水解酸化+接觸氧化+BAF工藝處理印染廢水

劉貴祥，吳云龍，李寧寧

(瑞盛環(huán)境股份有限公司，江蘇 宜興 214215)

紡織印染生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的高質(zhì)量濃度印染廢水，它具有水量大、色度高、有機(jī)污染物含量高、水質(zhì)變化大、可生化性較差等特點(diǎn)[1-2]，屬難處理的工業(yè)廢水[3].如果廢水未經(jīng)處理直接排放到受納水體中，會(huì)對(duì)水環(huán)境造成嚴(yán)重的污染[4～6].因此，如何選擇合適的工藝對(duì)印染廢水進(jìn)行處理正在成為人們?nèi)找骊P(guān)注的焦點(diǎn).

印染廢水中的懸浮物和染色基團(tuán)可以通過混凝沉淀和氣浮法得到有效的去除，但PVA漿液卻不容易被去除[7～9].活性炭吸附法、高級(jí)氧化法和膜分離法可以快速、高效地去除PVA漿液，保證出水指標(biāo)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[10-11]，但實(shí)際應(yīng)用中卻存在運(yùn)行費(fèi)用高、操作管理復(fù)雜、維護(hù)成本高等缺點(diǎn).生物法因?yàn)槠渚哂羞m用水質(zhì)范圍廣、出水水質(zhì)好、運(yùn)行費(fèi)用低、操作管理方便等優(yōu)點(diǎn)[12～14]，正在成為國(guó)內(nèi)外處理印染廢水的主流方法.基于生物法的優(yōu)良特性，筆者采用水解酸化+接觸氧化+BAF處理工藝，利用生物接觸氧化法兼具生物膜法和活性污泥法的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)厭氧和好氧聯(lián)合生物法處理印染廢水的可行性探究，通過研究不同運(yùn)行條件下印染廢水的處理效果，以期為印染廢水處理提供理論支撐和技術(shù)保障.

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 廢水來源與水質(zhì)

試驗(yàn)用水取自某印染廠調(diào)節(jié)池，具體水質(zhì)指標(biāo)如表1所示.

表1 試驗(yàn)廢水水質(zhì)指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)裝置和工藝流程

試驗(yàn)所用設(shè)備均采用厚度為15 mm的有機(jī)玻璃制成，水解酸化池的外形尺寸為600 mm×600 mm×800 mm，反應(yīng)器內(nèi)裝攪拌機(jī)一臺(tái)；接觸氧化池外形尺寸為800 mm×400 mm×600 mm，內(nèi)裝高效載體生物填料，填料體積為0.12 m3，曝氣量為1.2 L/min.BAF池的外形尺寸為800 mm×600 mm×500 mm，內(nèi)裝陶粒濾料0.1 m3，曝氣量為0.4 L/min.試驗(yàn)采用DN20mm的UPVC管道，配套針型閥和閘閥以實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的控制.印染廢水處理工藝流程如圖1所示.

1.3 檢測(cè)項(xiàng)目和方法

1)pH：玻璃電極法(GB6920-86)；2)化學(xué)需氧量(CODCr)：重鉻酸鉀法(GB11914-1989)；3)五日生化需氧量(BOD5)：稀釋與接種法(GB7488-1987)；4)氨氮(NH3—N)：納氏試劑分光光度法(GB7481-87)[15].

圖1 印染廢水處理工藝流程

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 水解酸化池最佳水力停留時(shí)間(HRT)的確定

待水解酸化池啟動(dòng)運(yùn)行穩(wěn)定后，測(cè)定不同水力停留時(shí)間條件下印染廢水的處理效果.當(dāng)進(jìn)水溫度為25 ℃，污泥質(zhì)量濃度為4 500 mg/L，CODCr質(zhì)量濃度分別為1 750、1 900 mg/L和2 050 mg/L的條件下，取時(shí)間間隔為2 h，測(cè)定不同水力停留時(shí)間條件下CODCr的降解量和pH變化值，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示.

由圖2可知，試驗(yàn)廢水進(jìn)入水解酸化池后，隨著水力停留時(shí)間的增加，廢水的pH值逐漸降低，而CODCr質(zhì)量濃度變化卻呈現(xiàn)出先快速降低再升高再緩慢降低的趨勢(shì).廢水的pH隨時(shí)間逐漸降低的主要原因是厭氧條件下活性污泥微生物通過胞內(nèi)酶的化學(xué)反應(yīng)釋放出大量的揮發(fā)性有機(jī)酸.當(dāng)水力停留時(shí)間為2 h時(shí)，廢水的CODCr質(zhì)量濃度降至最低，主要是因?yàn)閺U水進(jìn)入水解酸化池以后，廢水中的懸浮物質(zhì)、大分子有機(jī)物質(zhì)和染色基團(tuán)開始被活性污泥吸附；吸附飽和后，在活性污泥中微生物分泌的胞外水解酶的作用下，大分子有機(jī)物質(zhì)和染色基團(tuán)被分解成為小分子物質(zhì)重新回到廢水中，這也是CODCr質(zhì)量濃度降至最低后又逐漸升高的主要原因.當(dāng)水力停留時(shí)間為8 h時(shí)，試驗(yàn)廢水CODCr質(zhì)量濃度的降低幅度已經(jīng)不明顯，基本保持穩(wěn)定，因此最佳水力停留時(shí)間為8 h.試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)進(jìn)水CODCr質(zhì)量濃度分別為1 750、1 900 mg/L和2 050 mg/L，水力停留時(shí)間為8 h的條件下，CODCr的去除率分別為21.36%、20.85%、20.28%.

圖2 水解酸化池中CODCr 和pH隨水力停留時(shí)間的變化規(guī)律

2.2 接觸氧化池中CODCr和NH3—N去除規(guī)律的研究

經(jīng)水解酸化(HRT=8 h)后的試驗(yàn)廢水進(jìn)入接觸氧化池中，當(dāng)進(jìn)水CODCr質(zhì)量濃度為1 634.26 mg/L，NH3—N質(zhì)量濃度為75 mg/L，污泥質(zhì)量濃度為3 200 mg/L的條件下，分別測(cè)定不同曝氣時(shí)間條件下接觸氧化池中CODCr質(zhì)量濃度和NH3—N的降解量，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示.

圖3 接觸氧化池中CODCr 和NH3—N隨水力停留時(shí)間的變化規(guī)律

由圖3可知，試驗(yàn)廢水進(jìn)入接觸氧化池后，經(jīng)過12 h的曝氣處理，CODCr質(zhì)量濃度降解量較高，去除率達(dá)到85.24%，但隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，CODCr質(zhì)量濃度降低并不明顯，這可能是因?yàn)樵诟咝лd體生物填料上已經(jīng)布滿生物膜，試驗(yàn)廢水與生物膜完全混合，生物相在新陳代謝的作用下已達(dá)到最大容積負(fù)荷.而NH3—N質(zhì)量濃度從曝氣處理開始3 h內(nèi)去除率并不顯著，3 h后去除率開始逐漸提高，曝氣處理12 h和15 h后的NH3—N去除率分別為78.52%和80.93%.這主要是因?yàn)樘盍媳砻嫔锬み_(dá)到一定厚度，曝氣處理供給的氧氣已無法向生物膜內(nèi)層擴(kuò)散，使生物膜內(nèi)層的好氧菌死亡，取而代之的是兼性細(xì)菌和厭氧菌，形成缺氧環(huán)境開始同步硝化反硝化從而實(shí)現(xiàn)對(duì)NH3—N的去除.雖然NH3—N去除率在12 h后仍比較顯著，但是由于接觸氧化池動(dòng)力消耗較大，并且本處理單元的主要目的是去除CODCr，因此，接觸氧化池的最佳水力停留時(shí)間為12 h.

2.3 BAF池中CODCr和NH3—N去除規(guī)律的研究

經(jīng)過接觸氧化處理的試驗(yàn)廢水進(jìn)入BAF池中，當(dāng)污泥質(zhì)量濃度為3 000 mg/L，曝氣量為1.2 L/min，CODCr質(zhì)量濃度為241.22 mg/L，NH3—N質(zhì)量濃度為16.11 mg/L的條件下，時(shí)間間隔取0.5 h，分別測(cè)定不同曝氣時(shí)間條件下BAF池中CODCr和NH3—N的降解量，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示.

圖4 BAF池中CODCr 和NH3—N隨水力停留時(shí)間的變化規(guī)律

由于經(jīng)過接觸氧化處理后的試驗(yàn)廢水的CODCr和NH3—N質(zhì)量濃度均較低，當(dāng)曝氣處理時(shí)間為1.0 h后，試驗(yàn)廢水的DO值便已接近飽和狀態(tài).BAF池中CODCr質(zhì)量濃度隨曝氣處理時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸降低，在2.5 h時(shí)達(dá)到最低值，CODCr的去除率為61.72%.而NH3—N在開始的1 h內(nèi)去除并不顯著，隨后去除率逐漸增加，當(dāng)水力停留時(shí)間為2.5 h 時(shí)，NH3—N的去除率為36.12%，2.5 h以后NH3—N雖然還有一定的去除，但是降低幅度已經(jīng)變得很小.因此，BAF池的最佳水力停留時(shí)間為2.5 h.

2.4 最佳水力停留時(shí)間條件下系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行效果

當(dāng)進(jìn)水CODCr質(zhì)量濃度為1 750～2 050 mg/L，NH3—N質(zhì)量濃度為65～75 mg/L，水解酸化池、接觸氧化池和BAF池的水力停留時(shí)間分別為8、12 h和2.5 h的條件下，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后連續(xù)測(cè)定24 d內(nèi)出水CODCr和NH3—N質(zhì)量濃度，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示.

圖5 系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后進(jìn)、出水中CODCr和NH3—N的變化規(guī)律

由圖5可知，各處理單元在最佳水力停留時(shí)間條件下運(yùn)行，當(dāng)進(jìn)水CODCr質(zhì)量濃度為1 750～2 050 mg/L，NH3—N質(zhì)量濃度為65～75 mg/L時(shí)，出水CODCr質(zhì)量濃度低于92.35 mg/L，NH3—N值低于10.28 mg/L，CODCr和NH3—N的去除率分別在95.49%和86.29%左右，出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)且穩(wěn)定，說明該組合工藝的抗沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)，適用于處理質(zhì)量濃度較高的印染廢水.

3 結(jié) 論

1)水解酸化池在最佳水力停留時(shí)間8 h的條件下，CODCr的去除率維持在20%以上，它的主要作用是降解大分子有機(jī)物質(zhì)和染色基團(tuán)為小分子的酸性物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)廢水的可生化性和脫色效果的提高，減小沖擊負(fù)荷，為后續(xù)的接觸氧化和BAF創(chuàng)造良好的條件；

2)當(dāng)進(jìn)水CODCr質(zhì)量濃度為1 750～2 050 mg/L，NH3—N質(zhì)量濃度為65～75 mg/L時(shí)，經(jīng)水解酸化+接觸氧化+BAF處理，該組合工藝出水CODCr質(zhì)量濃度低于92.35 mg/L，NH3—N質(zhì)量濃度低于10.28 mg/L，出水水質(zhì)指標(biāo)符合《紡織染整工業(yè)水污染排放標(biāo)準(zhǔn)》；

3)該組合工藝具有運(yùn)行操作簡(jiǎn)單、占地面積小、污泥產(chǎn)量少、高效率低能耗等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)生物處理的功效最大化，有望成為印染廢水的主流處理技術(shù).