印染行業(yè)是我國國民經(jīng)濟的重要支柱性產(chǎn)業(yè)之一,同時也是廢水產(chǎn)生量和排放量較大的行業(yè),目前印染廢水排放總量約為1.20×109 mm3/a,居我國各工業(yè)部門廢水排放總量的第3位。“印染行業(yè)十二五發(fā)展規(guī)劃”指出,到2015年末,單位工業(yè)增加值廢水排放量應比2010年降低30%,主要污染物排放量應比2010年下降10%。印染廢水在工業(yè)廢水治理中的重要性日益突出。
對印染廢水的處理一直是業(yè)界內(nèi)的難題之一,主要體現(xiàn)在2方面:可生化性差,色度高?缮圆钪饕且驗橛∪拘袠I(yè)所采用的染料多為偶氮類化合物〔1, 2, 3〕,其對紫外線或生物降解作用抵抗力較強;其次,印染廢水色度普遍較高,而普通的生物處理工藝難以有效去除色度〔4〕。
1 項目概況
佛山市某印染企業(yè)位于佛山市三水區(qū),公司占地面積為60 000 m2 ,其中建筑面積為20 000 m2 ,投資總額為10 000萬元。廠區(qū)分為2期工程建設(shè),目前已建成一期工程,設(shè)計年生產(chǎn)能力為2.4×107 m。主要廢水產(chǎn)生環(huán)節(jié)為退煮漂、絲光、水洗等。2011年全廠日產(chǎn)生印染廢水約2 000 t。該廠產(chǎn)生的印染廢水水質(zhì)如表 1所示。
佛山市某印染企業(yè)位于佛山市三水區(qū),公司占地面積為60 000 m2 ,其中建筑面積為20 000 m2 ,投資總額為10 000萬元。廠區(qū)分為2期工程建設(shè),目前已建成一期工程,設(shè)計年生產(chǎn)能力為2.4×107 m。主要廢水產(chǎn)生環(huán)節(jié)為退煮漂、絲光、水洗等。2011年全廠日產(chǎn)生印染廢水約2 000 t。該廠產(chǎn)生的印染廢水水質(zhì)如表 1所示。
由表 1可以看出,廢水BOD/COD<0.3,說明該廠印染廢水可生化性較差,僅靠傳統(tǒng)的好氧生物處理工藝難以達到處理要求。2011年該企業(yè)投資1 800萬元建設(shè)污水處理廠1座,該污水廠采用水解酸化(hydrolysis acidification,HA)-膜生物反應器(mem?鄄brane bioreactor,MBR)-臭氧氧化的處理工藝。其中,水解酸化池分2格,每格尺寸為25 m× 20 m×4 m,有效容積為1 800 m3,平均HRT為21.5 h;一期工程MBR池分為8格,每格尺寸為6 m×6 m× 4 m,有效容積為900 m3,HRT為11 h。MBR段膜區(qū)設(shè)內(nèi)循環(huán)導流板,以增強水流對膜面的沖刷作用,降低膜污染和膜堵塞。MBR段和HA段均設(shè)置半軟性填料并采用微孔曝氣。臭氧池采用折板流封閉式布置,分為2格,每格尺寸為3 m×6 m×5 m,有效容積為60 m3,HRT為0.75 h,臭氧池尾氣用顆;钚蕴课仗幚。
污水廠其他主要構(gòu)筑物包括:15 m×20 m×6 m的中和-調(diào)節(jié)池1座(HRT=24 h),5 m×12 m×4 m的二沉池2座(HRT=2.4 h),污泥脫水間,配電房,格柵和半地下式泵房等。
2 結(jié)果與討論
2.1 污泥培養(yǎng)馴化與啟動
水解酸化的主要目的是將原廢水中的非溶解性有機物轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙庑杂袡C物,將難降解有機物轉(zhuǎn)變?yōu)橐捉到庥袡C物,從而提高廢水的可生化性,為后續(xù)生物處理提供良好的基質(zhì)條件〔4〕。水解酸化的優(yōu)勢微生物主要為兼性的水解酸化菌,其生長環(huán)境較寬松,對溫度、pH 適應性較強,可在較短的 HRT內(nèi),有效地轉(zhuǎn)化和降解某些毒性物質(zhì)和難生物降解物質(zhì),改善廢水的生物降解性能〔5〕。MBR是將膜分離裝置與生物反應器結(jié)合而成的一種新型污水處理系統(tǒng),其與傳統(tǒng)的二沉池相比,既達到了良好的固液分離效果,又減小了占地面積,運行控制靈活穩(wěn)定。
2.1 污泥培養(yǎng)馴化與啟動
水解酸化的主要目的是將原廢水中的非溶解性有機物轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙庑杂袡C物,將難降解有機物轉(zhuǎn)變?yōu)橐捉到庥袡C物,從而提高廢水的可生化性,為后續(xù)生物處理提供良好的基質(zhì)條件〔4〕。水解酸化的優(yōu)勢微生物主要為兼性的水解酸化菌,其生長環(huán)境較寬松,對溫度、pH 適應性較強,可在較短的 HRT內(nèi),有效地轉(zhuǎn)化和降解某些毒性物質(zhì)和難生物降解物質(zhì),改善廢水的生物降解性能〔5〕。MBR是將膜分離裝置與生物反應器結(jié)合而成的一種新型污水處理系統(tǒng),其與傳統(tǒng)的二沉池相比,既達到了良好的固液分離效果,又減小了占地面積,運行控制靈活穩(wěn)定。
水解酸化與MBR所用接種污泥取自佛山市三水區(qū)大塘工業(yè)園污水廠的剩余污泥。HA段污泥接種量按6 g/L設(shè)計,由于印染廢水可生化性較差,碳、氮、磷營養(yǎng)比失調(diào),污泥培養(yǎng)期按照體積比為1∶1稀釋印染廢水,稀釋水主要采用該企業(yè)生活區(qū)及相鄰工業(yè)園的生活污水,并采用人工投加外源葡萄糖、磷酸二氫鉀、尿素等方式適量補充營養(yǎng)物質(zhì),以間歇進水-間歇排水方式運行。運行5 d后,MLSS穩(wěn)定在4 g/L,進水和排水量由1/4池容逐漸增大到1/3池容,同時逐步增加進水中印染廢水的比例至100%并開始少量排泥。
同時,MBR段從第5天開始也按6 g/L接種污泥,根據(jù)COD按照m(C)∶m(N)∶m(P)為100∶5∶1投加磷酸二氫鉀和尿素。15 d后反應器出水COD、MLSS、色度都達到相對穩(wěn)定狀態(tài),啟動結(jié)束。
2.2 HA-MBR連續(xù)運行效果
連續(xù)運行期間,HA段和MBR段的運行效果分別如圖 1和圖 2所示。
連續(xù)運行期間,HA段和MBR段的運行效果分別如圖 1和圖 2所示。
圖 1 連續(xù)運行期間HA的運行效果
連續(xù)運行期間,HA段DO為0.2~0.4 mg/L,MBR段DO控制在1.8~2.5 mg/L。
圖 2 連續(xù)運行期間MBR的運行效果
由圖 1可知,HA段在16~70 d之間運行平穩(wěn),色度、COD去除率分別為54%~65%、48%~58%。廢水可生化性變化顯著,從正式運行初期的0.49迅速上升,到40 d后穩(wěn)定在0.78~0.85,可生化性大大改善。值得注意的是,MBR段(見圖 2)對COD、色度和氨氮的去除分為2個不同階段,16~45 d為Ⅰ階段,至該階段COD、色度和氨氮的總?cè)コ史謩e為86%~95%、67%~82%、76%~90%;46~70 d為Ⅱ階段,至該階段COD、色度和氨氮去除率分別上升至94%~98%、78%~84%和88%~92%,且趨于穩(wěn)定。印染廢水的可生化性對MBR的運行效果有很大影響。印染廢水中可能存在2類有機物,一部分易于生物降解,可在HA段微氧條件下得到去除;而較難降解部分則可通過HA段中的馴化污泥提高其可生化性,進而在MBR段得以去除。對于該企業(yè)印染廢水,馴化時間約為46 d。
2.3 臭氧投加量的確定及臭氧池運行效果
臭氧作為強氧化劑可氧化印染廢水中的多數(shù)有機物,并有效去除色度。經(jīng)HA-MBR處理后,廢水COD已降至50 mg/L以下,滿足廣東省《水污染物排放限值》(DB 44/26—2001)第二時段一級標準的 COD≤65 mg/L的要求,BOD≤15 mg/L,但色度仍高達35~90倍。在確定臭氧投加量實驗中發(fā)現(xiàn),臭氧投加量控制在8~10 mg/L即可有效去除色度,且增大投加量至20 mg/L也無明顯返色問題,該現(xiàn)象與部分文獻報道的不同〔6, 7〕,這可能與使用的染料種類不同有關(guān);另外,與傳統(tǒng)生物處理不同的是,MBR的膜截留作用也使出水中不溶性有機物和大分子有機物大大減少。根據(jù)小試結(jié)果以及從經(jīng)濟角度出發(fā),選擇臭氧投加量為8 mg/L。
臭氧作為強氧化劑可氧化印染廢水中的多數(shù)有機物,并有效去除色度。經(jīng)HA-MBR處理后,廢水COD已降至50 mg/L以下,滿足廣東省《水污染物排放限值》(DB 44/26—2001)第二時段一級標準的 COD≤65 mg/L的要求,BOD≤15 mg/L,但色度仍高達35~90倍。在確定臭氧投加量實驗中發(fā)現(xiàn),臭氧投加量控制在8~10 mg/L即可有效去除色度,且增大投加量至20 mg/L也無明顯返色問題,該現(xiàn)象與部分文獻報道的不同〔6, 7〕,這可能與使用的染料種類不同有關(guān);另外,與傳統(tǒng)生物處理不同的是,MBR的膜截留作用也使出水中不溶性有機物和大分子有機物大大減少。根據(jù)小試結(jié)果以及從經(jīng)濟角度出發(fā),選擇臭氧投加量為8 mg/L。
連續(xù)運行期間,臭氧氧化對廢水COD和色度的去除效果如圖 3所示。
圖 3 連續(xù)運行期間臭氧氧化除色、除COD效果
運行結(jié)果表明,實際運行中臭氧對COD和色度的去除率均略低于小試數(shù)據(jù),分別為25%~46%和58%~78.1%,出水色度為27~43倍,出水水質(zhì)不僅滿足廣東省《水污染物排放限值》(DB 44/26—2001)中的規(guī)定,且均滿足《紡織染整工業(yè)廢水治理工程技術(shù)規(guī)范》(征求意見稿)中對于回用水的建議值。
3 成本分析
該污水廠建設(shè)項目占地總面積約為2 500 m2,總投資為1 800萬元,折合噸廢水占地約1.2 m2,建設(shè)成本約2 800元。與傳統(tǒng)的印染廢水處理設(shè)施相比,由于省去了二沉池以及后續(xù)的絮凝池與沉淀池,節(jié)省占地面積約30%,但由于采用膜組件和臭氧發(fā)生器、密閉式接觸反應池等,以及對施工安裝工藝要求特別是管道附件防腐要求的提高,建設(shè)成本比采用傳統(tǒng)處理工藝約高32%〔8〕。
該污水廠建設(shè)項目占地總面積約為2 500 m2,總投資為1 800萬元,折合噸廢水占地約1.2 m2,建設(shè)成本約2 800元。與傳統(tǒng)的印染廢水處理設(shè)施相比,由于省去了二沉池以及后續(xù)的絮凝池與沉淀池,節(jié)省占地面積約30%,但由于采用膜組件和臭氧發(fā)生器、密閉式接觸反應池等,以及對施工安裝工藝要求特別是管道附件防腐要求的提高,建設(shè)成本比采用傳統(tǒng)處理工藝約高32%〔8〕。
直接運行成本
4 結(jié)論
包括:電費2.95元/m3,藥劑費0.76元/m3,污泥外運及處置費0.32元/m3,折合直接運行成本為4.03元/m3。
采用HA-MBR-臭氧工藝處理佛山市某印染企業(yè)產(chǎn)生的印染廢水,HA段和MBR段污泥接種量均為6 g/L,啟動期為15 d。運行期間,HA段對廢水色度、COD的去除率分別為54%~65%、48%~58%,BOD/COD從初期的0.49上升至0.78~0.85;MBR段對廢水COD、色度和氨氮的去除分為2個不同階段,16~45 d為Ⅰ階段,至該階段COD、色度和氨氮去除率分別為86%~95%、67%~82%、76%~90%;46~70 d為Ⅱ階段,相對于Ⅰ階段,Ⅱ階段的 COD、色度和氨氮去除率明顯上升,至此階段,COD、色度和氨氮去除率分別達到94%~98%、78%~84%和88%~92%。臭氧投加量為8 mg/L,其對COD和色度的去除率分別為25%~46%和58%~78.1%,出水色度為27~43倍。經(jīng)組合工藝處理后,出水水質(zhì)均滿足相關(guān)排放標準和回用水水質(zhì)要求,目前已嘗試將部分處理后達標廢水用于間接工藝補充水。
建議條件成熟時可從以下角度考慮對現(xiàn)有工藝加以改造:一是采用臭氧-生物活性炭進一步降低污染物濃度,穩(wěn)定水質(zhì),實現(xiàn)廢水處理后的回用和資源化;二是對MBR的運行工況進行優(yōu)化,減少膜堵塞和提高產(chǎn)水量。
KY-MBR廢水處理設(shè)備適合用于1-500m3/d中小型規(guī)模的生活廢水處理和回用
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