综合印染废水处理工艺

常治辉 原创 | 2015-04-16 10:01 | 收藏 | 投票

印染废水因色度大、碱度大、成分复杂、难于生化处理,一直是水处理行业面临的重大课题。据不完全统计,目前我国每年印染废水的排放总量大约在3×106~4×106 m3/d〔1, 2〕。印染行业排放的废水不但水量巨大,而且其中含有大量的酸碱物质、各类染料、表面活性剂、印染助剂等,使用单一的处理工艺很难达到排放标准〔3, 4, 5〕。

江苏某工业园污水处理厂地处太湖流域,主要接纳园区内各种企业排放的综合工业废水。该厂由于原有工艺较为单一,处理设施年久失修,已不能满足当前企业发展和排放标准的需求,需要对其进行升级改造,以满足新的排放标准。针对原有的处理工艺,对其进行了升级改造前的中试研究。

1 水质水量及排放标准
 
江苏某工业园污水处理厂自1992 年建成至今,已完成两次扩建。目前处理能力为40 000 m3/d。其中印染废水占80%~85%,其余为食品、塑胶和化工废水等,工艺出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级B 标准,污水处理厂进出水水质如表 1 所示。

2 中试研究
 
为考察改造后工艺的可行性,为污水厂升级改造获取最佳运行和设计参数,特建立中试系统,中试规模为24 m3/d,进水采用污水厂综合印染废水。

2.1 工艺流程的确定
 
该污水处理厂原主体工艺为A2/O 法。此工艺虽操作简单、运行成本低,但由于进水中印染废水所占比重较大,废水的可生化性不好,导致直接采用A2/O 工艺时,出水中的COD、色度、TP 指标难以满足现行法规的要求。另外,由于印染废水中COD 主要来源于各种印染助剂、蜡质、果胶、纤维素、半纤维素等,而色度主要来源于各种染料,这些污染物大多属难降解物,B/C 较低。而水解酸化可以降解大分子、提高B/C,并增加废水的可生化性,提高后续好氧生化的处理效果。尽管水解酸化占地面积和初次投资较高,但其运行费用几乎为零,而且也是污泥减量、脱色较经济的方法〔6〕。

因此,笔者改建工程选择处理工艺时,根据进水水质及水量变化的实际情况,在保留预处理(混凝沉淀)及核心工艺A2/O 的基础上,增加了厌氧折流板反应器(ABR)水解酸化和曝气生物滤池,改造后的处理流程如图 1 所示。中试工艺采用图 1 所示主体工艺,主要研究厌氧水解、A2/O 以及后续曝气生物滤池对原水中COD、BOD5、TN、TP 及色度的处理效果(实线代表污水流程;虚线代表污泥流程)。

 

图 1 改造后的工艺流程 

2.2 中试工艺参数设计
 
(1)混凝沉淀。前置的混凝沉淀主要用于固液分离、去除部分色度和有机物。以PAC 为混凝剂投加到混凝池中,投加量为0.05~0.10 g/L,采用机械搅拌快速混合。混凝和沉淀有效容积分别为0.36 m3 和2.0 m3,pH 控制在10.0~11.0。出水进入后续ABR 水解池。

(2)水解酸化。由于印染废水中含有大量的活性染料、浆料、表面活性剂、印染助剂等,这些物质属于难以生物降解的大分子有机物质。为了提高废水的可生化性,并为后续二级处理创造有利条件,特采用ABR 作为水解酸化工艺。在ABR 水解池中特有的厌氧环境下,这些大分子的有机物质通过水解酸化过程,被转化成易于生物降解的小分子,同时提高废水的可生化性。ABR 水解池外形尺寸为4.5 m×2.5 m×1.5 m,有效容积为12 m3。分为6 格,前面5 格为水解反应室,最后1 格起沉淀作用。在每个上向流室进水口的下部设置一个45°的导流板。反应器中添加组合填料(D 150 mm,江苏宜兴晨翔环保设备厂),添加量为前5 格总容积的70%。

(3)A2/O 工艺。主要用来去除废水中的有机物,同时利用厌氧+缺氧+好氧的特殊环境,脱除废水中的氨氮和部分磷。总有效容积为33 m3。厌氧、缺氧、好氧这3 个区的水力停留时间分别为8、10、15 h。好氧区添加部分组合填料(D 150 mm,江苏宜兴晨翔环保设备厂),添加量为好氧区总容积的70%。

(4)曝气生物滤池。曝气生物滤池作为最后一道新增的设施,其目的主要是对生化处理后的废水作进一步深度净化,以脱除废水中残余的有机物、色度和部分悬浮物SS。反应器高3.8 m,内径0.9 m,2 座,有效容积为4.1 m3,水力停留时间为4.1 h。填料采用生物陶粒(3~5 mm,江西省萍乡市科顺滤料有限公司),滤料高3.2 m。进水方式为上流式,曝气方式采用管道开孔曝气,气水比为3∶1。

3 结果与讨论
 
中试时间为6 个月,采用混凝沉淀、ABR 水解酸化、A2/O 生物处理和曝气生物滤池组合工艺,下图所列数据均为中试后期稳定阶段的采样数值。

3.1 ABR 厌氧水解
 
ABR 水解池进水来自前置混凝沉淀的出水,实验结果表明,前置混凝沉淀出水中的色度、有机物含量等大幅下降,其对有机物和色度的去除率分别为32%和56%左右。出水进入ABR 水解池初始平均COD、BOD5分别为473.69、89.13 mg/L,水解池进水平均色度为217 倍时,ABR 水解酸化对COD、BOD5、色度的去除效果如图 2 所示。

ABR 厌氧水解对废水可生化性的影响如图 3所示。

 

图 2 ABR 水解酸化对COD、BOD5、色度的去除效果  

 

图 3 ABR 厌氧水解对废水可生化性的影响 

由图 2、图 3 可见,ABR 水解池对COD 的去除率大约为23.6%,经过ABR 酸化后,出水平均COD为361.66 mg/L。出水平均BOD5为110.34 mg/L,出水BOD5不降反升。这说明一部分难于生物降解的大分子有机物在ABR 反应器内,通过水解酸化过程被转化成易于生物降解的小分子有机物,从而导致出水BOD5升高。这一点从图 3 中B/C 可以反映出来。综合废水经过ABR 水解酸化后,B/C 由进水的0.19增加到0.31,提高了63.2%,废水的可生化性明显提高,这说明ABR 水解酸化对提高印染废水的可生化性是有明显帮助的。

ABR 水解池进水平均TP 为9.2 mg/L,出水平均TP 分别为7.2 mg/L。结果表明:ABR 水解酸化对废水中TP 的去除效果不明显。

对于色度指标,由于水解池进水色度变化幅度较大,水解池出水色度随进水色度的变化而相应发生变化。中试表明,当水解池进水平均色度为217倍时,出水平均色度为86 倍,水解池对色度去除率较高,平均去除率为60.4%。对ABR 各反应室的ORP 值进行测定发现,沿水流方向氧化还原电位逐渐降低,从第一格的-55.5 mV 逐渐下降到-80.4mV。在该区段内,水解酸化池内反应条件良好,而这则非常有利于水解酸化过程的进行。

3.2 A2/O 生化段
 
污水经过预处理段后,进入A2/O 池的厌氧段。在厌氧条件下,聚磷菌将体内的有机磷转化成无机磷释放掉。厌氧段出水自流进入A2/O 池缺氧段后,进行反硝化脱氮过程。在该工序中,反硝化菌对硝态氮进行反硝化的同时,废水中有机物作为碳源被消耗掉,导致出水BOD5和COD 有所降低。缺氧段出水进入好氧段后进行硝化和脱碳过程。出于除磷的需要,一部分好氧段出水作为硝化液回流到厌氧池。回流比为100%。

生化段对COD 的去除效果(以二沉池出水为准)以及生化段内平均MLSS 变化情况如图 4 所示。

 

图 4 A2/O 段有机物去除率及MLSS 变化 

由图 4 可见,整个中试实验中,A2/O 段对综合印染废水中的有机物具有较高的去除效率,当进水平均COD 为361.7 mg/L 时,二沉池出水平均COD为90.1 mg/L,COD 去除率达到75%左右。在中试初期,受污水厂进水水质影响,进水COD 变化幅度大,二沉池出水COD 随运行时间缓慢降低。中试后期,进水COD 变化趋于稳定,二沉池出水水质也相对稳定。同时,生化段显示了良好的耐低负荷污染物冲击的能力,当进水水质随时间波动较大时,活性污泥并没有出现明显的老化现象,二沉池出水也没有受到太大影响。

MLSS 对二沉池出水COD 有一定影响。当MLSS 为3 000 mg/L 以下时,二沉池出水COD 随着MLSS 的升高而降低。当MLSS 为3 000~3 400 mg/L时,二沉池出水COD 趋于稳定,此时二沉池出水效果最好。当MLSS 高于3 400 mg/L 时,A2/O 段对综合印染废水中有机物的去除率呈下降趋势。

A2/O 对综合印染废水中的TN 和TP 去除效果如图 5 所示。

 

图 5 A2/O 段对TN 和TP 的去除效果 

由图 5 可见,此段,进水平均TN、TP 分别为19.76、7.23 mg/L,出水平均TN、TP 分别为14.51、1.45 mg/L。A2/O 段对TN 的去除率不高,平均去除效率仅为33.0%。不过由于进水TN 本身不高,二沉池出水TN 保持在20 mg/L 以下,已经达到设计目标。对于废水中的TP,A2/O 对综合印染废水中的TP 具有较好的去除效果,尽管进水TP 在4.52~7.37 mg/L之间波动较大,二沉池出水TP 却始终比较稳定,平均值仅为1.5 mg/L。

3.3 曝气生物滤池
 
通过中试研究发现,当气水比为3∶1、水力负荷为0.64~0.95 m3/(m2·h)、温度为23~28 ℃、pH 控制在7.6~8.3 之间时,曝气生物滤池对污染物的去除效率最大。曝气生物滤池对有机物、色度、TP 去除效果如图 6 所示。

 

图 6 曝气生物滤池对有机物、色度、TP 去除效果 

由图 6 可见,曝气生物滤池对有机物的去除效果较好,COD 平均去除率保持在50%以上,出水平均BOD5和COD 分别在18、45 mg/L 以下,达到了中试目的。

实验结果证明,曝气生物滤池进水TP 变化较大,在1.04~2.17 mg/L 范围波动,然而出水TP 却相对稳定,始终保持在0.7 mg/L 以下。当进水平均色度在55 倍时,曝气生物滤池对综合印染废水的色度具有较好的去除效率,出水色度始终保持在30 倍以下,去除效果理想。

4 结论
 
(1)对于废水可生化性较差的综合印染废水,采用混凝沉淀—ABR 水解酸化能显著降低后续生化工序的负荷,并提高废水的可生化性,有利于后续生物处理过程的高效进行。

(2)混凝沉淀—ABR 水解酸化—A2/O—曝气生物滤池工艺对综合印染废水具有较强的抗冲击负荷能力和较好的处理效果。在中试后期,COD、色度平均去除率分别达93%、94%,出水水质指标达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级B 标准。

(3)结合中试研究,应在用地面积尽量少而常规工艺需要全面升级时,考虑物化生化多方法联合,利用组合工艺来进行升级改造,如将混凝沉淀、厌氧水解预处理与A2/O 法、曝气生物滤池处理相联合,可以大大提高综合印染废水处理后的出水水质。

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