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PACT工艺处理PAM生产废水的实验研究 第 4卷 � 第 4期 环境 工 程学 报 Vo l. 4, No. 4 2 0 1 0 年 4 月 Ch inese Journal of Env ironm enta lEng ineering Apr . 2 0 1 0 PACT工艺处理 PAM生产废水的实验研究 周晓霞 � 孙亚兵* � 李 � 署 � 冯景伟 � 朱洪标 � 邹 � 婷 � 付玉玲 (南京大学环境学院, 污染控制与资源化研究国家重点实验室, 南京 210093) 摘 � 要 � 采用粉末活性炭活性污泥工艺 ( PACT )处理经凹...

PACT工艺处理PAM生产废水的实验研究
第 4卷 � 第 4期 环境 工 程学 报 Vo l. 4, No. 4 2 0 1 0 年 4 月 Ch inese Journal of Env ironm enta lEng ineering Apr . 2 0 1 0 PACT 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 处理 PAM生产废水的实验研究 周晓霞 � 孙亚兵* � 李 � 署 � 冯景伟 � 朱洪标 � 邹 � 婷 � 付玉玲 (南京大学环境学院, 污染控制与资源化研究国家重点实验室, 南京 210093) 摘 � 要 � 采用粉末活性炭活性污泥工艺 ( PACT )处理经凹凸棒土预处理后的聚丙烯酰胺 ( PAM )生产废水。实验考察 了粉末活性炭 ( PAC)的投加对活性污泥处理系统的影响,并探讨了 PAC投加量、曝气时间、水力停留时间等参数对降解反 应的影响。结果表明: PAC的投加能提高水中溶解氧的利用率,改善污泥沉降性能, 增强活性污泥系统对有机物的去除效 果; 在 PAC投加量 500 mg /L、曝气 10 h的条件下, PACT工艺对 PAM 生产废水的处理效果良好, COD的去除率为 80� 8% , BOD5去除率为 83�8% , 丙烯酰胺 ( AM )去除率为 84�2%。 关键词 � PACT工艺 � PAM生产废水 � 粉末活性炭 � 丙烯酰胺 中图分类号 � X703� 1� � 文献标识码 � A � � 文章编号 � 1673�9108( 2010) 04�0817�05 Treatm ent of polyacrylam ide wastewater by powder activated carbon treatm ent process Zhou X iaox ia� Sun Yab ing� L i Shu� Feng Jingw ei� ZhuH ongbiao� Zou T ing� Fu Yu ling ( State Key Laboratory of Pol lut ion Con trol and R esource Reu se, S chool of the E nvironm ent, Nan jing U nivers ity, N an jing 210093, Ch ina) Abstract� Powder activated carbon treatment ( PACT ) process w as used to treat po lyacry lam idew astew ater pretreated by attapulg ite. The effect of pow der activated carbon ( PAC) addit ion on activated sludge system w as invest igated, at the same time, the influence o fPAC addition amoun,t aeration t ime and hydrau lic reten tion t ime (HRT ) on the remova l rate o f po llutantsw ere a lso discussed. The experimenta l results show ed that the adding of PAC could increaseDO utilizat ion eff iciency, improve sludge settling property and enhance the removal effic iency of organic matter. W hen the add it ion amount o f PAC was 500 mg /L and aeration time w as 10 h, the removal rates of COD, BOD5 and AM were 80�8%, 83�8% and 84�2% , respectively. Key words� PACT process; po lyacry lam idew astew ater; pow dered activated carbon; acry lam ide 基金项目:水处理与水环境修复教育部工程研究中心开放课 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 基金 项目 (WTWER0709) 收稿日期: 2009- 04- 07; 修订日期: 2009- 06- 30 作者简介:周晓霞 ( 1985~ ), 女,硕士研究生,主要从事废水污染净 化研究工作。E�m ai:l zhouxiaoxia260@ 163. com * 通讯联系人, E�m ai:l sybn ju@ 163. com � � 聚丙烯酰胺 ( polyacry lam ide,简称 PAM )是丙烯 酰胺 ( C2H5NO, acry lam ide,简称 AM )及其衍生的均 聚物和共聚物的统称,工业上凡含 50%以上 AM单 体的聚合物都泛称聚丙烯酰胺。 PAM主要应用于 采油、水处理、造纸、选矿等领域, 是重要的絮凝剂、 助滤剂、表面活性剂等,享有 �百业助剂 之称 [ 1 ]。 2002年我国 PAM的生产能力和产量分别为 20 ! 104 t /a和 13 ! 104 t /a, 2006年生产能力和产量分 别增加到 50 ! 104 t /a和 32 ! 104 t /a[ 2]。随着我国 PAM产量的迅速增加, PAM生产过程中产生的废水 量也不断增大, PAM生产废水的处理成为迫切需要 解决的难题。 PAM 生产废水中含有较高浓度的 PAM和 AM 污染物。PAM 基本无毒, 但当溶液中 PAM的含量超过 100 mg /L, 水溶液会变得非常粘 稠,在生物法中不易被微生物降解利用 [ 3]。而 AM 是高毒性的 AA类致癌物质 ( IACR, 1993), 容易通 过皮肤和粘膜被人体吸收积累,引起神经系统的损 害, IARC和 ACGIH推荐长期吸入空气中丙烯酰胺 的安全接触量是 0�03 mg /m3, WHO对饮用水中丙 烯酰胺限量的推荐值为 0�0005 mg /L[ 1]。目前对油 田开采废水中或土壤中聚丙烯酰胺 (HPAM )的降解 研究较多 [ 4~ 9] , 但对高浓度的 PAM生产废水的研究 较少 [ 10]。因此,积极开展 PAM生产废水的综合处 理具有十分重要的现实意义。本文以粉末活性炭活 性污泥 ( PACT)工艺降解 PAM生产废水,确定 PACT 工艺降解 PAM生产废水的实验室最佳工艺参数,为 实际工程应用提供理论依据。 PACT 工艺 ( powder act ivated carbon treatment process)是指在活性污泥中加入粉末活性炭 ( PAC ) 的一种污水处理 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ,工艺流程如图 1所示。该工 环 境 工 程 学 报 第 4卷 艺由杜邦公司 ( Du Pont)开发并于 1972年申请专 利。PACT工艺由于在经济和处理效率方面的优 势,目前已广泛应用于印染、化工、焦化、炼油、制药 废水的处理 [ 11]。 图 1� PACT工艺流程图 F ig�1� Process flow diag ram of PACT 1� 实验部分 1�1� 实验材料 PAM生产废水取自安徽某精细化工有限公司。 实验用废水是经凹凸棒土吸附预处理之后的 PAM 生产废水, 其水质指标如下: pH 6�5, TN 20mg /L, BOD5 380 mg /L, COD 1 100 mg /L, AM 600 mg /L, PAM 40mg /L。由上可知,实验用水中 PAM的浓度 较低, 在生物降解反应过程中, PAM将先被降解为 AM单体再进行进一步的反应, 故实验中最主要的 特征污染物是 AM。 粉末活性炭粒径为 0�075~ 0�15 mm。 1�2� 实验装置与参数 实验中 PACT反应器如图 2所示。反应器为有 机玻璃构成的圆柱,有效容积 10 L, 6个取样口。设 计的基本参数采用污泥负荷法 [ 12 ]确定如下: 供气量 13�9 L /m in, 污泥浓度 2�5 g /L, 污泥负荷 0�3 kg BOD5 / ( kg MLSS∀ d) ,反应温度 20~ 30 # 。 1�3� 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 项目和方法 COD: 采用重铬酸钾法; BOD5: 采用 BOD�220A 快速测定仪; pH值:玻璃电极法; DO:采用 YSIM od� el52型溶解氧测定仪; AM: 紫外分光光度法在 198 nm处测定 [ 13] ; PAM:淀粉�碘化镉分光光度法 [ 14]。 1�4� 实验方法 1. 4. 1� 活性污泥培养和驯化 污泥取自南京市某污水处理厂一级生化池,空 曝气 3 d后静置 12 h,排出上层清水,开始进行污泥 的培养和驯化,其培养和驯化方法与文献 [ 15]中对 图 2� 实验反应器示意图 F ig� 2� Schem atic d iagram o f exper im enta l reactor 降解丙烯酰胺 (AM )的污泥培养驯化方法相同。 1. 4. 2� PAC吸附 DO实验 在一个 250mL的试剂瓶中注入近似于饱和的 蒸馏水,定量投入不同浓度的 PAC (过 100目筛 ) , 把 YS IM odel52型溶解氧测定仪的探头插入瓶内, 在瓶内呈密封状态下测定溶解氧 [ 16 ]。实验水温 20 # ;密封时间为 2 h。 1. 4. 3� 污泥沉降性能对比实验 在污泥混合液中加入一定量 PAC, 使混合液中 PAC浓度分别为 0、150和 450 mg /L。在污泥沉降 柱中观察 3种混合液界面高度随时间的变化。 1. 4. 4� 有机物降解性能对比实验 在 3个相同模型中分别投加粉末活性炭 ( PAC)、活性污泥 ( AS )、粉末活性炭和活性污泥 ( PAC+ AS), 做三者对有机物降解的对比实验。实 验在图 2的反应器中进行, 严格控制曝气、取样等因 素,使三者实验条件相同。该实验用水为经稀释的 PAM生产废水原水,稀释后进水中 COD浓度为 500 mg /L。 2� 结果与分析 2�1� PAC的投加对活性污泥处理系统的影响 活性炭比表面积大,微孔结构发达,具有物理吸 附和化学吸附双重特性,可以有选择地吸附气相、液 相中的各种物质。实验考察了 PAC的投加对活性 污泥处理系统中溶解氧、污泥沉降、有机物去除的 影响。 2. 1. 1� PAC的投加对水中溶解氧 ( DO)的影响 DO是活性污泥处理系统中的一个重要参数。 从图 3可知, PAC可以从扩散的空气和废水中吸附 氧,增强氧的转移; 而当介质内的 DO被微生物消耗 时, PAC解吸释放氧。因此 PAC在溶液中起氧贮存 818 第 4期 周晓霞等 : PACT工艺处理 PAM 生产废水的实验研究 器的作用 (如 PAC投加量为 1 g /L, 反应 2 h后,水 中 DO浓度下降了 1�2~ 2�4 mg /L,则 PAC吸附 DO 的量为 1�2~ 2�4mg DO /g PAC, 故其贮存容量相当 于每立方米溶液中约有 1 200~ 2 400mg的 DO ),有 利于活性污泥处理系统降解污染物。 图 3� PAC投加量对水中 DO的影响 F ig� 3� Effect o f PAC dosages on DO concentration in aqueous so lution 2. 1. 2� PAC的投加对污泥沉降性能的影响 污泥沉降性能直接影响活性污泥系统的固液分 离效果,是活性污泥系统的一个关键因素。实验中 初始混合液的污泥体积指数 SV I为 157 mL /g。由 图 4可知: 随着 PAC投加量的增加, 相应混合液的 SV I降低, 沉降速度逐步提高。当混合液中投加 PAC浓度为 150 mg /L时, SV I可降为 126 mL /g;当 混合液中投加 PAC浓度为 450 mg /L时, SV I降至 107mL /g。 2. 1. 3� PAC的投加对有机物去除的影响 由表 1可知: 粉末活性炭 ( PAC )、活性污泥 (AS)和粉末活性炭 �活性污泥 ( PAC�AS )混合系统 的反应近似满足一级反应动力学方程 [ 17] ,三者的反 应动力学常数分别为 0�0009、0�002和 0�0027(以 e 为底, 单位为 d- 1 )。 ( PAC+ AS)系统的 K值分别是 (AS)和 ( PAC)系统的 1. 35倍和 3倍。显然, ( PAC + AS)系统优于单独的 ( PAC)和 ( AS)系统。从图 5 可知, ( PAC + AS)系统中 COD去除率明显高于 ( PAC)和 (AS )系统, 证明 PAC的投加能明显提高 活性污泥处理系统对有机物的去除率。 表 1� AM 一级降解反应动力学方程 Tab le 1� First�order dynam icsmodel of AM 混合体系 动力学方程 降解速率常数 k d ( d- 1 ) 相关系数 R 2 PAC ln( S0 /S ) = 0. 0009t 0. 0009 0. 9773 AS ln( S0 /S ) = 0. 0020t 0. 0020 0. 9952 PAC+ AS ln( S0 /S ) = 0. 0027t 0. 0027 0. 9958 2�2� PAC投加量对 PACT工艺处理效果的影响 该实验用水为经稀释的 PAM生产废水原水,稀 释后进水中 COD浓度为 500 mg /L。实验结果见图 6。在反应开始的 4 h内, PAC的投加能增强活性污 泥系统对 COD的去除效果。但是,随着曝气时间的 延长, 投加 PAC的活性污泥系统中 COD的去除率 增长趋势变缓。这是因为在反应前期污染物质被投 加的 PAC吸附去除, 随着活性污泥与 PAC的不断 接触, 最终吸附在 PAC上的污染物逐渐被解吸出 来,使得混合液中污染物浓度下降趋势变缓。 不同的 PAC投加量对最终的 COD去除效率有 一定影响。由图 6可知,虽然随着 PAC投加量的增 加, PACT工艺对 COD的最终处理效率会提高,但是 提高速率下降,同时成本会增加,因此从处理效率和 经济性方 面考虑, 选择最适 PAC 投 加量为 500mg /L。 819 环 境 工 程 学 报 第 4卷 图 6� PAC投加量对出水 COD浓度的影响 F ig�6� E ffect o f PAC dosages on outflow COD concentra tions 2�3� 水力停留时间对 PACT工艺处理效果的影响 考察不同水力停留时间 (HRT)对 PACT工艺的 影响。实验结果见表 2。 表 2� 水力停留时间对出水 COD和 AM的影响 Tab le 2� Effect ofHRT on ou tf low COD and AM HRT ( h ) COD去除率 (% ) AM去除率 (% ) 10 80 85 15 80. 5 85. 6 20 80. 8 85. 7 25 81 86. 1 30 81. 1 86. 2 从表 2可以看出, COD和 AM的去除率仅随水 力停留时间的增加而略有上升, 这反映了 PACT反 应器具有良好的抗冲击负荷能力。在水利停留时间 为 10 h时, COD去除率为 80% , AM去除率为 85% , 说明污泥的活性较好、降解能力较强。综上所述,从 污染物降解和经济性方面考虑, 水利停留时间以 10 h为宜。 2�4� PACT工艺降解 PAM生产废水的实验效果 在反应器中, PAC投加量为 500 mg /L,曝气时 间为 10 h, 每隔 1 h测定水中的 COD、BOD5、AM、 pH,每隔 20 m in测定水中的 DO。实验结果见图 7 ~图 9。 从图 7可以看出, COD、BOD5的降解趋势基本 相同。反应开始后的 6 h, COD、BOD5降解迅速。在 曝气时间达到 8 h时, COD、BOD5的降解动力趋近 于零。此时 COD从进水时的 1 100 mg /L下降到 210�9mg /L, 去除率为 80�8% ; BOD5从进水的 380 mg /L下降到 61�5mg /L,去除率为 83�8%。这一方 面反应了活性污泥的生物降解能力很强, 另一方面 说明污水中的难生物降解物质含量较高。 从图 8可知,在开始曝气的 2 h内 AM浓度变 化较少, 主要原因是混合液中存在一定浓度的 PAM,在微生物的降解过程中 PAM也得到一定程度 的降解, PAM 的高分子聚合链断裂, 生成了单体 AM, 使得 AM浓度下降趋势缓慢。在反应中期, AM 的降解十分剧烈,浓度快速降低。反应 10 h后, AM 图 9� DO变化图 F ig� 9� Change o f DO concen tra tions 820 第 4期 周晓霞等 : PACT工艺处理 PAM 生产废水的实验研究 的浓度从进水的 600mg /L下降到 95 mg /L, 去除率 为 84. 2% ,这主要是由于活性炭的吸附作用提供给 了微生物足够的氧气,使得微生物的活性得以加强, 从而使 AM浓度不断降低。 图 9中 DO变化曲线和图 7中 COD、BOD5变化 曲线有所不同。在图 9中当 DO在反应开始的 80 m in内快速下降时,图 7中 COD、BOD5浓度缓慢降 低,而 2 h后 COD、BOD5快速降低阶段, DO却是逐 渐增大。这主要是因为 PAC对 DO的吸附解吸以 及反应前期微生物对 PAM的降解。在图 3中前 80 m in内, PAC对 DO的吸附作用强烈, 使水中的 DO 快速下降。而从图 8可知, 在反应的前 2 h内, 微生 物主要降解 PAM, PAM聚合体分解成单体 AM, AM 浓度几乎不变,故在这一过程中 COD、BOD5浓度下 降缓慢; 2 h后, AM降解反应加剧, 水中 COD、BOD5 也随之快速下降。此时,水中 DO浓度较低, PAC吸 附的 DO开始解吸释放出来, 在充分曝气供氧的情 况下, 水中 DO浓度逐渐增大。如图 9所示, 在反应 过程中, DO浓度最低为 5. 28mg /L, DO浓度最高为 6. 85mg /L。DO浓度趋于稳定的时间在 500 m in左 右,与图 7、图 8所反映的稳定时间基本一致。 3� 结 � 论 ( 1) PAC的投加能改善活性污泥系统的性能。 PAC可吸附水中 DO,当 PAC投加量为 1 g /L时,每 g PAC可吸附 1. 2 ~ 2. 4 mg DO; PAC可改善污泥 沉降性能,当 PAC投加浓度为 450 mg /L时, SV I从 初始的 157mL /g降至 107 mL /g; PAC可增强活性 污泥系统对有机物的去除效率,粉末活性炭 ( PAC )、 活性污泥 (AS )和粉末活性炭 �活性污泥 ( PAC�AS) 混合系统三者的一级反应动力学常数 K分别为 0�0009、0. 002和 0. 0027(以 e为底, 单位为 d- 1 ) , ( PAC + AS )系统对有机物的去除优于单独的 ( PAC)和 (AS)系统。 ( 2) PACT工艺对 PAM生产废水的处理效果良 好。在反应器中主要工艺参数指标: 污泥负荷为 0�3 kg BOD5 / ( kg MLSS∀ d)、供气量为 13�9 L / m in、污泥浓度为 2�5 g /L、进水流量为 20 L /d、温度 为 20~ 30 # 、PAC投加量为 500mg /L、曝气时间为 10 h的条件下, COD的去除率为 80�8%, BOD5去除 率为 83�8% ,丙烯酰胺 (AM )去除率为 84�2%。 参 考 文 献 [ 1] 方道斌, 郭睿威,哈润华, 等. 丙烯酰胺聚合物. 北京: 化 学工业出版社, 2006 [ 2] 王艳辉. PAM市场诱惑: 肥水岂流外人田. 石油石化物 资采购, 2008, ( 5) : 52~ 53 [ 3] 李署, 孙亚兵,冯景伟, 等. 天然 Na基膨润土吸附处理 高浓度 PAM废水的研究. 环境工程学报, 2007, 1( 7): 47~ 50 [ 4] 李大鹏, 樊庆锌,周定, 等. 高浓度 H PAM油田污水模拟 水样混凝处理方法的试验研究 .环境化学, 1997, 16( 6): 560~ 565 [ 5 ] 包木太, 陈庆国, 王娜, 等. 油田污水中聚丙烯酰胺 ( HPAM )的降解机理研究. 高分子通报, 2008, ( 2): 1~ 9 [ 6] 韩昌福, 郑爱芳, 李大平, 等. 聚丙烯酰胺生物降解研 究. 环境科学, 2006, 27( 1): 151~ 53 [ 7] Kunich ika N. , Shinich i K. Iso lation o f po lycry lam ide�de� grading bacteria. J. F erm ent. B ioeng. , 1995, 80( 4): 418 ~ 420 [ 8] Kay�Shoem ake J. L. , W atwoodM. E. , L en tz R. D. , et al. Po ly ac ry lam ide as an o rganic n itrogen source fo r so il m icroorg an ism s w ith potential effec ts on inorgan ic so il n itro� gen in ag ricu ltu ra l so i.l J. So il B io .l B iochem. , 1998, 30 ( 8 /9): 1045~ 1052 [ 9] Len tz R. D. , Sojka R. E. , Foerster J. A. Estim ating polyacry lam ide concentration in irr igation w ater. J. Env i� ron. Qua .l , 1996, 25( 5): 1015~ 1024 [ 10] 陈玲芳,王向东, 谢嘉. 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