高浓度香料废水预处理实验研究
1.概述
香料生产过程中由于在更换产品时必需清洗反应釜，从而产生污染物浓度相当高的废水和反应残留物，这类废水或者废弃物中含有大量有毒有害物质，废水的特点是浓度高，水中污染物成分复杂。
通过对废水水样进行取样分析，其水质指标为CODcr：88100mg/L；BOD5：20100mg/L；色度：2000；pH：8～9。可以看出，该香料废水浓度较高，其中CODcr超出国家规定的排放标准800多倍，特别是污水颜色很深，如果直接排放，必定会对周围的湖泊河流产生严重的污染，为了保护周围的环境，必须对该生产废水进行处理。目前国内香料废水治理大多处于实验室研究阶段，例如中温中压湿式催化法处理香料废水的试验证明，CODcr、色度的去除率仅为48%、90%，处理后出水浓度仍较高，而且后续处理难度较大。本文在实验室处理基础上，对高浓度香料废水的预处理进行了研究。
2.实验研究方案说明
从污水水质指标可以看出，BOD5/CODcr=0.23<0.3，废水的可生化性较难，采用常规的生化处理是难以达到色度排放标准的，首先必须先对污水进行预处理，降低污水浓度，并提高污水的可生化性。
考虑到废水色度较高，污水CODcr、BOD5浓度可能由有色有机污染物引起，如果降低污水的色度，污水的CODcr、BOD5浓度可能会得到相应降低，所以，先对污水进行脱色，然后对污水进行混凝沉淀处理。
在实验中，选择四种氧化剂(次氯酸钠、过氧化氢、臭氧和氧)对废水进行脱色，通过初步的脱色实验研究，发现脱色效果较好的是次氯酸钠和过氧化氢，而臭氧和氧脱色效果较差，故本次脱色实验选用次氯酸钠和过氧化氢作为脱色氧化剂，对其进行详细的实验研究。
在混凝沉淀实验研究中，考虑到价格和操作方便，选用的混凝剂有：聚合氯化铝PAC、硫酸铝AS、硫酸铁FS、聚丙烯酰胺PAM。通过实验结果，确定出适用于该类废水处理的最佳混凝剂。
3.实验研究结果及分析
3.1脱色实验研究
3.1.1次氯酸钠脱色
取香料废水100ml，分别投加不同体积的次氯酸钠溶液，并不断搅拌，在氧化反应20分钟后，测定废水的色度。实验结果如图1所示：
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图1 次氯酸钠脱色实验结果曲线图
从实验结果可以看出，采用次氯酸钠作为氧化剂脱色时，刚开始时色度下降较快，曲线坡度较大，当投加量为10毫升时，色度从2000降至400，去除率达到80%，以后随着投加量的逐渐增大，曲线变得比较平缓，色度下降较慢，例如当投加量从50毫升增至60毫升时，色度变化不明显，由85.7降至85，这说明对于100ml原废水来讲，投加50ml次氯酸钠脱色效果最好，以后再投加次氯酸钠色度下降不明显。因此，次氯酸钠的最佳投加量是100ml原水投加50ml，色度降至85左右，其去除率为95.8%。
同时，对污水浓度进行了测定，结果表明CODcr浓度由88100mg/L降至33500mg/L，去除率为61.98%；BOD5浓度由22100mg/L降至11600mg/L，去除率为47.51%。经次氯酸钠脱色后BOD5/CODcr=0.35>0.30，与脱色前的BOD5/CODcr=0.23相比较，这说明废水的可生化性有所提高。
3.1.2过氧化氢脱色
取香料废水100ml，分别投加不同体积的过氧化氢溶液，并不断搅拌，在氧化反应30分钟后，测定废水的色度。实验结果如图2所示：
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图2 过氧化氢脱色实验结果曲线图
从实验结果可以看出，当采用过氧化氢作为氧化剂进行脱色时，实验曲线坡度较小，随着过氧化氢投加量的增大，废水的色度逐渐下降，当投加量大于50ml时，废水的色度下降不是很明显，曲线变得比较平滑。此时污水色度降至200左右，其去除率为90%。
同时，对污水浓度进行了测定，结果表明CODcr浓度由88100mg/L降至27000mg/L，去除率为69.35%；BOD5浓度由22100mg/L降至16200mg/L，去除率为26.70%。经过氧化氢脱色后BOD5/CODcr=0.60>0.30，与脱色前的BOD5/CODcr=0.23相比，说明废水的可生化性大大提高。
通过次氯酸钠和过氧化氢二种氧化剂的脱色实验研究，从实验结果可以看出，次氯酸钠作为脱色氧化剂，色度去除效果最好。同时，经二种氧化剂脱色后，废水的可生性都有所提高，尤其是过氧化氢脱色后，BOD5/CODcr比值由0.23提高至0.6，废水的可生化性大大提高。
3.2混凝沉淀实验
3.2.1混凝沉淀最佳pH实验
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图3 pH值与CODcr去除率的关系曲线
对经次氯酸钠和过氧化氢脱色后的废水进行混凝试验，由于pH值对混凝效果影响较大，因此先进行pH优化试验。本试验选用的混凝剂为聚合氯化铝PAC、硫酸铝AS、硫酸铁FS、聚丙烯酰胺PAM，调节次氯酸钠脱色后的废水pH在5～10，加入等量不同的混凝剂，测定上清液CODcr，试验结果如图3所示。
从图4中可以看出，三种混凝剂在pH为8～10时混凝效果最好，其中聚合氯化铝PAC最佳pH在9～10，而硫酸铝为8～9，硫酸铁为7～9。
3.2.2混凝剂的选择和最佳投药量的确定
（1.）原污水的混凝沉淀
利用三种混凝剂聚合氯化铝、硫酸铝、硫酸铁对原污水进行了混凝沉淀实验研究，由于污水的pH为8～9，在混凝沉淀的最优pH范围内，故不用单独进行pH值调节。
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图4 原污水中不同混凝剂加药量与CODcr去除率的关系曲线
在实验过程中发现当原污水中投加聚合氯化铝时，在污水中会立即产生泡沫悬浮状物质，每100ml污水加入15ml聚合氯化铝溶液时(Al2O3质量百分数为10%)几乎全部生成泡沫悬浮状物质，只剩有极少量的污水，而且这种生成物在电炉上会烧结为颗粒状物质。硫酸铝和硫酸铁的混凝沉淀效果如图4所示。
从图中可以看出，在原污水中投加的各种混凝剂中，硫酸铝混凝沉淀效果最好，在投药量为4g/L时，CODcr去除率可达到62.5%，这时污水CODcr浓度由88100mg/L降低至33003mg/L，但这时的污水色度仍然比较高。硫酸铁的混凝效果较差，CODcr去除率只有50%左右。
（2.）脱色后污水的混凝沉淀
在经次氯酸钠脱色后的污水中，在各混凝剂最佳pH条件下投加不等量混凝剂，测定污水的CODcr浓度，实验结果图5所示。
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图5 脱色污水中混凝剂加药量与CODcr去除率的关系
从图5可以看出，硫酸铁效果最差，平均去除率仅为35%左右，且污染絮体颗粒较小，不易沉淀分离；聚合氯化铝效果最好，污水CODcr浓度由33500mg/L降低至17420mg/L，去除率为48%，BOD5浓度降低至7719mg/L，其去除率为33.46%，并且在混凝过程中产生的絮体颗粒大，固液分离较快。因此，在脱色后的污水中首选聚合氯化铝作为混凝剂，最佳投药量为3～5g/L。
另外，在试验过程中发现，当脱色后废水中如果含有多余的次氯酸钠，投加聚合氯化铝后，次氯酸钠会和聚合氯化铝形成晶体状沉淀，这样会影响到混凝效果，因此，在对废水进行脱色时，一定要控制好次氯酸钠溶液的用量，不要有多余次氯酸钠(氯离子)存在于废水中。
4.结论
1.在次氯酸钠和过氧化氢中，次氯酸钠的脱色效果最好，色度去除率为95.8%，可使香料废水的色度由原来的2000降至85，该色度值与污水排放标准中的色度值相差很近。同时，污水的可生化性较脱色前有所提高。过氧化氢的脱色效果尽管没有次氯酸钠好，但经过氧化氢脱色后的废水可生化性大大提高，BOD5/CODcr比值可以达到0.6。
2.聚合氯化铝、硫酸铝和硫酸铁三种混凝剂在pH为8～10时混凝效果最好，其中聚合氯化铝PAC最佳pH在9～10，而硫酸铝为8～9，硫酸铁为7～9。
3.对次氯酸钠脱色后的污水进行混凝沉淀实验研究，结果表明在三种混凝剂中，混凝效果最差的是硫酸铁，平均去除率仅为35%左右，且污染絮体颗粒较小，不易沉淀分离；聚合氯化铝效果最好，去除率可以达到48%，并且混凝过程中产生的絮体颗粒大，固液分离较快。因此，在次氯酸钠脱色后的污水中首选聚合氯化铝作为混凝剂。
在次氯酸钠脱色后的污水中应用聚合氯化铝进行混凝沉淀时，污水中多余的氯离子会起到干扰作用，影响到污水沉淀效果。而氯离子对硫酸铝混凝剂则没有这种干扰作用。因此，在应用聚合氯化铝作为混凝剂时，必须严格控制污水脱色时次氯酸钠的投加量。
4.香料废水经次氯酸钠脱色和混凝沉淀之后，CODcr浓度降低为17420mg/L，BOD5浓度降低至7719mg/L，CODcr和BOD5的去除率分别达到80.23%和65.07%。尽管经脱色和混凝沉淀处理之后的废水浓度仍然较高，但废水的可生化性大大提高，由原来的0.23提高至0.44，这为污水的后续生物处理创造了条件。
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