表面活性剂废水处理技术
表面活性剂废水的处理既要去除废水中的大量表面活性剂, 同时也要考虑降低废水的COD 和 BOD 等。不同类型的表面活性剂废水要采用不同的处理方法,目前国内外对于表面活性剂废水主要有以下几种处理技术:
1 泡沫分离法
泡沫法是发展比较早、并己经有了初步应用的一种物理方法,是在含有表面活性剂的废水中通入空气而产生大量气泡,使废水中的表面活性剂吸附于气泡表面而形成泡沫,泡沫上浮升至水面富集形成泡沫层,除去泡沫层即可使废水得到净化。研究表明,用微孔管布气,气水比6 ∶1～9 ∶1 ,停留时间 30～40 min ,泡沫层厚度0. 3～0. 4 m ,此时泡沫分离对废水中LAS 的去除率可达90 %以上。宋沁 表明当进水LAS 低于70 mg ·L - 1 时,经处理后的出水LAS < 5 mg ·L - 1 ,LAS 平均去除率> 90 %。韦帮森采用泡沫分离技术在10 d 连续运行中,进水COD 平均浓度783. 14 mg ·L - 1 ,出水COD 平均浓度为49. 02 mg ·L - 1 , COD 平均去除率为 9315 %,出水做鼓泡试验无泡沫产生,说明表面活性剂浓度小于10 mg ·L - 1 ,处理效果好。泡沫分离法尤其是适用于较低浓度情况下的分离。但泡沫分离法对表面活性剂废水的COD 去除率不高,需要与其他方法联合使用。
2 吸附法
吸附法是利用吸附剂的多孔性和大的比表面积,将废水中的污染物吸附在表面从而达到分离目的。常用的吸附剂有活性炭、吸附树脂、硅藻土、高岭土等。常温下对表面活性剂废水用活性炭法处理效果较好,活性炭对LAS 的吸附容量可达到55. 8 mg ·g - 1 ,活性炭吸附符合Freundlich 公式 。但活性炭再生能耗大,且再生后吸附能力亦有不同程度的降低,因而限制了其应用。天然的粘土矿物类吸附剂货源充足、价廉,应用较多,为了提高吸附容量和吸附速率,对这类吸附剂研究的重点在于吸附性能、加工条件的改善和表面改性等方面 。吸附法优点是速度快、稳定性好、设备占地小,主要缺点是投资较高、吸附剂再生困难、预处理要求较高。
3 混凝法
混凝反应不仅能去除废水中胶体颗粒和吸附在胶体表面上的表面活性剂,还能与溶解在水相中的表面活性剂形成难溶性的沉淀。常用于表面活性剂废水处理的混凝剂有铁盐、铝盐及其聚合物和各种有机混凝剂。丁娟研究了三氯化铁、硫酸铝、聚合氯化铝对表面活性剂废水的混凝效果,指出聚合氯化铝为处理表面活性剂废水循环利用的最佳混凝剂。混凝法虽然处理成本低、工艺成熟,但其占地面积大、药剂用量大,并产生大量废渣与污泥,要常与其它的处理方法联合使用才能达到完全去除的目的,一般作为处理高浓度表面活性剂废水的预处理。宋爽利用混凝法预处理了洗涤剂生产废水中大量的SS、油脂类物质及表面活性剂,具有较好的效果,对保证后续处理达标有重要作用。
4 膜分离法
膜分离法指利用膜的高渗透选择性来分离溶液中的溶剂和溶质。常应用膜分离技术有反渗透、超滤、微滤、电渗析和纳滤,其中超滤膜和纳滤膜对表面活性剂废水有很好的处理效果。膜分离法效率高、能耗小,但膜易污染,清洗困难,操作费用高。王锦利用聚丙烯、聚丙烯腈和聚砜3 种不同材质超滤膜处理洗涤污水,发现聚丙烯腈膜较优,能有效去除了水中浊度、悬浮物、油脂等污染物,一定程度保留了游离阴离子表面活性剂,长期循环洗涤对衣物的白度无不良影响。薛罡令洗浴废水经微絮凝纤维过滤- 超滤组合工艺处理后,使原水中超标的COD、浊度、LAS 得到有效降低,而且工艺流程简单、占地面积小、运行操作简易,实现了洗浴废水的简易物化处理法。膜分离的关键是寻找高效高渗透膜和提高处理量,并解决好膜污染问题。近年来膜生物反应器污水处理技术发展较快,它是将膜分离技术中的膜组件与污水生物处理工程中的生物反应器相互结合的新型技术,目前对LAS 废水的处理正处在小试阶段。这种技术综合了膜分离和生物处理技术的优点,在废水回用方面是极具有发展前景的处理技术。
5 催化氧化法
催化氧化法是对传统化学氧化法的改进与强化。常用的Fenton 处理法就是催化氧化法的一种, 属均相氧化法,处理时,如果铁盐浓度较高,则LAS 的去除主要靠絮凝作用;浓度低时,则主要靠氧化作用而去除。近年出现了多相催化氧化法和光催化氧化法。王效成等用多相催化氧化法处理COD 为 840 mg ·L - 1 、LAS 为360 mg ·L - 1的废水,处理后 COD 去除率为84. 8 %,LAS 去除率为88. 3 % ,去除率随反应温度升高而降低,p H 的变化对去除率没有影响。光催化氧化法是在光与催化剂的作用下, 利用反应过程中产生的HO ·等自由基离子来氧化分解表面活性剂的。单建国以TiO2 / GAC 作光催化剂,用太阳光作光源对洗涤剂模拟废水进行光催化降解。结果表明,1 g TiO2 / GAC 可将120 mg 左右、起始质量浓度为150 mg ·L - 1 的LAS 降至 20 mg ·L - 1 。光催化降解速率与表面活性剂的分子结构、离子电荷、吸附性能有很大关系。研究发现,表面活性剂分子中芳环部分比烷基链或烷氧基更易受到·OH、·OOH 的攻击而实现断链降解, 芳香族衍生物比脂肪族衍生物易于光催化降解,在相同条件下光催化降解速率一般为阴离子型> 非离子型> 阳离子型。Hidaka等利用人工光源研究了LAS 和BDDAC 在TiO2 表面上的催化降解, 发现阴离子表面活性剂比阳离子表面活性剂降解快,芳环部分比烷基部分降解快。
6 生物法
生物法降解表面活性剂是目前研究得最多的一种方法,而且已经被一些污水处理厂采用。该法可以粗略地分为活性污泥法、厌氧消化法和利用土壤的自净作用的方法,他们均是利用微生物可以将表面活性剂作为唯一碳源加以利用的特性来完成对表面活性剂的降解。研究发现假单胞菌的许多菌属, 包括沟槽假单胞菌属、孔雀尾假单胞菌属、德阿昆哈假单胞菌属、膜状假单胞菌属、小田假单胞菌属、克罗斯韦假单胞菌属等和克雷伯氏菌属、无色细菌属、黄杆菌属、微球菌属等都可以降解表面活性剂,但对于高浓度的表面活性剂废水,这些细菌的降解活性会受到一定程度的限制。
好氧生物处理法用的最普遍的是活性污泥法。于晓彩以SBR 法处理含阴离子表面活性剂废水, 当废水中LAS 含量为100 mg ·L - 1 时,曝气时间为 4. 5 h ,沉降时间为4 h ,闲置时间为5 h ,其对废水中 LAS 去除率可以达到96 %。Beltran利用活性污泥法对表面活性剂废水进行了处理,得出表面活性剂和生活废水中LAS 的降解反应是一级,且其反应动力学常数分别是1. 28 h- 1 和1. 15 h- 1 。李洁报道了采用三相流化床生物接触氧化活性污泥法处理洗涤剂废水, 使COD 去除率达67 %, LAS 去除率达 8719 %,出水水质达污水综合排放标准一级标准。
厌氧消化法处理废水可以避免产生大量的泡沫, 但表面活性剂会对厌氧处理过程产生一定程度的抑制。生物氧化法可直接处理偏碱性的表面活性剂废水,处理时辅助其他处理技术可以得到更好效果。 Moreno采用氧化塘法处理对表面活性剂废水, BOD 去除率接近90 %,LAS 去除率高于97 %。张建民研究了厌氧- 好氧方法处理表面活性剂废水, 结果表明:在常温常压下,当进水COD = 500～1 000 mg ·L - 1 , HRT = 48 h 时,厌氧段COD 去除率达 50 %左右,而系统总去除率可达80 %～90 %。
土地处理法就是利用土壤中细菌、真菌和放线菌等微生物的降解、转化和生物固化作用,土壤的有机、无机胶体及其复合体的吸收、络合和沉淀作用来吸收分解废水中的污染物。肖邦定研究了人工湿地处理系统对NIS 和COD 的去除率,表明垄沟渗滤型处理系统和漫灌渗滤型处理系统对NIS 去除率分别为 99. 2 %和98. 9 %, COD 去除率分别为7110 %和 6918 %。张金炳提出了采用人工砂和天然砂作为渗滤介质建立复合系统的试验方案,并以洗浴污水为研究对象进行了5 个月的室内试验研究。结果表明, 复合系统具有较高的水力负荷和较好的去污效果,其对COD、BOD、SS 和阴离子洗涤剂的平均去除率分别为86. 25 %、86. 75 %、98. 95 %和90186 %;处理出水中 COD、BOD、SS 和阴离子洗涤剂的平均浓度分别为 17. 30、5. 84、0. 3 和0. 18 mg ·L - 1 。
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