混凝沉淀/電催化/兩相厭氧/生物接觸氧化工藝處理染料廢水

王軍

（安徽省環(huán)境科學研究院，安徽 合肥 230061）

混凝沉淀/電催化/兩相厭氧/生物接觸氧化工藝處理染料廢水

王軍

（安徽省環(huán)境科學研究院，安徽 合肥 230061）

介紹采用混凝沉淀/電催化/兩相厭氧/生物接觸氧化處理染料廢水的工程實例.運行結果表明，當進水COD、色度、苯胺的濃度分別為14000mg/L、20000倍、120mg/L時，出水相應指標的濃度分別為65mg/L、20倍、0.46mg/L，可達到國家《紡織染整工業(yè)水污染物排放標準》（GB4287-92）Ⅰ級標準.

染料廢水；混凝沉淀；電催化；兩相厭氧；生物接觸氧化

染料廢水有機物濃度高、色度高、鹽分高、生物可降解性差，屬于典型難降解、污染重的工業(yè)廢水[1-3].采用單一的物理化學方法或傳統(tǒng)的好氧生物工藝處理，COD和色度很難達到排放要求[4].加上由于染料生產(chǎn)種類多，并朝著抗光解、抗藥物、抗生物氧化的方向發(fā)展，從而使其染料廢水的處理難度日趨加大，單單依靠常規(guī)處理工藝很難達到理想處理效果[5-6].本文介紹采用“混凝沉淀/電催化/兩相厭氧/生物接觸氧化”工藝處理染料廢水的工程實例.

1 工程概況

該企業(yè)廢水主要為染料及中間體生產(chǎn)廢水，設計進水水質及排放標準見表1，排放標準執(zhí)行《紡織染整工業(yè)水污染物排放標準》（GB4287-92）Ⅰ級標準.

表1 設計進水水質及排放標準

2 廢水處理流程

2.1 工藝流程

工藝流程見圖1.

圖1 廢水處理工藝流程

廢水經(jīng)格柵去除絕大部分懸浮顆粒物后進入水質、水量調節(jié)池，然后進入調節(jié)池末端的中和池，通過投加Ca(OH)2調節(jié)pH值.中和池出水提升進入混凝沉淀池，去除廢水水中含量較高的SS和部分色度.沉淀池出水進入電催化反應器，電化學催化氧化系統(tǒng)主要包括電源、硅整流、電氧化反應器、廢氣處理等組成部分，破壞廢水中有機物的分子結構.其出水中含有一定的絮體，加入絮凝劑進入絮凝沉淀池，用以沉淀電催化產(chǎn)生的部分有機物.出水進行提升進入兩相厭氧系統(tǒng)，兩相厭氧系統(tǒng)是有水解酸化池和UASB反應器組成，進一步去除廢水中的有機物，改善廢水的可生化性兩相厭氧系統(tǒng)出水進入生物接觸池進行好氧生物處理，降低廢水的COD和BOD，其出水在二沉池內(nèi)進行泥水分離，出水進行人工濕地處理，實現(xiàn)達標排放.沉淀池污泥部分回流至水解酸化池或生物接觸氧化池，剩余污泥進入污泥濃縮池，濃縮后污泥經(jīng)板框壓濾機壓濾后外運填埋.

2.2 工藝特點

2.2.1 有選擇的將一些廢水混合，利用它們自身的特點，進行中和與反應，盡可能減少加藥量，同時通過反應產(chǎn)生沉淀或浮渣，去除部分有機物和使部分無機鹽結晶析出.

2.2.2 電化學催化氧化系統(tǒng)主要包括電源、硅整流、電氧化反應器、廢氣處理等組成部分.電極在電化學處理技術中處于“心臟”的地位，電極材料為鈦和石墨電極，電化學氧化塔外部材料為碳鋼、防腐采用環(huán)氧樹脂防腐.利用電化學催化氧化系統(tǒng)能改變難生物降解化合物的結構，破壞廢水中有機物的分子結構，使其斷裂成更小的分子，這些中間產(chǎn)物一般比原化合物更易被微生物降解，為后續(xù)的生物處理提供條件.

2.2.3 兩相厭氧系統(tǒng)中主要構筑物水解酸化池內(nèi)設彈性填料，利用水解和產(chǎn)酸菌的新陳代謝作用，將不溶物有機物水解成溶解性有機物、大分子物質分解成小分子物質，使污水更適宜于后續(xù)的生化處理，可以用較短的時間完成凈化過程.污水經(jīng)水解酸化池，可以在較短停留時間和相對較高的水力負荷下獲得較高的懸浮物去除率.出水BOD/COD值顯著提高，增加了污水的可生化性.水解酸化池采用推流式，并且把水解酸化池分成同等體積的三格，進出水采用上下錯流式，避免水流帶走大量污泥，保證池內(nèi)的污泥濃度.

2.2.4 好氧工藝采用生物接觸氧化池，此段可降解大量有機物，出水中有機物濃度較低.接觸池中裝有半軟性填料，調試時間短，污泥不易膨脹，且對水質、水量變化的適應性較強.選用高效射流曝氣器進行曝氣，提高溶解氧效率，加強了氣液傳質過程，比傳統(tǒng)的穿孔管減少了曝氣量，從而減少電耗，降低運行成本.

2.2.5 本工藝在好氧后設置人工濕地系統(tǒng)，該廠廠區(qū)內(nèi)有低洼地帶且有水生植物，是天然的濕地系統(tǒng)，本次設計在該地增加了防滲措施，避免對地下水的污染.該濕地系統(tǒng)在處理廢水的同時又增加了廠區(qū)環(huán)境的美觀.

3 主要構筑物及設計參數(shù)

3.1 格柵

格柵采用一道，格柵總寬度為600mm，高度為1500mm，間隙為6mm，安裝角度為60°，人工清渣.

3.2 調節(jié)池1

由于工廠生產(chǎn)和排水的不穩(wěn)定性，需將峰值水量進行調節(jié)以供連續(xù)處理，避免出現(xiàn)劇烈的沖擊負荷.中和池建于調節(jié)池末端.調節(jié)池的總有效容積為240m3，HRT為24h.加藥裝置一臺，型號為JY-2.0/2.并在池底設有曝氣管進行曝氣，風機型號為HC-801S.還需在調節(jié)末端設置集水井，以便廢水向后續(xù)工藝進一步提升，設提升泵兩臺，一用一備.

3.3 混凝沉淀池

混凝沉淀池是混合反應池和沉淀池合建，反應區(qū)HRT15min.初沉池為豎流式，表面水力負荷為0.8m3/(m2·h)，PAC投加量60mg/L，PAM投加量為4mg/L.

3.4 電催化反應器

電化學催化氧化系統(tǒng)主要包括電源、硅整流、電氧化反應器、廢氣處理等組成部分.電極在電化學處理技術中處于“心臟”的地位，電極材料為鈦和石墨電極，電化學氧化塔外部材料為碳鋼、防腐采用環(huán)氧樹脂防腐.電催化氧化塔一期共1套.處理能力Q=10～15m3/h，工作電流380V，極板電流密度200～300mA/m2，作用時間為1～2min，每套電催化氧化反應塔功率為60kW，COD去除率60%.

3.5 絮凝沉淀池

絮凝沉淀池用來沉淀電催化產(chǎn)生的部分絮體，其有效容積為4m3，其中絮凝池有效容積為2.4m3，斜管沉淀池為1.6m3，HRT為0.4h.設加藥裝置兩套，型號為JY-2.0/2，分別用來投加混凝劑和助凝劑，PAC投加量40mg/L，PAM投加量為3mg/L.

3.6 調節(jié)池2

調節(jié)池有效容積20m3，HRT為2h.

3.7 水解酸化池

為保證水解酸化池中的微生物量，在池內(nèi)設置聚丙烯立體彈性填料，密度為0.9g/m3，比表面積200m2/m3.水解酸化池的有效容積為180m3，停留時間為18h.

3.8 UASB反應器

UASB反應器有效容積為240m3，HRT為24h，UASB容積負荷5kgCOD/(m3·d)，COD去除率可達70%.設備包括：布水器（MC-Ⅱ）一套；三相分離器（SF-18）8臺；潛污泵（WQ60-13-4）2臺，一用一備；循環(huán)管道泵（L-100）2臺，一用一備.

3.9 生物接觸氧化池

經(jīng)厭氧處理后的廢水進入生物接觸氧化單元，在好氧生物膜作用下，廢水中大部分有機污染物質被去除，氧化池設計總有效容積200m3，HRT為20h，安裝半軟性填料120m3，容積負荷為0.6kg-COD/(m3·d).曝氣采用直流式空氣曝氣.DC脫色劑投加量80～100mg/L，具體投加量根據(jù)氧化池出水中色度決定.

3.10 沉淀池

好氧處理的廢水經(jīng)沉淀池實現(xiàn)泥水的分離.沉淀池有效容積20m3，有效表面積14.3m2，有效水深1.4m.

3.11 人工濕地

人工濕地有效容積480m3，HRT為2d，可有效去除廢水中殘余的有機物，確保達標排放.

4 運行效果及運行費用

4.1 工程試運行

工程所用接種污泥來自相鄰污水處理廠的沉淀池沉淀污泥，污泥接種量分別為18m3、24m3、10m3，采用進水濃度逐步增加的方式來提高進水負荷.在厭氧反應池中適量投加微量元素來保證厭氧微生物的生長.經(jīng)過三個月的時間，隨著負荷增加，各級生物處理單元的處理效果接近設計值.期間嚴格控制系統(tǒng)的進水濃度，避免過高的負荷對生物處理單元形成沖擊，引起生物處理單元，特別是UASB反應器的酸化問題和啟動失敗.通過對進出水指標檢測、生物鏡檢等檢驗各處理單元的實際運行情況，并保證主要設備和儀器的完好運行，及時發(fā)現(xiàn)和解決好運行中的問題.通過電鏡掃描，發(fā)現(xiàn)個生物處理單元微生物活性較好，生物膜緊密.在接觸氧化池出水連續(xù)穩(wěn)達標后，此時可認為工程試運行期結束.

4.2 運行效果

該工藝系統(tǒng)從2009年底開始調試運行，至2010年6月運行穩(wěn)定，各項水質指標達到或優(yōu)于排放標準的要求，各單元處理效果均值見表2.

表2 廢水處理效果

4.3 運行費用

該工程實際總投資為285萬元.如果不計設備折舊費，該廢水處理（包括污泥處理）運行費用為3.59元/m3，其中電耗費用費1.43元/m3，人工費為0.24元/m3，日常檢修維護費為0.1元/m3，藥劑費為1.82元/m3.

5 結語

5.1 采用混凝沉淀/電催化/兩相厭氧/生物接觸氧化工藝處理染料生產(chǎn)廢水能達到預期效果，當進水COD、色度、苯胺的濃度分別為14000mg/L、20000倍、120mg/L時，出水相應指標的濃度分別為65mg/L、20倍、0.46mg/L，出水水質符合《紡織染整工業(yè)水污染物排放標準》（GB4287-92）Ⅰ的一級標準.

5.2 染料廢水是一類高色度、含難降解和生物毒性物質的高濃度有機廢水.在設計中采用電化學催化氧化法降解COD的原理，有機廢水進入電催化系統(tǒng)以后，在電極上發(fā)生反應，在高的陽極電位條件下，以污水為電解質溶液，可以產(chǎn)生羥基自由基，羥基自由基具有很強的氧化能力，可以破壞染料的發(fā)色基或助色基，使之斷裂，失去發(fā)色能力.

5.3 采用混凝沉淀+電催化作為處理工藝的預處理.運行結果表明，絮凝沉淀池出水的COD去除率達到70.3%，色度降低了98.2%.充分說明混凝沉淀+電催化是十分有效的預處理工藝.整個工藝的關鍵在于預處理工藝的選擇，預處理工藝運行的成功與否直接影響到后續(xù)生化處理效果.通過投加藥物化和人工濕地工藝可以進一步降低接觸氧化池出水的COD和色度，確保出水能長期、穩(wěn)定達標排放.

5.4 水解酸化池雖不能明顯降低廢水的COD（實際去除率僅為30%），但能將廢水中結構復雜的大分子有機物降解轉變成結構簡單的小分子有機物，打開碳長鏈，使它們更易于好氧生物降解，提高了廢水的可生化性（實際BOD/COD由進水前的0.279提高到0.385）.

5.5 在工程設計的總體平面布置上，采用池體一體化組合設計，使整套廢水處理設施簡潔、緊湊、便于操作管理，減少了一次性投資.廢水處理（包括污泥處理）運行費用為3.59元/m3.工程的投入運行，特別人工濕地的設置為該廠區(qū)增加了美麗的景觀，帶來了很大的社會效益和環(huán)境效益.

〔1〕劉宗瑜，孫保平.微波輻射對染料廢水處理的研究[J].工業(yè)水處理，2010，30（2）：44-46.

〔2〕朱靖，李燕，張堅強.水解-生物接觸氧化工藝處理染料廢水 [J].環(huán)境污染治理技術與設備，2006，7（6）：128-130.

〔3〕Ozoh P.T.E.Adsorption of cotton fabric dyestuffwastewateron Nigeriaagriculturalsemi-activatedcarbon[J].Environmental Monitoringand Assessment，1997，46（3）：255-265.

〔4〕栗文明，吳浩汀.Fenton預氧化-高壓脈沖電凝聚-混凝處理染料廢水[J].水處理技術，2007，33（12）：88-90.

〔5〕WANG Min-xin, ZHU Shu-quan, HE Xu-wen. Study on micro electrolysis treatment for decolorizing dyed water[J]. Journal of China University of Mining& Technology,2001,11(2):212-216.

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X703.1

A

1673-260X（2014）03-0072-03