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海产品加工高磷废水处理混凝剂辅助化学沉淀法

作者:洛哈斯水处理 时间:2024-01-16 18:21:25 点击:

近年来,随着经济的快速发展及人们生活水平的提高,海产品走入千家万户,随之而来的是海产品加工行业污水排放量逐年增加。以湛江某水产加工公司为例,2018年海产品加工废水排放量为500t/d。海产品加工废水主要是指鱼、虾等剖杀清理废水、蒸煮废水、泡药废水及工作台面和地面的清洗废水等。此外,海产品加工时往往需要添加部分磷酸盐保水剂或无磷保水剂。

在我国,大多数污水处理厂使用生物除磷法和化学除磷法。生物除磷的基本原理可分为两类:第一类是利用聚磷菌厌氧释磷、好氧吸磷,最后排泥除磷;第二类是利用反硝化聚磷菌,在厌氧阶段与聚磷菌一致,在缺氧阶段通过反硝化聚磷菌从废水中摄取磷,最后排泥除磷。化学混凝沉淀法可分为两类:第一类是流化床(或固定床),以消石灰调节pH值并提高钙离子浓度,让废水流经填有晶种的反应器,在表面生成羟基磷酸钙结晶析出;第二类是将可溶性钙盐、铁盐等配制成溶液,加入废水中,钙盐和铁盐等会与水中的正磷酸盐形成磷酸盐沉淀,形成的低聚物具有吸附作用,它可以通过架桥作用、表面静电等对磷的化合物进行吸附,最终通过泥水分离达到除磷目的。生物法主要缺点是只适用于低浓度的磷,化学法尽管适用范围大,但存在高浓度除磷产生的污泥量大的问题。

常用的化学絮凝除磷药剂有:无机―无机复合高分子絮凝剂,如硫酸铝、硫酸亚铁、硫酸铁、聚合氯化铝(PAC)和聚合硫酸铁(PFS)等;无机―有机复合高分子絮凝剂,如淀粉、甲壳素、壳聚糖、PAM等;微生物复合絮凝剂。

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1为加药量及产泥量测算结果(以500t/d为例)。只加熟石灰吨水费处理用最低,产泥量最高;投加FeCl3的吨水处理费用适中,产泥量最少;投加PAC的加药量最少,吨水处理费用最高。在工程中往往需要综合考虑运营费用及运行情况,因此,本研究在添加500g/m3PAC50g/m3PAM药剂的基础上,采用辅助的混合絮凝剂对海产品加工业产生的废水进行化学除磷,以寻求最佳的用药量,从而更合理地开展工程设计。

1、材料与方法

1.1 实验药品

调节pH值药剂:3.6%盐酸;质量分数为10%NaOH

实验药剂:质量分数为10%Ca(OH)2;质量分数为10%PAC;质量分数为1‰的PAM

1.2 实验用水

本次实验用水取自湛江某水产公司加工车间的尾水,该加工车间在海产品加工过程中加入保水剂,以提高鱼肉蛋白的持水性、改善质构特性并延缓蛋白质变性等。保水剂主要成分为三聚磷酸盐,后期需要经厌氧处理或调酸,使偏磷酸盐转化为正磷酸盐。本次实验原水的各项指标见表2

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1.3 实验设计

本次实验的思路是先调节pH值,再加不同配比的PACPAM,以确认最优的配比。

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1pH值由左至右分别为4.354.855.909.2010.0011.0011.85,由图1可以直观看出pH值为4.354.85的废水上层形成了粉色的絮凝状物质,废水分层明显,生成物质主要为蛋白质。pH值为11.0011.85时可以看出,杯下有橙红色沉淀物,pH值为11.85时已出现明显分层。由此可见,调节该类废水pH值可以改变废水成分。因此,分别取pH值为4.354.85两杯中的较为澄清的部分;取pH值为5.909.2010.00烧杯中任一部分;取pH值为11.0011.85两杯中的上清液然后用滤纸过滤,测定PO43-浓度。

实验步骤为:为了分别探索表1中每种药剂的最佳用量,共设置5组实验和1组空白。

1)取6个烧杯分别装200mL水样,采用20%盐酸调节pH值为4.30

2)采用10%(质量分数)NaOH分别调节废水pH值为9.00

3)取下部分较清澈的水样100mL5个。

45个水样依次加入10mL20mL30mL40mL50mL10%(质量分数)的熟石灰溶液,空白对照组不加熟石灰溶液。然后搅拌1min,静置5min,加入1mL10%(质量分数)的PAC,快速搅拌(180r/min1min,静置5min,加入1mL1‰(质量分数)的PAM,慢速搅拌(80r/min1min,静置20min

5)分别取上清液和原水测定pH值和TPCOD、磷酸根的浓度。

1.4 实验分析方法

实验中的水质检测项目与分析方法见表3

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2、结果与讨论

2.1 调节pH值对磷酸根的处理效果

由于本研究废水为海产品加工过程浸泡海产品后产生的废水,含磷成分主要以焦磷酸盐、三聚磷酸盐、六偏磷酸盐为主,需将其转化为正磷酸盐才能与絮凝剂结合形成沉淀物。反应式如下:

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原水中的磷酸盐浓度为608mg/LpH值为6.93。图2为原水调节不同pH值后磷酸盐浓度的变化情况及去除率。由图2可知,调酸或调碱都会造成废水中的磷酸盐有不同程度的增加。pH>8时,磷酸盐浓度基本保持浓度不变;pH值≤5时,磷酸盐快速增多,在pH值为4.35时磷酸盐浓度最高。

对六偏磷酸盐的水解反应可用下列反应式表示:

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③式可知,调碱可以促进水解反应。但根据预处理实验,pH>8时,只产生部分絮状物,无明显分层现象且磷酸盐无明显增多,但调酸后会出现明显分层且磷酸盐迅速增多。

在实际工程中需考虑实际运用情况及运行成本,因此本研究确定调节pH值为4.30时,能最大化地将偏磷酸盐转换为正磷酸盐且调酸成本较低。

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2.2 加入不同量的混凝剂对磷酸盐及总磷的去除效果

采用石灰除磷时,会生成Ca5(PO4)3OH沉淀,其溶解度与pH值有关,所需石灰量取决于污水的碱度,而不是含磷量。因此,在加入混凝剂前需要调节pH值为9.0

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3为加入不同体积的熟石灰后再加入常规1mL10%(质量分数)PAC1mL1‰(质量分数)PAM药剂的磷酸盐浓度变化情况及去除率。由图3可知,熟石灰加药量≥40mL(即20g/L)时,磷酸盐去除率可达100%,药剂量再继续增加,磷酸盐去除率不变。因此可以认为20g/L的熟石灰加药量对磷酸盐的去除效果最佳。

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4为加入不同体积的熟石灰后再加入常规1mL10%(质量分数)PAC1mL1‰(质量分数)PAM药剂的总磷浓度变化情况及去除率。由图4可知,总磷浓度随熟石灰的加药量增加而快速降低,熟石灰加药量≥40mL(即20g/L)时,去除率可达100%,药剂量再继续增加,总磷去除率不变。该结论与磷酸盐结论一致。由于经过调酸后大部分的偏磷酸盐均转化为正磷酸盐,磷酸盐能与熟石灰中的Ca2+结合形成磷酸钙及其他磷酸盐沉淀。

2.3 加入不同体积的混凝剂对COD的去除效果

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5为加入不同体积的熟石灰溶液后再加入常规1mL10%(质量分数)PAC1mL1‰(质量分数)PAM药剂的COD浓度变化情况及去除率。由图5可知,COD浓度随熟石灰的增加而快速降低,加药量≥30mL(即6g/L)时,去除率可达100%,再继续增加熟石灰溶液,COD去除率不变。

3、结语

调节海产品高浓废水pH值,有助于提高废水中的磷酸根浓度,特别是当pH值为4.35时,废水中磷酸根浓度最高;添加40mL10%(质量分数)熟石灰(即20g/L)以及0.5g/LPAC0.05g/LPAM可达到经济高效除磷的效果。(来源:深圳市慧创源环保科技有限公司,广东省环境保护工程设计院有限公司,深圳市新城市规划建筑设计股份有限公司,桂林理工大学)

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