电致发光材料废水处理工程设计与调试运行.pdf

水 污 染 治 理 电致发光材料废水处理工程设计与调试运行 黄继国李莹李森刘大为丛伟 吉林大学环境与资源学院， 长春 130026 摘要 电致发光材料废水具有污染物成分复杂、 磷元素缺乏、 生化性较差等特性， 对电致发光材料废水处理工程的设计 与调试进行了阐述。设计采用物化法结合生化法对该废水进行处理， 系统经过 2 个月的调试运行， 出水各参数指标达 到 GB 8978 － 1996 污水综合排放标准 中二级排放标准。 关键词 电致发光材料废水;铁碳微电解;接触氧化;水解酸化 DESIGN AND COMMISIONING OF ELECTROLUMINESCENT MATERIALS WASTEWATER TREATMENT ENGINEERING Huang JiguoLi YingLi SenLiu DaweiCong Wei College of Environmental and Resources，Jilin University，Changchun 130026， China AbstractElectroluminescent materials wastewater contains pollulants with complex component，and it is difficult to be biodegraded because of lack of phosphorus. It was expounded the design and the commissioning of this project. Through the combination of physicochemical and biochemical s to degrade the wastewater，after 2 months，all the inds of the effluent could meet the designed second-order of“Integrated Sewage Emission standard” GB 8978 － 1996 . Keywordselectroluminescent materials wastewater;ferric carbon-microelectrolysis;biological contact oxidation;hydrolytic acidification 0引言 有机电致发光材料 OLED Organic Light Emitting Display 因具备轻薄、 省电等特性， 完全有可能占据各 类平面显示器的市场， 成为 “二十一世纪的平面显示 器” ［ 1］。生产 OLED 所产生的废水具有量少、 污染物 质复杂、 pH 值低、 生化性较差、 难处理等特点， 成分主 要包括无机盐类、 乙醇、 甲醇、 二氯化碳、 三氯化碳、 联 苯及芳香烃、 有机酸、 无机酸 ［ 2］。目前国内外关于对 OLED 废水的处理还鲜有报道。本文以长春市某电 致发光材料生产企业的废水为例， 设计采用物化法结 合生化法对其进行处理， 通过 60d 的调试运行， 取得 较好的处理效果。 1进出水水质 长春市某电致发光材料公司的生产废水水量为 4 m3/d， 包括生产污水及清洗污水两部分， 其碳、 氮元 素充足， 磷元素不足， 可生化性较差; 生活污水水量约 为2. 5 m3/d， 其处理水量总计约为6. 5 m3/d。 实际进 水水质参数和设计出水水质要求见表 1， 出水要求满 足 GB 8978 － 1996污水综合排放标准 中二级排放 标准。 表 1进、 出水系统污水水质参数 mg/L pH 值除外 水质指标ρ COD ρ BOD5 ρ NH3-N ρ SS pH 生产废水进水3 000 ～ 4 0001 000 ～ 2 00040 ～ 501 600 ～ 1 8002. 4 ～ 2. 9 生活污水进水250 ～ 300150 ～ 20030 ～ 40100 ～ 1256 ～ 9 出水≤150≤30≤25≤1506 ～ 9 2工艺设计 2. 1工艺分析与流程 由于生产废水 pH 值较低， SS 含量较高， 且磷元 素不足， 不利于后续生物处理， 宜先降低生产废水 SS 含量， 提高 pH 值， 再与生活污水混合达到适当的营 养配比， 提高其可生化性， 以利于进行后续生物处理。 1 环境工程 2010 年 12 月第 28 卷第 6 期 处理工艺流程见图 1。 图 1污水处理工艺流程 采用 Fe/C 微电解预处理生产废水， 利用在酸性 条件下金属与导电杂质发生电蚀反应形成微电极， 产 生的活性氢分解和还原大分子有机物， 产生的 Fe2 氧化成 Fe3 ， 形成聚合度大的 Fe OH 3 胶体絮凝 剂 ［ 3］， 有效地吸附、 凝聚水中的污染物， 在微原电池 周围电场作用下， 废水中以胶体状态存在的污染物质 可在极短时间内完成电泳沉积过程。在调节池内大 大降低进水 SS， 预处理后的生产废水与生活污水混 合， 调整营养配比和 pH， 后续采用多级生物接触氧化 与水解酸化交替对其进行处理。废水经过生物接触 氧化阶段， 附着在弹性填料上的生物膜在好氧条件下 利用水中的小分子有机物作为营养物质进行自身的 新陈代谢， 并进行硝化脱氮 ［ 4］， 出水中含有大部分难 降解大分子有机物， 进入后续水解酸化处理。厌氧消 化过程产甲烷菌为绝对的厌氧菌， 对环境条件要求较 为苛刻， 生长繁殖速度慢; 而水解与发酵细菌、 产氢产 乙酸菌及同型乙酸菌既有专性厌氧菌， 又有兼性厌氧 菌， 对环境条件要求不高， 生长繁殖速度快 ［ 5］， 将水 解酸化过程控制在水解发酵、 产氢产乙酸阶段， 而不 进入产甲烷阶段， 利用缺氧条件下水解 － 产酸菌的作 用将难降解有机物转化为小分子有机物， 提高 C /N 比值， 改善出水的营养配比， 同时起到一定的反硝化 作用 ［ 6］， 减少了水解过程中的产泥量， 为后续生物接 触氧化的顺利进行提供条件。经过三级接触氧化处 理后出水在沉淀池将悬浮物质进一步沉淀， 降低 SS， 溢流进入清水池排放。 2. 2主要构筑物及设备 根据污水处理工艺， 选择的主要构筑物及设备见 表 2。 3调试运行 3. 1系统启动 该系统经过罐体试水和电器设备试用完毕后， 于 2008 年 5 月开始联机进行调试， 罐体内接种污泥均 采用长春市西郊污水处理厂的二沉池剩余污泥， 系统 表 2主要构筑物及设备 名称 数量 / 座 台 水力停留 时间 /h 规格材料 Fe/C 微电解池1 0. 52. 0 m 0. 5 m 2. 0 m砖混， 内部防水 调节池1482. 5 m 2. 0 m 2. 0 m砖混， 内部防水 一级接触氧化罐1101. 1 m 5. 0 m碳钢内外防腐 一级水解酸化罐1241. 0 m 4. 5 m碳钢内外防腐 二级接触氧化罐1101. 0 m 4. 5 m碳钢内外防腐 二级水解酸化罐1241. 0 m 4. 5 m碳钢内外防腐 三级接触氧化罐1101. 0 m 4. 0 m碳钢内外防腐 沉淀池112. 5 m 0. 5 m 2. 0 m砖混， 内部防水 清水池10. 20. 5 m 0. 5 m 2. 0 m砖混， 内部防水 潜污泵2－50WQ20 －22 －4不锈钢 潜水搅拌机2－QJB1. 5/6 －1800/2 －42/P－ 空压机4－EV51－ 启动程序如下 Fe/C 微电解池池底铺10 cm厚卵石， 用以均匀布 水， 上铺30 cm厚以 3∶ 2混合的铁屑和活性炭颗粒， 铁 屑来自机械加工厂的铁刨花， 经过 10 的氢氧化钠 洗涤后用 5 的盐酸浸泡， 去除表面铁锈 ［ 7］。生产废 水经过 Fe/C 微电解池进行预处理， 出水 COD 达到 2 300 ～ 2 500 mg/L， BOD5为 900 ～ 1 050 mg/L， pH 为 4. 0 ～ 4. 5， Fe/C 微电解池出水溢流进入调节池， 溢 流口预埋铁丝网拦截活性炭与铁屑。在调节池与生 活污水 混 合 以 均 衡 水 质、 水 量， 混 合 后 COD 达 到 1 650 ～ 1690 mg/L， BOD5为 690 ～ 710 mg/L， 并用石 灰水调 pH 为 7. 5 ～ 8. 5， 以保证后续硝化反应的正常 进行。 接触氧化罐内采用聚乙烯材质的半软性纤维作 为填料， 穿孔管曝气， 接种污泥量3 000 mg/L。 调试初 期先向接触氧化罐内注入 4∶ 1的清水和混合废水， 以 10∶ 1气水比进行静态曝气 3 d， 保证罐内充足的溶解 氧又不打掉填料上的污泥， 使活性污泥保持最大活 性。逐渐以0. 3 m3/d的速率递增加入混合废水， 进水 6 d 后根据 COD 去除率和镜检结果逐渐提高其进水 量， 同时以 15∶ 1， 20∶ 1， 25∶ 1逐步提高气水比， 保证 COD 去除率呈基本稳定的上升趋势， 生物膜厚度增 加、 生 物 相 趋 于 活 跃，直 至 BOD5容 积 负 荷 为 2. 0 kg/ m3d 。 在调试过程中发现过高的溶解氧 和过低的 pH 均会导致丝状菌大量繁殖， 影响硝化反 应的正常进行。在调试初期调整水中溶解氧， 使一级 接触氧化罐内 DO 保持在2 mg/L以下， 起到生物选择 2 环境工程 2010 年 12 月第 28 卷第 6 期 器的作用; 二、 三级接触氧化罐内 DO 可适当提高， 但 不能超过3. 5 mg/L。对填料进行镜检发现， 培养 15d 后， 填料上生物膜厚度为 0. 5 ～ 1. 5 mm， 生物膜呈褐 黄色， 出现大量的滴虫、 豆形虫和一定数量的钟虫， 生 物膜处于迅速增长阶段 ［ 8］， COD 去除率提高， 罐内 SV 值为 5 。培养30 d后， 生物相十分活跃， 有较多 钟虫、 轮虫出现， 且生物种类和数量基本稳定， 生物膜 趋于成熟; COD 去除率基本稳定， SV 值为 2 ， 接触 氧化罐开始连续运行。 启动水解酸化罐， 先向水解酸化罐内注入 4∶ 1的 清水和混合废水， 将污泥浸泡静置2 d， 使罐内污泥颜 色发灰或偏黑， 保证厌氧环境， 可以抑制后续接触氧化 罐内丝状菌的大量繁殖， 然后连续开启搅拌机， 运行 2 d后， 根据 COD 去除率逐渐由上一级接触氧化罐调 整进水量， 保证水解酸化罐进出水 COD 不大幅度变 化， 直至 COD 容积负荷达到0. 4 kg/ m3d 后开始连 续进出水。在调试40 d后， COD 去除率稳定在 43 左 右。整个系统实现 100 进水连续运行需要45 d左右。 3. 2运行结果与分析 在 2 个月的调试期间， 系统内各单元及整体调试 运行情况如图 2、 图 3 及表 3 所示。在调试前期， 接 触氧化罐内生物膜生长， 水解酸化罐内产生厌氧污 泥， 此周期一般在30 d左右， 各单元 COD 去除率随着 生物膜的迅速生长和厌氧污泥的逐渐成熟而快速提 高， 当系统进入成熟阶段后， COD 去除率的提高相对 减缓， 逐渐趋于平稳， 一级接触氧化单元在51 d 后 COD 去除率基本维持在 35 左右， 一级水解酸化单 元在48 d后 COD 去除率基本维持在 25 左右， 二级 接触氧化单元在36 d后 COD 去除率基本维持在 64 左右， 二级水解酸化单元在 48d 后 COD 去除率基本 维持在 31 左右， 三级接触氧化单元在45 d后 COD 去除率基本维持在 72 左右， 整个系统趋于稳定。 经过 2 个月的调试， 系统出水水质指标为 ρ COD 85 mg/L、 ρ BOD5 25 mg/L、 ρ NH3-N 18 mg/L、 ρ SS 7 mg/L。 系统调试运行期间进水 SS 由75 mg/L升高到 198 mg/L， 出水 SS 在 7. 0 ～ 50 mg/L， 随着系统趋于 稳定， SS 去除率由 72. 5 上升到 90. 7 。系统在调 试 27 ～ 39 d由于生物膜累积， 其新陈代谢过程中产生 大量的残体和悬浮态微生物未及时排出罐体， 导致 SS 升高， 通过排泥减少污泥龄， 出水 SS 在 39 ～ 45 d 逐渐恢复正常， 去除率稳定在 90 左右。 图 2系统整体调试运行 COD 变化情况 图 3系统整体调试运行 SS 变化情况 表 3进、 出水系统污水水质参数 项目 出水 ρ COD / mgL － 1 COD 去除 率 / 生长阶 段 /d 成熟阶 段 /d 一级接触氧化罐1905 ～ 48410. 0 ～ 35. 53 ～ 3030 ～ 51 一级水解酸化罐1452 ～ 4487. 3 ～ 25. 23 ～ 2727 ～ 48 二级接触氧化罐528 ～ 28735. 8 ～ 64. 53 ～ 2727 ～ 36 二级水解酸化罐399 ～ 25710. 7 ～ 31. 33 ～ 3030 ～ 48 三级接触氧化罐223 ～ 8533. 1 ～ 72. 23 ～ 3333 ～ 45 整体系统223 ～ 8559. 5 ～ 96. 83 ～ 2727 ～ 45 4结论 电致发光材料废水是一种新型产业废水， 目前专 项处理电致发光材料废水的应用实例很少， 缺少相关 经验。根据其废水特性， 设计采用物化法结合生化 法， 即铁碳微电解结合三级接触氧化与两级水解酸化 交替对电致发光材料废水进行处理， 设计具体工艺流 程及构筑物尺寸， 并进行调试运行。 在调试过程中， 生物膜的培养和驯化期容易发生 溶解氧偏高， 若DO 4 mg/L， 接触氧化罐内污泥量会 逐渐减少， 丝状菌大量繁殖， 过低的 pH 也会影响硝 下转第 15 页 3 环境工程 2010 年 12 月第 28 卷第 6 期 55 左右， 从经济性考虑， HABR 处理印染废水 HRT 为11 ～ 12 h较为合适。 3 污泥回流可补偿反应器前端格室的污泥流失 并提高上升流速， 适当的污泥回流比可提高 HABR 对印染废水的处理效率。当 HRT 为12 h， 回流比为 0. 3 时， COD 和色度去除率最高， 分别可达 47 和 56 左右。 4 反应器各格室运行情况表明 HABR 中微生物 形成了良好的沿程种群分布， 反应器前端发生明显的 产酸反应， 易降解的大分子物质在前端格室被水解酸 化， 后段格室中有机酸被产甲烷微生物降解。 参考文献 ［1 ］ Bachman NA，BeardVL， McCartyPL.Perance characteristics of the anaerobic baffled reactor［J］ .Wat Res， 1985，19 1 99- 106. ［2 ］ Lettinga G. Advanced anaerobic wastewater treatment in the near future［J］ . Water Sci and Technol，1994，35 10 5- 12. ［3 ］ 国家环境保护总局. 水和废水分析监测方法［M］ . 四版. 北 京 中国环境科学出版社， 2002. ［4 ］ 黄永恒，王建龙，文湘华，等. 折流式厌氧反应器的工艺特性 及其运用［J］ . 中国给水排水，1999，15 7 18- 20. ［5 ］ 任随周，郭俊. 处理印染废水的厌氧折流板反应器中的微生 物组成及分布规律［J］ . 生态学报，2005，25 9 2297- 2303. ［6 ］ Barber W P，Stuckev D C. The use of the anaerobic baffled reactor ABRfor wastewater treatmenta review［J］ . Wat Res，1999， 33 7 1559- 1578. ［7 ］ William P B， Stuckey P C.Nitrogen removal in a modified anaerobic baffled reactor ABRdenitrification［J］ . Water Res， 2000，34 9 2413- 2422. ［8 ］ Barber W P，Stuckey D C. Start-up strategies for anaerobic baffled reactors treating a synthetic sucrose feed［C］∥ Proc of the 8th International Conference on Anaerobic Digestion. Sendai，Japan 1997 32- 39 . ［9 ］ 林玉杰，沈桢，沈耀良. ABR 处理低浓度废水的污泥颗粒化研 究［J］ . 环境科学与管理，2008，33 5 96- 99. ［ 10］ 苏德林，王建龙，黄永恒， 等. ABR 反应器的碱度变化及调控 研究［J］ . 环境科学，2006，27 10 2024- 2027. 作者通信处刘欣510730广州市黄浦区穗东街南基工业区西小 区 11， 12， 13 栋 E- mailliulin750 163. com 2009 － 11 － 20 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 3 页 化反应的正常进行。一级接触氧化罐内 DO 控制在 1. 5 ～ 2 mg/L， 二、 三级接触氧化罐内 DO 可适当提 高， 但不能超过3. 5 mg/L。 接触氧化罐内附着在填料 表面的生物膜与呈悬浮态的微生物呈竞争关系， 悬浮 性微生物过度繁殖会竞争吸收营养物质制约附着生 物膜的生长， 导致系统 SS 偏高， 通过排泥缩短污泥龄 可以改善系统出水效果。在调试30 d后， 接触氧化罐 内生物相十分活跃， 有较多钟虫、 轮虫出现， 生物膜逐 渐成熟。经过 2 个月的调试运行， 系统的出水各项参 数指标达到排放标准要求。 参考文献 ［1 ］ 梁波， 朱卫国. 铕配合物红色电致发光材料的合成及其电致发 光器件的研究［D］ . 湘潭 湘潭大学，2003. ［2 ］ 刘大为， 黄继国. 小型废水处理设施运行、 调试与设计 研究 ［D］ . 长春 吉林大学， 2009. ［3 ］ 杨健， 杨嬗. 微电解预处理提高酒精废水可生化性的试验研究 ［J］ . 环境科学与技术， 2004， 27 6 39- 41. ［4 ］ 高艳娇， 黄继国. 生物接触氧化 － 电凝聚复合工艺处理垃圾渗 滤液［J］ . 环境科学与技术， 2006， 3 4 46- 48. ［5 ］ 聂艳秋. 二相厌氧 － 混凝法处理制浆造纸综合废水的工艺设计 及调试［J］ . 环境污染治理技术与设备， 2002， 3 6 62- 64. ［6 ］ 柴晓煜， 金建华. 水解酸化生物接触氧化法处理印钞废水的 试验研究［D］ . 武汉 武汉理工大学，2006 15- 18. ［7 ］ 罗旌生， 曾抗美， 左晶莹， 等. 铁碳微电解法处理染料生产废水 ［J］ . 水处理技术， 2005， 31 11 67- 70. ［8 ］ 于宏兵， 杜军， 李景新， 等. 水解酸化 － 二段式接触氧化处理生 物制药废水［J］ . 环境工程， 2005， 23 2 9- 11. ［9 ］ 丁春生， 王敏尔， 高延红， 等. 混凝 － 水解酸化 － 二级接触氧化 处理高浓度精细化工废水中试研究［J］ . 给水排水， 2004， 30 7 53- 55. ［ 10］ 李跃迁， 詹技灵， 孙巍， 等. 金城造纸厂综合污水处理工程调试 运行［J］ . 环境工程， 2009， 27 1 8- 10. 作者通信处黄继国130026吉林大学环境与资源学院环境工程系 E- mailhuangjg jlu. edu. cn 2010 － 03 － 29 收稿 51 环境工程 2010 年 12 月第 28 卷第 6 期