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【养殖污水处理】均匀设计法处理含硫废水的研究

发布时间:2018-10-12 点击数:13

【养殖污水处理】均匀设计法处理含硫废水的研究

对钠盐型和铵盐型含硫工业废水进行脱硫处理,采用均匀设计法设计试验,得到定量描述试验内在规律的多元非线性回归方程。用该回归方程计算的预测值与试验结果一致。对影响脱硫效果和脱硫效率的影响因素———絮凝剂投加量、pH以及废水含硫量进行了考察。利用回归方程,对反应体系进行了模拟优化处理。研究表明,在试验条件下,用聚合氯化铝作为絮凝剂、pH=7的条件下,采用两段工艺,可以使脱硫后废水含硫量降至40mg/L以下,满足下游污水处理装置对含硫量的要求。

1 试验部分

1.1 废水来源

1#原水为制革废水,钠盐型,硫主要以Na2S的形式存在,pH=12。

2#原水为炼油废水,铵盐型,硫主要以NH4HS、(NH4)2S存在,pH=9。

1.2 试验仪器和试剂

PHB29901pH计;MY300026智能型混凝试验搅拌仪。

聚合氯化铝(PAC);硫化物测定相关试剂。

1.3 试验及分析方法

1.3.1 试验方法

500mL的原水置于1000mL烧杯中,加药后用六联同步自动升降搅拌机以300r/min快搅60s,然后以60r/min慢搅5min,静置1h后,取上清液,测定含硫量。


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1.3.2 分析方法

采用碘量法测定含硫量。

2 试验设计及结果讨论

2.1 试验设计

筛选了PAC作为脱硫絮凝剂,对其脱硫效果进行了较全面的研究。采用均匀设计法,对PAC投加量、原水pH和含硫量进行了考察。试验共选用3因素10水平。含硫量采用拟水平。选用均匀设计试验表为U10(102×5),D(均匀设计系数)为0.1878。

2.2 试验结果与讨论

2.2.1 脱硫试验条件与结果

试验条件与试验结果见表1。序号1~10为1#原水(X1),序号11~20为2#原水(X2),X3为pH。用脱硫量(ΔS)和脱硫率(Y)来表征脱硫效果,以单位PAC脱硫量(Z)来表征脱硫效率,计算公式见式(1)至式(3)。

ΔS=S0-Si      (1)

Y=ΔS/S0×100%  (2)

Z=ΔS/X4       (3)

式中:S0、Si分别为原水含硫量、脱硫后废水含硫量,mg/L;X4为PAC投加量,mg/L。

采用多元非线性回归对试验数据进行处理,得到多元非线性回归方程,见式(4)至式(6)。

ΔS=A10+A11X3+A12X4+A13S0+A14X23+A15X24(4)

Z=A20+A21X3+A22X4+A23S0+A24X32+A25X42(5)

lnY=A30+A31X3+A32X4+A33S0+A34X32+A35X42(6)

式中:Aij为回归系数,与原水性质有关;i为1~3自然数;j为1~5自然数。1#原水的多元非线性回归方程具体为式(7)至式(9)。

ΔS=-23.41+30.97X3+1.30X4+0.64S0-4.95X23-2.94×10-3X24(7)

Z=10.66-0.30X3-0.09X4+5.02×10-3S0+0.019X23+1.64×10-4X24(8)

lnY=3.41+0.23X3+1.76×10-3X4-3.22×10-4S0-0.03X23-3.73×10-6X24(9)

2#原水的多元非线性回归方程具体为式(10)至式(12)。

ΔS=-37.84+64.64X3+1.12X4+0.31S0-7.56X23-2.63×10-3X24(10)

Z=5.84+0.21X3-0.04X4+1.12×10-3S0-0.04X23+0.59×10-4X24(11)

lnY=4.06+0.50X3+4.98×10-3X4-1.21×10-3S0-0.05X23-1.17×10-5X24(12)

用回归方程式(7)至式(12)进行预测计算,并进行了验证试验,其结果见表2。预测值与试验结果基本一致,表明回归方程是可靠的。


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2.2.2 工艺参数对脱硫效果的影响

pH对脱硫量的影响见图1。从图1可见,pH对脱硫量有较大的影响,且存在最佳值。根据图1推测以及式(8)、式(9)、式(11)和式(2)的计算可知,不同的PAC投加量时,Y(Z)—pH曲线也是一组平行线。

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PAC投加量对脱硫效果和脱硫效率的影响见图2。PAC对脱硫量和脱硫率的影响是一致的,存在最佳值,但单位PAC脱硫量一直是在下降的。在试验条件下,当PAC投加量达到200mg/L时,脱硫量和脱硫率开始下降,单位PAC脱硫量稳定在一个较低的水平,说明过多增加PAC的投加量是不适宜的。这与有关研究结论相同。

原水含硫量对脱硫效果的影响见图3,脱硫量随着原水含硫量的增加而增加。不同的PAC投加量时,是一组平行线,不同的原水其增加的趋势不同,但脱硫率是降低的(见图4)。从图1、图3和图4可以看出,1#原水比较容易脱硫,2#原水脱硫难度大得多。两者的脱硫率相差10%~25%。


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根据式(7)至式(12)计算可知,pH为4时,脱硫量、脱硫率和单位PAC脱硫量最高。由于含硫废水的pH通常为碱性,要调整pH需要消耗大量的酸,增加运行成本和安全性等不利因素。含硫废水的pH为4~5时,对设备的腐蚀将带来严重的问题,且其再利用也有一系列困难,因此进水选用pH为7左右。

当原水含硫量较高(600mg/L)时,在pH为7的条件下,采用两段工艺调整PAC的投加量,结果见表3。由于脱硫效率的限制,脱硫后出水中含硫量为200mg/L,达不到下游装置进水对含硫量的要求,因此可以采用两段流程,将含硫量降至40mg/L以下,满足下游装置要求。

表3 两段工艺脱硫效果


【养殖污水处理】均匀设计法处理含硫废水的研究

结 论

试验中选用制革废水和炼油废水进行脱硫处理。在相同的工艺条件下,这两种原水脱硫性能差别很大。因此,必须针对原水的特性,合理优化工艺参数,才能获得最佳的脱硫效果。

(1)pH为4时脱硫率达到最大值;PAC投加量超过200mg/L后脱硫率不增加;随着原水含硫量增加,脱硫率一直降低。

(2)pH为4时,单位PAC脱硫量达到最高值;随着原水含硫量的增加,脱硫量和单位PAC脱硫量增加;由于原水含硫量和PAC投加量的不同,单位PAC脱硫量的最高值也不同;PAC投加量增加时,单位PAC脱硫量降低。说明增加PAC投加量,对提高单位PAC脱硫量是不利的。因此,需要根据其他参数选择最佳的PAC投加量,以降低运行成本。

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