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1、华中科技大学硕士学位论文 酿酒废水强化除磷技术研究 姓名：姜景萍 申请学位级别：硕士 专业：环境工程 指导教师：陆晓华20060428华中科技大学硕士学位论文摘要我国近几年来，氮、磷等污染物过量排放造成的水体富营养化问题日益突出， 它制约了我国社会经济的发展。因此，研究高效除磷的方法，减少磷污染，实现工业废水磷达标排放，对于我 国的水环境保护具有重要意义。本文以某酿酒厂废水为对象，进行了以下的研究： (1)对浚厂废水处理系统进行了分析：为了解磷酸盐在系统中的变化规律，对各点进行了为期一个月的磷酸盐浓度监测，随后进行了好氧池工艺调整除磷的尝试： (2)使用铝盐、铁盐及石灰等几种混凝剂对系统二沉池
2、进水进行了除磷的实验 室研究，结果表明在不调节原水pH值时，铁盐和铝盐的除磷效果比较好。当进水pH 约8O，Fecl3的浓度为45mg，L时，出水总磷能稳定小于O3mL，确保达到排放标准(1，m茎3n)，这 些铝的多核络合物往往具有较高的正电荷和比表面积，能迅速吸附水体中带负电荷 的杂质，中和胶体电荷、压缩双电层及降低胶体F电位，促进了胶体和悬浮物等快 速脱稳、凝聚和沉淀，表现出良好的除磷效果【33】。b铁盐除磷 铁盐除磷的过程为：铁盐溶于水中后，Fe一方面与磷酸根生成难溶盐，一方面通过溶解和吸水可发生强烈水解，并在水解的同时发生各种聚合反应，生成具有较 长线性结构的多核羟基络合物，如Fel2
3、(OH)342+等。这些含铁的羟基络合物能有效降 低或消除水体中胶体的电位，通过电中和，吸架桥，及絮体的卷扫作用使胶体凝 聚，再通过沉淀分离将磷去除。c石灰法除磷 石灰法除磷是通过将石灰与磷酸盐类物质反应，生成磷酸钙类物质沉淀而去除。在国外，石灰作为化学混凝法除磷中的絮凝剂也被广泛采用，但一般只用于二级出 水中，其污泥产量比采用其他絮凝剂时要多得多，而且还需配备汽提塔，污泥焚烧 回收必需的相应设备和生产、运行经验，不宜采用在现有污水厂改造上，但可以在 新建污水厂中进行一些有益的尝试。同时，按其运行方式根据絮凝剂投加点不同，化学沉淀法分为投入原水(前置沉 淀)、投入一级出水(协同沉淀)、投入二级
4、出水(后置沉淀)等三种【34】。 奄恒齿茵水图15前置沉淀法除磷流程图华中科技大学硕士学位论文进牺恒击弱毒水图16协同沉淀法除磷流程图图17后置沉淀法除磷流程图13222离子交换法 离子交换的原理已广泛地用于水的软化或脱盐，以及从工业废水中回收有用的副产品。近年来，离子交换也成功地应用于城市污水的脱氮、除磷。阳离子交换树 脂能用它的氢离子和污水中的氨根离子进行交换，阴离子交换树脂能用它的氢氧离 子与污水中的硝酸根、磷酸根离子进行交换。歉O科+l骱H4RHjp)4+H?()当树脂最终耗尽了它的全部交换能力时，可再生重用。离子交换能使废水净化 达到零排放的标准或全部循环使用。13223电解法 电解
5、法相对于其它的废水处理方法而苦，装置简单，控制容易，如今直流、交流电解处理废水技术已经工业化。电解法常采用铜、铝、铁等材料做电极，以去除污 水中的污浊物质。电解法去除污水中的磷效率高。曾有日本人实验使用碳、铝、铜或铁为电极， 必要时可以添加电解质氯化钠，在直流05A的条件下，电解家庭污水2h，使磷的去 除率高达995。还有人研究将电解法与生物法相结合，使用铝板做电极，通过循环 电解与不循环相比，可使磷的去除率提高约40。电解法的优点还在于同时去氮、华中科技大学硕士学位论文降低c0D和BOD5。 电解法的主要缺点是沉淀生成量及电极材料消耗量较大，运行费用较高。132r3物理法除磷13231膜技术
6、除磷 膜技术回收磷盐主要应用于特定的废水，可以回收有经济价值的纯净磷盐，如五氧化二磷、次亚磷酸盐等。膜分离技术相对于生物法的最大优势是能回收纯净的 磷盐，这是生物法所不擅长的。生物法与膜分离技术相比较，膜技术的劣势不仅在 于经济上，还在于技术上，生物技术可使生物体不断生长，膜技术则没有这种能力。 因此，无论是除磷还是回收磷，膜技术只适用于特定的磷化合物，特定的污水源， 这是膜技术除磷(回收磷)难以克服的应用上的障碍。因此，膜技术在大多数除磷的领 域，都要与生物法结合，以获得更高的经济效益。对此，水处理专家们将膜分离技术引入废水的生物处理系统中p”，丌发了一种 新型的水处理系统，即膜生物反应器(
7、MBR)。它是膜组件与生物反应器相组合的一 个生化反应系统。膜技术应用于废水生物处理，以膜组件(uF或MF)替代二沉池， 提高了泥水分离率。在此基础上又通过增大曝气池中活性污泥的浓度来提高反应速 率，同时通过降低FM的值减少污泥发生量(甚至为O)，从而基本解决了污水生物处 理3个自身无法解决的突出问题：活性污泥沉降性、生化反应速率和剩余污泥的处 置费用较高。13232吸附法除磷 吸附法除磷是利用吸附剂提供的大比表面积，通过磷在吸附剂表面的附着吸附、离子交换或表面沉淀过程，实现磷从废水中的分离，并进一步通过解吸处理可以回 收磷资源。吸附法除磷的关键在于寻找一种高效的吸附剂。目前所使用的吸附剂主
8、要有天然吸附剂和人工合成吸附剂(如活性氧化铝)口 。对于天然吸附剂，吸附作用主要依靠其巨大的比表面积，该类吸附以物理吸附 为主：天然吸附剂经改性后可明显提高其孔隙率及表面活性，从而提高吸附性能和 离子交换性能，其中化学吸附占主导地位。16华中科技大学硕士学位论文14污水除磷的最新研究动态随着实践运行过程中许多问题的出现，污水除磷技术经过相应的技术改进和创 新，如今已得到相当快的发展。1。41基于传统理论的生物除磷技术传统的生物除磷理论，即厌氧释磷和好氧吸磷理论。按照这一思想成功的发展 出了Ao、SBR等传统工艺，目前，在此基础上，又有了很大的发展与突破。如东 南大学37研究开发的五箱一体化活性
9、污泥工艺，它是一个智能化中小型脱氮除磷新 工艺，具有脱氮除磷效率高、占地面积小、自动化程度高、操作简便等优点。罗固 源等开发的螺旋升流式反应器；邹伟国等将活性污泥法与生物种新型脱氮除磷工艺： 双污泥脱氮除磷工艺：荷兰Delft技术大学利用短程反硝化原理开发的脱氮除磷新工 艺：SHARON工艺和SHARoNANAMMO联合工艺等【381。142化学除磷的新进展1421新型絮凝剂的开发应用 新型絮凝剂的发展趋势是由低分子到高分子，从单一型到复合型。复合型絮凝剂发展方向有：阴离子复合(如聚合硫酸铁中引入氯根)、阳离子复合(如PAc中引 入Fe3+)、多种离子复合、无机矿物复合、无机有机复合等。142
10、2化学法和生物法结合除磷 化学法与生物法的结合除磷是指将化学混凝剂投加到曝气池中进行生物、化学同时处理。这时由于微生物的作用，可同时去除有机物和磷。143物化除磷技术的发展 物化法由于其除磷效果好，运行操作稳定等特点，大多适用于处理流量不是很大的含磷废水；有研究发现，利用石灰或金属盐除磷会引起水中阴离子浓度增加、沉淀物中磷的释放等问题，而由于活性铝的良好吸附性能，特别适用于低浓度含磷 污水的处理；通过投加方解石直接与污水中的磷酸根形成磷酸钙沉淀也能达到很好华中科技大学硕士学位论文 的除磷效果，它适用于高浓度含磷污水的处理：由于煤灰含有较多的活性氧化铝和 氧化硅等，利用它的强吸附能力，也可以用于
11、高浓度含磷污水的处理，去除效率可达99以上。另外，物化除磷与生物除磷技术相结合也是当今污水处理的发展趋向， 对一些已建成的二级生物污水处理厂，在生物处理的基础上增加物化法，可大大提 高出水水质。144经济型除磷技术的发展随着能源危机的日益加剧，迫使我们不断追求经济、节能、高效的废水处理方 法，天然净化系统生物稳定塘、湿地系统以其诸多优点(低能耗、高净化率、出水 水质在很多方面优于活性污泥法出水甚至可以达到三级处理的水平、操作简易)取 得了世界各国的普遍重视近年来国内外的工程实践及研究证明。该类水生植物不仅 具有较高的生长率、能够快速分解和吸收水中的氮、磷等营养物质，而且可作为牛、 猪、鸭的营养
12、饲料，又可沤制绿肥，能带来可观的经济效益。145新型的组合除磷技术可以了解到，无论哪种单个除磷工艺，都有其不可避免局限性，于是，组合工 艺的研究成为了当今的热点，希望能够避多种单个工艺的缺点，而兼其优点。组合 除磷技术有着广泛的发展前景。如将生物处理工艺和先进的膜分离技术相结合构成 的膜生物反应器，表现出了良好的处理能力：目前，膜生物反应器已广泛应用于工 业废水、生活污水的除磷。还有将生物除磷技术与化学技术与结合，以及化学、物 理和生物相结合等。146除磷机理研究目前，对生物除磷的机理有了较深的了解，但还不是很明显，随着工程上的良 好应用以及在此过程中积累的较丰富的经验，我们很有必要深入开展基
13、础性和生产 性研究，使之尽快发展到工程性应用阶段。随着微生物学与生物化学的研究与进步， 以及对除磷机理更深入的了解，将有助于生物除磷工艺的优化与控制。加强对生物除磷机理的研究，尤其是对聚磷菌的生物特性及其分离培养的研究无疑是生物除磷华中科技大学硕士学位论文技术的主要发展方向之一。 对化学除磷的理论研究主要有两个方面，即对除磷作用机理的研究和对除磷药剂投加量进行理论计算的研究。并且为了深入研究化学除磷机理，并为化学除磷投 药量的理论计算提供基础，有学者已经提出了金属磷酸盐沉淀的化学模型【39】。15本文研究的目的及意义虽然氮、磷元素同为水中富营养物质，但是水体生物用氮作为营养物质的需求 量远远大
14、于用磷作为营养物质的需求量，也即水体氮的自净能力高于磷的自净能力， 这也是我国污水综合排放标准(GB8978-1996)中规定新、扩、改一级排放指标中， 污水氨氮为15ml，而总磷为05mgl的原因。酿酒行业，一般使用粮食作为酿酒原 材料，因此排水中总磷含量一般比较高。为满足污水处理后排放水总磷值小于 O，5m鲋，因此酿造企业在满足COD、sS等指标达标排放后，愈来愈关注污水除磷技 术的研究，寻找出既保证磷的达标排放，又满足经济，最节省的最优化方法。再者世界各国相继开展了污水再生及回用的研究，也即中水技术，通过在污水二 级处理末端附加三级处理或高级处理，使污水再生后合理地回用的方法。污水再生
15、利用离不开除磷脱氮技术。但三级除磷技术成本高，故一般在二级生物处理过程中， 采取一定的方法对磷加以控制，本文是以某酿酒厂废水处理系统为研究对象，在不改变原有污水处理系统基础 上，针对系统出水磷污染物不能稳定达标排放的问题进行的研究。研究首先对废水 系统进行了详细的分析及磷污染物在系统中的变化规律研究，然后有针对性的进行了化学强化除磷的实验室研究和在线投加实验。本文的研究结论，对酿酒行业现有污水处理系统除磷效果的改进，具有现实意义。 经过上述的实验研究，在不改变原有污水处理系统，增加化学除磷方法，使该厂废水磷污染物排放稳定达标，同时达到节约费用，降低成本的目的。本文研究的 重点即为酿酒废水的除磷
16、工艺最优化。华中科技大学硕士学位论文2某酿酒厂废水处理系统及其除磷研究上世纪80年代以来，我国啤酒工业发展迅速，全国啤酒厂约800多家，遍布各 省市、自治区，啤酒年产量达1650多万t，产生的啤酒废水约24亿“a。啤酒是以 优质的大麦和水为主要原料，大米或谷物、酒花为辅料，经过制麦芽、糖化、发酵 等工序制成富含营养物质和c02的饮料酒，酒精含量为36。每年需大麦约200 多万吨。啤酒生产中主要利用粮食中的淀粉，大部分蛋白质等则残留在麦糟及凝固 物中，同时还排出酵母等副产物。啤酒生产是耗水较大的行业，虽然各企业问有较 大差别，一般每生产1t啤酒的耗水量为1050 t，因此，排放的废水量也较大，在 我国每生产lt啤酒的废水排放量是1235t，而在西方发达国家则是49t40】。然而， 我国多数啤酒厂尚未进行综合利用和废水治理，因此啤酒废水的污染已成为突出的 环境问题，引起了社会各界和有关部门的高度重视。由于啤酒工业废水是高浓度有机废
