【新闻】05立方米时地埋式生活污水处理设施摇臂钻

0.5立方米/时地埋式生活污水处理设施

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材料　　1.1.1 pH调节剂配制　　pH调节剂为50%(质量分数)的NaOH溶液，所用的NaOH试剂(天津市风船化学试剂科技有限公司)为分析纯。　　1.1.2 实验废水　　实验废水取自天津市某车业有限公司，该厂年产 5万套电动自行车零配件，每天产生废水50 m3左右。实验废水为自行车毛坯件的涂装工序(酸洗、磷化和电泳)产生的涂装废水。废水原水水质和所需达到的排放标准如表1所示，排放标准执行 《污水排入城镇下水道水质标准》 (GB/T 31962-2015 )B级标准;废水原水中主要的有机物种类如图1所示。　　1.2 方法　　.2.1 涂装废水的pH调节　　在5个1 L烧杯中分别放置玻璃转子，放置在磁力搅拌器上进行搅拌，搅拌的速率为100 r·min?1。实验时分别向烧杯内逐渐投加pH调节剂，并测定pH，直到5个烧杯中的pH分别稳定在4、6、8、10、12。将调节好pH的烧杯静置2 h后，分别取其上清液和底部沉淀物放入取样瓶中，待用。　　1.2.2 涂装废水的污染物指标测定　　取原水和pH等于4、6、8、10、12的涂装废水上清液测定COD、总磷、总锌、总铁等指标。考虑到涂装废水中悬浮固体较少，若采用SS作为评价指标，可能会导致较大实验误差。因此在本研究中采用浊度作为评价指标来表示废水中悬浮固体的含量。　　量取50 mL上清液经漏斗加入到200 mL圆底烧瓶中，加入合适的磁子，在蒸馏烧瓶瓶口塞上带有温度计的塞子;开启冷凝水后，慢慢升温，使蒸馏速度以每秒流下1～2滴液滴为宜;当温度再升高到150 ℃时，反应瓶内物质变为黑色，不再有液体滴下;分馏出的液体加入无水Na2SO4，放入冰箱静置过夜;静置后的液体分3层，上层为油相，中层为冰晶层，下层Na2SO4颗粒;50 ℃水浴加热，冰晶层消失，取5 mL油层再次加入无水Na2SO4;静置过夜，再取上层样品进行GC-MS分析。　　1.2.3 涂装废水的絮体特性测定

取涂装废水搅拌完成后(如1.2.1所述)的混合液测定Zeta电位、絮体粒度分布。将搅拌结束后(如1.2.1所述)的絮体取出，滴一滴到平整的载玻片上，置于样品架上，通过调节分辨率对絮体的形貌进行清晰地观测。取pH等于4、6、8、10、12的涂装废水和底部沉淀产物放入离心管中，离心10 min，倒掉上清液，取出底部的沉淀产物进行冷冻干燥，直到完全干燥为止，研磨至其粒度<0. 3 mm，用于X-射线衍射分析。　　1.3 分析测试方法　　COD、总磷、氨氮、亚硝态氮、硝态氮和总锌等均采用国家标准方法[7]测定。其中COD采用重铬酸钾法测定;总磷采用过硫酸钾消解法测定;氨氮采用纳氏试剂分光光度法测定，亚硝态氮采用N-(1-奈基)-乙二胺光度法测定，硝态氮采用紫外分光光度法(TU-1901;PERSEE，中国)测定;氯化物、硫酸盐采用离子色谱法(ICS1100;戴安，美国)测定;总镉、总锰、总镍、总铜、总铬、总铅采用电感耦合等离子体质谱法(iCAP RQ;Thermo Fisher，德国)测定;总铁采用邻菲啰啉分光光度法测定;总钙、总镁、总锌采用火焰原子吸收法(SensAA;GBC，澳大利亚)测定。pH采用数字化手持便携分析仪(ODEON;PONSEL，法国)测定，浊度采用数字化手持便携浊度仪(2100Q;HACH，美国)测定。有机物种类采用气相色谱-质谱联用仪(ExactiveTM GC OrbitrapTM GC-;Thermo Fisher，德国)测定。Zeta电位采用Zeta电位分析仪(nano zs;马尔文，英国)测定，絮体粒度分布采用激光粒度计数仪(Versacount;IBR，美国)测定，絮体的形貌采用显微数码摄像(IX71;Olympus，日本)测定，X-射线衍射采用MiniFlex600(日本Rigaku)测定。测试参数：波长0.154 mm (Cu/K-alpha1)，管压40 kV，管流200 mA，2θ扫描范围在10°～80°之间，扫描速度为4(°) · min?1。　　2 结果与讨论　　2.1 不同pH对涂装废水中总磷浓度、COD、浊度、氨氮的影响及机理分析　　涂装废水中的总磷浓度、COD随pH的变化情况如图2所示。当pH从2.18增大到8时，随着pH的升高，涂装废水中的总磷浓度迅速下降，在pH为8时总磷的去除率达到最高值98.89%，当pH继续升高时，总磷浓度不降反升，当pH为10和12时，总磷去除率分别降低到67.27%和20.49%。　　涂装废水中总磷的去除主要依赖于金属离子和PO43?、HPO42?之间的亲和力。在pH从2.18增加到8时，随着pH的增大，PO43?、HPO42?在溶解性无机磷中占的比重增大，PO43?、HPO42?和钙、铁、镁、锌结合形成的沉淀增多，故磷的去除率增高;当pH从8增加到12时，废水中的金属离子和HPO42?、PO43?及OH?发生反应，形成沉淀，当pH增高，OH?浓度增大，金属离子与OH?的结合率增高，导致HPO42?、PO43?与金属离子结合机会减小，故当pH为10～12时，磷的去除率降低。　　涂装废水中COD值随pH的变化趋势和总磷浓度随pH的变化趋势相同。在pH=8时，COD的去除率达到最高，为30.05%，当pH为10和12时，COD去除率分别降低到17.31%和16.15%。　　涂装废水中COD的去除是几种机制(如形成不溶性金属络合物，氢氧化物絮体的吸附作用，电性中和和卷扫网捕)共同作用的结果，不同pH条件下不同机制作用程度不同。在pH低于8时，有机物的去除主要是由于涂装废水中的含氨基和羧基有机分子(如5-氨基颉草酸、二氯乙酸等)与金属阳离子(如铬离子、铅离子、锌离子等)相互作用形成不溶性金属络合物[，氨基和羧基与金属离子的作用机理如图3所示　　在pH高于8时，有机物的去除主要是氢氧化物絮体对有机物的吸附作用、电性中和作用和卷扫网捕作用共同影响的结果。不同的pH下，Fe3+与OH?结合可以形成Fe(OH)2+、Fe(OH)2+、Fe(OH)3，上述3种物质可以通过电性中和和卷扫网捕作用去除废水中的有机物，具体的作用过程如图4所示。在pH=8时，COD的去除率最高，这可能是由于这几种机制共同作用，效果达到最佳。对于Fe(OH)2+、Fe(OH)2+、Fe(OH)3等的电性中和和卷扫网捕作用，SHEN等对不同条件下Fe(III)中Fe3+、Fe(OH)2+、Fe(OH)2+、Fe(OH)3所占的比例进行研究，结果表明，pH为2.18时，废水中Fe3+和Fe(OH)2+是Fe(III)的主要成分，pH为4时，废水中Fe(OH)2+和Fe(OH)2+是Fe(III)的主要成分，pH为6～8时，废水中Fe(OH)2+和Fe(OH)3是Fe(III)的主要成分，pH在10～12时，废水中Fe(OH)3是Fe(III)的主要成分。当涂装废水pH在2.18～8时，涂装废水中Fe(OH)2+、Fe(OH)2+和Fe(OH)3可以通过电性中和和卷扫网捕作用去除废水中的有机物，少部分有机物也可以吸附在已经形成的金属氢氧化物表面，导致对COD的去除效果增强，pH从10到12，废水中Fe(OH)2+、Fe(OH)2+含量减少，电性中和作用减弱，即pH在2.18～8时，COD的去除率增大，pH在8～12时，COD的去除率降低。通过对各工艺段有机物处理效果和有机物组分分析发现，生物吸附段、多级A/O段、活性焦滤池段对有机物的平均去除率分别为55%、26%、14%，吸附段能快速去除粒径较大的不溶性颗粒有机物;多级A/O段利用大部分溶解性有机物进行脱氮除磷，对SCOD去除率为55%，但出水中仍含有部分难生物降解物质;活性焦滤池可以利用活性焦丰富的中孔结构有效吸附去除多级AO出水中难生物降解的芳香类及环烷类有机物，能控制组合工艺出水COD在较低水平，保证受纳水体的安全。　　涂装废水是在汽车、自行车、钢铁配件等涂装生产过程中排放的废水，主要来源于酸洗、脱脂、表调、磷化、电泳、喷涂等工序。据统计，我国每年自行车喷涂工艺产生的废水大约为35亿 t，每年汽车喷涂工艺产生的废水大约为80亿 t。涂装废水水质复杂，COD含量高(一般为1 200～2 000 mg·L?1)，可生化性差(BOD5/COD<0.3)，且酸性强(pH=1.5～3.0)，含有大量铁、镍、锰、锌、Cl?、SO42?等多种无机污染物，如锌离子浓度为250～300 mg·L?1，为了满足后续生化处理对进水水质的需求和日益严格的排放标准，涂装废水通常采用中和沉淀法进行处理。　　在中和沉淀法处理涂装废水的研究中，所用工艺药剂主要有NaOH、Ca(OH)2和Na2CO3，主要原理是根据不同种金属微溶化合物的溶度积，通过pH调节，使铜、铝、锌和铁产生氢氧化物沉淀去除或回收。研究表明，中和沉淀法对涂装废水中金属离子的去除与工艺药剂的种类密切相关，如工艺药剂为NaOH时，去除85%铁时所需pH为6.5，工艺药剂为Ca(OH)2和Na2CO3时，去除85%铁时所需pH为7.5。同种工艺药剂去除不同种类金属离子所需的pH也不同，工艺药剂为Na2CO3时，铝在pH为6.0左右去除率达到90%;锰在pH为9.0左右去除率达到90%。目前中和沉淀法处理涂装废水研究多侧重于宏观水质指标分析，在微观去除机理方面还有待深入研究。而微观去除机理分析可以进一步加深对该技术的理解，进而推动该技术的进步。因此，在中和沉淀法处理涂装废水时，研究pH对涂装废水中污染物去除效果的影响并进行相关机理分析具有重要意义。

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