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黄姜皂素具有“药用黄金”的美誉,是生产甾体激素类药物的基础植物原料。在我国鄂西北、陕南、豫西南等地区,人工种植有大面积的黄姜,进而发展起来了一个很重要的医药化工行业——黄姜加工业。黄姜皂素生产过程中产生的大量强酸性高浓度有机废水严重威胁了南水北调中线工程水源地——丹江口水库的水质安全。黄姜加工的清洁生产技术研发推广及配套的末端废水处理工艺研究是水源区水质保护的重要而又紧迫的课题之一。解决黄姜加工业的水污染问题有利于改善姜农的生存状况、保证皂素企业及员工的利益、解决当地百姓的就业问题、促进黄姜加工业的健康有序发展;另一方面,可以削减对丹江口水库上游的皂素行业的水污染物,同时总结出的皂素综合废水处理的核心技术和实践经验,为我国含硫酸盐高浓度有机废水处理在工程中的实际应用可起到一定的借鉴作用。
本文改进了SMRH工艺下黄姜皂素综合废水的生化处理工艺技术,结合本课题前期研究成果和工程实际,总结了原有工艺的经验,并找出了存在的问题。实验室研究了深度处理脱色工艺,以指导工程实践。对整个工艺进行了处理工艺优化。结合工程实例,优化了最佳运行参数,了解和掌握该工艺运行过程的实际情况,使废水处理后达标排放,为其应用推广提供参考依据。
论文得出的主要结论如下:
1、SMRH工艺下黄姜皂素综合废水属于强酸性含高浓度硫酸根离子和高浓度有机物的废水,间歇式排放,日均排放量较小,废水中主要污染物是硫酸、葡萄糖、鼠李糖等,色度大,酸性强,污染较重。原有废水处理工艺在运行中存在曝气内电解易板结、出水色度偏高的问题,本文对工艺进行了改进,确定了生化处理工艺主要由中和段、水解酸化段、厌氧段、接触氧化段、深度处理和人工生态湿地组成。石灰中和水质的pH值;水解酸化阶段使废水中高分子有机物降解为小分子易于被微生物利用的有机物,提高水的生化性;厌氧段采用改进型UASB工艺;接触氧化段采用高浓度活性污泥法;深度处理采用煤渣+活性炭组成的脱色滤池;人工生态湿地采用塘-湿地深度处理技术。
2、臭氧氧化脱色实验中三种流速条件下,反应体系的pH值均降低了0.3左右。三种流速条件下,生化出水的脱色率在30min后达到80%以上,而COD的去除率则较低,反应120min后去除率才超过50%。实际工程应用中宜选用臭氧反应塔以使气体与溶液充分混合,增加接触时间。针对该生化出水的COD值已在排放标准之内,故深度处理仅需考虑色度的去除。三种流速条件下色度的去除均能达到较好的效果,考虑经济成本,选用150L/min的流速即可达到较为理想的效果。在反应30min后色度均能达到较好效果,宜选用30min为最佳反应时间。
3、活性炭吸附实验中由于该粉末活性炭的性能较好,吸附量较大,因此在用量为0.3%时色度的去除就能达到90%。当添加量为0.5%后COD的去除率趋于稳定,在80%以上。实际应用中粉末活性炭可选择0.5%的添加量,由于粉末活性炭在实际应用中成本较高,故可选择颗粒状的活性炭作为吸附剂。在反应进行到5min时,COD和色度的去除率均可达到稳定状态,COD去除率在80%左右,色度的去除率均达到98%以上。
4、对于皂素生化处理出水的Fenton处理方法,可以选择不调节pH,常温下加入H2O2(质量分数为30%)用量为0.3%、FeSO4(质量分数为15%)用量为0.3%,反应30min后调节pH至7-8,去除沉淀后可达比较好的处理效果。工程应用上可用石灰调节pH。
5、三种脱色方法的效果均比较理想,脱色率均能达到80%以上。臭氧氧化法脱色的处理效率高,无二次污染,但一次性投资中设备和运行过程中的电费较大。活性炭吸附方法无污染,但再生更换难度大,成本偏高。Fenton处理法在末端处理中还需调节pH以满足标准的要求,产生沉淀,操作复杂。综合考虑处理效率、成本及已有基建条件,实际工程中选择脱色池工艺,以活性炭作为填料。
6、本处理系统对综合废水具有较好的处理效果。出水的pH、COD、氨氮、总磷、SS等水质指标均符合行业水污染物排放标准。自2011年2月起至今,该废水处理系统在运行的6个月期间已经处理综合废水30210m3,能够高效稳定运行,出水水质达到设计的要求。通过实际工程的不断尝试和改进,其工艺技术基本成熟。
7、该废水处理系统技术优良,效果良好,操作简便,运行稳定,但是成本相对来说较高,达到11.24元/吨废水。能耗较大的工段为前处理阶段的石灰费用和接触氧化阶段的电费。建议将来可将两级接触氧化阶段进行串联后并联运行方式以节省费用,实现成本与处理效率的优化结合。人工生态湿地的出水可将其回用于洗姜阶段,节约水资源。