠茂.液膜分離技術進展.膜科學與技術，2003，23(4)：214-223.

[3]劉志國.DMF廢水資源化無害化處理研究[D].南京：南京工業大學，2005.

[4]李靜，劉國榮.臭氧高級氧化技術在廢水處理中的應用.污染防治技術，2007，20(6)：55-57.

[5]宋姍姍，張林生.N，N-二甲基甲酰胺(DMF)廢水處理研究進展.江蘇環境科技.2007，20(3)：67-70.

[6]張慧，葉長燊，林誠.機械攪拌萃取塔中氯仿萃取DMF的傳質系數.環境工程學報，2011，5(1)：103-107.

[7]王少俊，常艷群，官愛令，等.關于生化與臭氧氧化組合工藝處理維生素B2廢水的探試[J].環境與可持續發展，2016，41(1)：153-154.

[8]王少俊，郭偉棟，常艷群.銅陽極泥提取貴重金屬工藝廢水處理的研究[J].環境與可持續發展，2015，40(3)：198-201.

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Study of Biological Combined with Ozonation/BAC Process to Treat Production of Reverse Osmosis Membrane Wastewater

GUAN Ailing1WEN Jianlin2CHANG Yanqun1

(1.Hangzhou Yida Environmental Protection Technology & Consulting CO.，LTD. Hangzhou 310004；2. Hangzhou CIRS CO.，Ltd，Hangzhou 310004)

Abstract：Biological combined with ozonation/biological activated carbon (BAC) process was operated in laboratory scale to investigate chemical oxidation demand (COD) remove of simulated wastewater from producing reverse osmosis member.The results showed that when the influent COD level was 12500mg/L，the effluent COD of biological treatment process reached 2500mg/L and the COD remove efficiency was about 85%.The alkaline hydrolysis in 60 ℃ and pH of 13 was employed to treat wastewater contained DMF and resulted in the COD decreased from 12500mg/L to 6000mg/L.Fortunately，the COD further decreased to 600mg/L in effluent and the total COD remove efficiency reached 90%.Subsequently，the effluent was treated by ozonation/BAC process and the COD，color and suspend solid of effluent meet Grade I of discharge standard of GB8978-1996.

Keywords：biological treatment；ozonation/BAC；wastewater from production of RO；DMF

中圖分類號：X703

文獻標識碼：A

文章編號：1673-288X(2016)02-0165-03

作者簡介：官愛令，碩士，工程師，目前從事環境影響評價工作

引用文獻格式：官愛令等.生化與臭氧生物炭組合工藝處理反滲透膜生產廢水的研究[J].環境與可持續發展，2016，41(2)：165-167.