（环境工程专业论文）水解酸化接触氧化物化工艺处理印染废水应用研究.pdf

摘要 摘要 iiiiiii i i ii i i i ii iii i i i i i i ii i i y 2 2 6 2 5 6 6 印染废水普遍具有：有机物浓度高、p h 高、色度高、可生化性差的特点。 本论文针对南昌市某印染公司在印染废水处理中遇到的实际问题，在深入调查 的基础上，经过印染废水处理模拟实验取得经验参数，继而指导该工厂废水处 理改造工程，实现了对该印染公司印染废水的达标排放。并根据环保规定采取 措施提高了该厂的水循环利用率，使得进入污水处理站的废水由4 0 0 0 m 3 d 减少 到3 0 0 0 m 3 d ，并做到部分出水回用，水的循环利用率可提高到2 5 ，节约了水 资源，降低了该厂的生产成本。 根据该公司的印染废水水质的实际情况，采用“水解酸化+ 生物接触氧化+ 物化”的印染废水的处理工艺，经调试运行表明： ( 1 ) 水解酸化池挂膜稳定后，能使b c 比从o 1 5 提升到o 4 2 ，增加可生化 性；且色度的去除率达到5 0 。 ( 2 ) 接触氧化池中c o d 和n h ；一n 的去除率分别达到7 4 和7 8 。 ( 3 ) 当水解酸化池的h r t 为1 4 h ，生物接触氧化阶段h r t 为5 h 的情况下， 生物接触氧化工艺对印染废水c o d 的去除率能维持在8 3 左右，水解酸化池对 印染废水色度去除率基本保持在6 1 左右。 ( 4 ) 整个工艺运行稳定，出水水质能够满足纺织染整工业水污染物排放 标准( g b 4 2 8 7 9 2 ) 表3 中的i 级标准。 ( 5 ) 采用“超滤+ 反渗透系统对印染废水出水进行深度处理发现，其效 果显著，能保证其出水水质满足城市污水再生利用城市杂用水水质 ( g b t 1 8 9 2 0 2 0 0 2 l 中对中水回用的相关指标要求。 关键词：印染废水；混凝沉淀；接触氧化；水解酸化 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ec h a r a c t e r i s t i c so f p r i n t i n ga n dd y e i n gw a s t e w a t e r u s u a l l ya r eh i g hc o n c e n t r a t i o n o fo r g a n i cm a t t e r , h i g hp ha n dh i g hc h r o m a t i c i t ya n dl o wb i o d e g r a d a b i l i t y t h i sp a p e r a i m st ot h ea c t u a ld i f f i c u l t i e so fp r i n t i n ga n dd y e i n gw a s t e w a t e rp r o d u c e db yo n e c o m p a n y i nn a n c h a n g 灿et r e a t m e n to fp r i n t i n ga n dd y e i n gw a s t e w a t e ro ft h i sc o m p a n y r e a l i z e dd i s c h a r g i n gs t a n d a r dt h r o u g ht h ei n - d e p t hi n v e s t i g a t i o nt og e tt h ee x p e r i e n c e s p a r a m e t e r sb ys i m u l a t i o ne x p e r i m e n t sa n dg u i d et h er e s t r u c t i o np r o j e c to fw a s t e w a t e r t r e a t m e n t t h eu t i l i z a t i o nr a t eo fw a t e rc i r c u l a t i o ni si m p r o v e dt oa b o v e2 5 b yt a k i n g d i f f e r e n tm e a s u r e sa c c o r d i n gt oe n v i r o n m e n t a lr e g u l a t i o n s ，a n dt h ew a s t ew a t e ri n l e to f t h es e w a g et r e a t m e n ts t a t i o ni sr e d u c e df r o m4 0 0 0 m 3 dt o3 0 0 0m 3 d , w h i c hc a nr e a l i z e p a r to fw a t e r r e u s ea n ds a v ew a t e rt h e nr e d u c et h ec o s to f p r o d u c t i o n a c c o r d i n gt o t h ew a t e rq u a l i t yo fp r i m i n ga n dd y e i n gw a s t e w a t e r , w et a k i n g ” h y d r o l y s i sa c i d i f i c a t i o n + b i o l o g i c a lc o n t a c to x i d a t i o n + c o a g u l a t i o np r e c i p i t a t i o n ” w a s t e w a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g y , t h et e s tr e s e a r c hs h o w st h a t ： ( 1 ) o n l yh a n d e dm e m b r a n ei nt h et x ) o la c i dh y d r o l y s i si ss t a b l y , t h eb cc a nu p g r a d e f r o m0 15t o0 4 2 i n c r e a s e db i o d e g r a d a b i l i t y ；a n dc h r o m ar e m o v a lt a t er e a c h e d5 0 ( 2 ) t h er e m o v a lr a t e sb o t hc o d a n dn h 4 + - na r e7 4 a n d7 8 i no x i d a t i o nt a n k ( 3 ) w h e nt h ep o o la c i dh y d r o l y s i so fh r ti s1 4 h ，a n dt h eb i o l o g i c a l s5 h ， b i o l o g i c a lc o n t a c to x i d a t i o np r o c e s so fp r i m i n ga n dd y e i n gw a s t e w a t e rc o d r e m o v a l e f f i c i e n c yc a nb em a i n t a i n e da ta b o u t8 3 ，a n dt h ec l l r o m ar e m o v a li sa b o u t6 1 ( 4 ) w h o l e p r o c e s ss t a b l eo p e r a t i o n ，e f f i u e mw a t e rq u a l i t y c a nm e e tt h e d i s c h a r g e s t a n d a r do fw a t e rp o l l u t a n tf o r d y e i n g a n d f i n i s h i n g o ft e x t i l e i n d u s t r y ( g b 4 2 8 7 - 9 2 ) r e q u i r e m e n to fl e v e lii nt a b l e3 ( 5 ) u s i n gt h es y s t e mw i t hu l t r a f i l t r a t i o na n dr e v e r s eo s m o s i st op r o c e s sp r i n t i n ga n d d y e i n gw a s t e w a t e r , i tf o u n dt h a ti t se f f e c ti ss i g i n f i c a n t ，a n de i l s u r ew a t e rq u a l i 够t om e e t r e u s eo fr e c y c l i n gw a t e rf o ru r b a nw a t e rq u a l i t ys t a n d a r df o ru r b a nm i s c e l l a n e o u s w a t e rc o n s u n p t i o n ( g b t 18 9 2 0 2 0 0 2 ) b a c ko nt h ew a t e rw i mr e l a t er e q u i r m e n t s k e yw o r d s ：p r i n t i n ga n dd y e i n gw a s t e w a t e r ；c o a g u l a t i n gs e d i m e n t a t i o n ；c o n t a c t o x i d a t i o n ；h y d r o l y s i sa c i d i f i c a t i o n t 1 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 印染废水水质特征及危害 1 1 1 来源与水质 作为我国国民经济重要组成部分之一的纺织工业，在国民经济发展中起着 不可取代的作用。经过近3 0 多年的快速发展，纺织产业己形成衔接上、中、下 游，门类齐全的行业体系。棉布、棉纱、化纤产品、丝织品、服装和呢绒等主 要产品产量列居世界首位，我国单2 0 0 6 年纤维产量就达2 8 0 0 万吨，约占全球总 产量的4 0 左右，这说明我国已然成为当今世界上最大的纺织生产国i l j 。 根据环保部颁布的( ( 2 0 1 0 年环境统计年报，它指出：在2 0 1 0 年期间，全 国各类废水排放总量达至1 j 6 1 7 3 亿吨，l 1 , 2 0 0 9 年增加了4 7 ；其中，工业废水的 排放总量达至u 2 3 7 5 亿吨，l 1 , 2 0 0 9 年增加了1 3 。在当年统计的3 9 个行业中，各 类工业废水排放总量位居前四位的行业依次分别为：造纸与纸制品业、化学原 料及化学制品制造业、纺织业和农副食品加工业。这4 个行业排放的废水排放量 为1 0 9 1 亿吨，占这些重点统计行业废水总排放量的5 1 5 ，见图1 1 。在2 0 1 0 年 行业的统计中，c o d 排放量位居前四位的行业依次分别为：造纸与纸制品业、 农副食品加工业、化学原料及化学制品制造业和纺织业，这4 个行业的c o d 排放 总量约为2 1 9 5 万吨，污染的贡献率占总体的6 0 0 ，见图1 2 ；其中，4 个重点行 业的c o d 污染贡献率变化规律见表1 1 。 尸，_ - - 一j i i 口6 7 0 。 口造纸业圜化学原料及制品业口纺织业口农副食品加工业其它行业 图1 12 0 1 0 年我国工业行业废水排放情况 f i g 1 1c h i n e s ei n d u s t r i a lw a s t e w a t e re m i s s i o n si n2 010 1 第1 章绪论 口8 2 口造纸业圜农副食品加工业口化学原料及制品业口纺织业其它行业 图1 22 0 1 0 年我国工业行业c o d 的排放情况 f i g 1 2c h i n e s ei n d u s t r i a lw a s t e w a t e re m i s s i o n so fc o d i n2 010 由图1 1 、图1 2 可以看出，纺织业在全国工业行业废水排放量和c o d 排放 量中均排第四位，这说明纺织业已然成为当前我国工业污染防治的重点行业之 。 表1 1 重点行业c o d 污染贡献率变化趋势( 单位：) t a b 1 1c o d p o l l u t i o nc o n t r i b u t i o nr a t ec h a n g et r e n di nk e yi n d u s t r i e s ( ) 行业 2 0 0 3 钲 2 0 0 4 年2 0 0 5 年 2 0 0 6 年2 0 0 7 生2 0 0 8 钲2 0 0 9 年2 0 1 0 笠 造纸业 3 4 53 3 03 2 43 3 63 4 73 2 82 8 92 6 o 农副食品 1 4 41 3 31 3 71 2 81 2 81 4 91 3 91 3 6 加工业 化学原料 1 0 81 1 21 1 51 1 71 0 - 31 0 61 1 31 2 2 及制品业 纺织业 5 66 76 16 87 68 0 8 - 38 2 累计6 5 36 4 26 3 76 4 96 5 46 6 36 2 - 3 6 0 0 注：污染贡献率是指该行业某一种污染物排放量与所有统计行业中此污染物排放总量之比。 从表1 1 可以看出，纺织业的污染贡献率基本上是呈现出一种逐年上升的变 化趋势，但与2 0 0 9 年相比，2 0 1 0 年纺织业的污染贡献率有所降低，但总体上仍 然处于较高水平，因此，有必要采取措施来降低纺织业的污染量。 在n h ；一n 排放量方面，2 0 1 0 年位居前四位的行业依次分别为：化学原料 及化学制品制造业、造纸与纸制品业、农副食品加工业和纺织业，而这4 个行业 的日：一n 排放总量为1 4 0 1 0 4 吨，占整个重点调查统计企业h j n 排放量 的5 6 9 ，具体见图1 3 。 2 第1 章绪论 口7 1 u8 6 ”o 口化学原料及制品业固造纸业口农副食品加工业口纺织业- 其它行业 图1 3 工业行业n h ；一n 的排放情况 f i g 1 3t h ee m i s s i o n so fn h ：一ni ni n d u s t r i e s 印染废水约占整个纺织行业废水总量的8 0 ，化纤生产废水量约占废水总 量的1 2 ，另p b 8 则是其它类的纺织废水( 2 0 0 4 年行业估算数据) ，各类纺 织工业对应的废水排放情况见图1 4 。 r l 、 i n 纺够旧j 染废水排放带i 化纠废水排放黾d 具。匕睃水排放帚 图1 4 各类纺织工业废水排放情况 f i g 1 4t h et e x t i l ei n d u s t r ya l lk i n d so fw a s t e w a t e re m i s s i o n s 纺织废水通常主要包括：印染废水、洗毛废水、化纤浆粕废水、麻脱胶废 水和化纤生产废水等。作为纺织工业主要污染源之一的印染废水，它是加工棉、 麻、化学纤维及其它以混纺产品为主的印染企业排出的废水。印染行业产生的 废水量比较大、污染物排放总量也多，据统计【2 3 1 ，每印染加工i t 纺织品耗水 1 0 1 0 2 t 2 0 1 0 2 t ，其中8 0 9 0 成为废水，其排放的印染废水，它本身不仅 含有纤维原料本身所夹带的物质，还包含加工过程中所用到的油剂、染料、浆 料和化学助剂等，这些导致了c o d 变化大、p h 偏高、色度大、有机物含量高 第1 章绪论 及水温水量变化大等现象，从而影响了废水的处理效果。总的来说，印染加工 过程由四个工序构成，即：预处理工序、染色工序、印花工序和整理工序。其 中，预处理工序主要会产生四类废水，即：退浆废水、煮炼废水、漂白废水和 丝光废水；染色工序会产生染色废水；印花工序会产生印花废水；整理工序会 产生整理废水。各种废水的水质介绍如下【4 j ： ( 1 ) 退浆废水：退浆工序是通过化学药剂达到去除纺织物上的杂质和浆料 作用，使其便于后续工序的运行。此类废水水量小，呈碱性( p h 达到1 2 左右) ， 污染物浓度高，其中含有各种浆料及其分解物、淀粉、纤维屑和助凝剂等。以 往由于纺织厂多用淀粉为原料，废水中b o d 5 浓度很高，b c 大于0 3 ，适合可 生化处理，但随着技术的进步，印染厂所用浆料被c a m p v a ( 醋酸纤维素聚乙 烯醇) 所代替，从而使得废水中b o d 5 下降，c o d 升高，b c 偏低，造成其可 生化性差。 ( 2 ) 煮炼废水：煮炼工序是为了达到去除纺织物中所含有的蜡质、油剂、 果胶和机油等杂质的目的，采用了以烧碱和表面活性剂为主的化学药剂，此类 废水的水量大、温度高、呈强碱性、水体呈褐色、污染物浓度高，其中主要含 有蜡质、油脂、纤维素、果酸、表面活性剂、碱、含氮化合物等，c o d 和b o d 5 均较高，是组成印染染整废水中的主要有机污染源。 ( 3 ) 漂白废水：漂白主要是通过氧原子来氧化纺织物中的相关着色基团， 以达到使纺织物增白的效果，因此这也使得该类废水中的一般有机物的含量较 低。此类废水水量大，含污染物相对较少，废水中主要含有残余的漂白剂、少 量c h s c o o h 、n a 2 s 2 0 3 和乙二酸等。 ( 4 ) 丝光废水：此类废水含碱量较高，氢氧化钠含量在3 5 ，因实际上 由于绝大多数印染企业都会通过蒸发浓缩的方式回收氢氧化钠，所以丝光废水 一般很少外排，通常是经过多次重复使用后再排出，而使得排除的废水呈强碱 性，且c o d 、b o d 5 、s s 都较高。 ( 5 ) 染色废水：此类废水的水量大，主要成分包含以下几种，即：浆料、 助剂、染料和表面活性剂等。通常，废水水质是由所用的染料决定的，所以该 类废水通常呈强碱性，色度高，b c 低，使得可生化性差。 ( 6 ) 印花废水：此类废水的水量大，因为除了印花过程产生的废水外，它 还包括：印花后的水洗、皂洗废水，c o d 、b o d 5 及污染物浓度均偏高。 ( 7 ) 整理废水：此类废水的水量下，其中主要含有：纤维屑、树脂、浆料 4 第1 章绪论 和油剂等。 ( 8 ) 碱减量废水：此种废水属高浓度难降解有机废水，是涤纶仿真丝在碱 减量工序中产生的，其主要成分有涤纶水解物乙二醇和对苯二甲酸等，单对苯 二甲酸的含量就能达到7 5 。另一方面，碱减量工序过程中排放的废水，它的 c o d 可高达9 1 0 4 m g l ，由于高分子的有机物及部分染料是很难被生物降解的， 因此，碱减量废水具有有机物浓度高和p h 值高( 通常p h 1 2 ) l 拘特点。 1 1 2 特征与危害 纺织印染行业作为工业行业污水排放的主要来源之一，它产生的污水中主 要包含有纺织纤维上夹杂的污物、盐类、油脂以及在后续加工过程中添加的相 关浆料、表面活性剂、酸碱、染料、助剂等。总体说来，印染染整废水具有以 下四个特点： ( 1 ) c o d 浓度高、水质成分复杂、水质和水量都变化大，属于难处理类的 一种工业废水。目前，由于化学纤织物的快速发展，以及仿真丝的大量运用和 行业对印染后整理要求上的提高，使得p v a ( 聚乙烯醇) 浆料、各类新型染料、 人造丝碱解物和新型助剂等较难降解的有机物大量的进入到纺织印染废水，使 得c o d 浓度也从原来的数百毫克每升上升到3 0 1 0 3 5 0 1 0 3 m g l 。 ( 2 ) p h 偏高，例如以硫化染料和还原染料产生的废水，它的p h 能达到1 0 以上，而像丝光和碱减量类的，它的p h 可达到1 4 。 ( 3 ) 由于废水中含有大量的染料、浆料及助剂等，使得其色度偏高，且废 水的粘性大，尤其是近些年，国外市场开发出了丝光黑、丝光蓝、特深黑、特 深蓝等印染工艺，它们都要大量使用硫化染料和n a e s 等印染助剂，从而使得废 水的色度偏高。 ( 4 ) 由于受加工品种和产量变化的影响，导致水温和水量都变化较大，且 其水温通常能达到4 0 以上。 据不完全统计【5 】，我国排放的印染废水量约为3 0 1 0 6 t 4 0 1 0 6 t d ，折合 排放量约为6 5 1 0 8 t a 。在纺织印染业的水耗及排污方面，我国同其它发达国家 相比，水耗方面我国是发达国家的1 5 倍2 0 倍；在单位排污总量上，我国是发 达国家的1 2 倍1 8 倍。目前，随着科学技术的迅速发展，印染行业可利用到的 材料的品种也越来越多，并慢慢的呈现出化学原料代替原有天然原料的变化趋 势，因此，这也使得现在的印染废水的处理难度也随之大幅度增加。据估计【6 j ， 5 第1 章绪论 全球纺织行业每年需用4 0 多万吨染料，但印染加工的过程中约有1 0 2 0 的 染料是作为废水被排入大海、江河、湖泊和地面水中。此外，印染废水中的某 些染料因为能吸收光线，致使水体透明度降低，进而容易因此造成视觉上的一 种污染；另一方面，废水中的大部分有机物，排入水体后将消耗水体中的溶解 氧，从而对水环境生态平衡造成一定的破坏，并将影响水体生物和某些微生物 的生长，这将不利于水体的自我净化；同时，废水中也会含有的c r 、p b 、h g 等 重金属盐类，对于这些物质，采用一般的生化处理法是难以降解的，因此，它 们能在自然环境下长期存在，并可能会通过食物链进入人体，危害人类健康。 虽然，印染废水含有某些相对无害的酸、碱、盐和肥皂等洗涤剂，但却不 能忽视它们对环境带来的影响。近些年，由于大部分净洗剂中都含氮磷的化合 物，且在印染各道工序中也经常使用尿素，这使得废水中t n 和t p 的含量升高， 因此，长期不合理的排放也将会使收纳水体出现一定程度的富营养化现象。就 像池塘出现大面积死鱼现象和近海水域发生赤潮现象，这些就是对水体富营养 化危害最好的证明。 1 2 印染废水处理现状及趋势 1 2 1 处理现状 1 2 1 1 物化法处理印染废水的现状 气浮法 气浮分离【7 1 是在废水中添加混合机或浮选剂，并通入大量微气泡，是废水中 细小颗粒物与微气泡粘合，并依靠气体的浮力达到固液分离的一种方法。该方 法在2 0 世纪8 0 年代以前，多用于分析化学和分离离子类物质，并取得了较好 的效果；到2 0 世纪9 0 年代后，该技术逐渐开始应用于稀溶液中的有机物分离， 近些年来，该方法已经在染料和染色废水的处理中得到了较为广泛的运用8 1 。于 锋【9 】等利用加压溶气气浮法处理印染废水，结果发现该法对印染废水中的s s 具 有较好的去除效果；吉晓敏1 0 】采用厌氧水解酸化生物接触氧化气浮法处理印染 废水，结果最终出水达到纺织染整工业水污染物排放标准( g b 4 2 8 7 1 9 9 2 ) 的 i 级标准。 气浮法的优点是：气浮的过程中会增加水中的d o 含量，一旦浮渣含氧，则 不易发生腐化现象，进而更有利于后续的一些处理；气浮池的表面负荷高，h r t 6 第1 章绪论 ( 水力停留) 时间短，体积小，池深浅；浮渣的含水率较低，因此排渣很方便； 通过投加絮凝剂来处理废水时，所需要的药剂量较少。缺点是：耗电多，每立 方米废水比沉淀法多耗电0 0 2 0 0 4 k w h ，运营费用偏高；废水s s 浓度较高 时，减压释放器比较容易发生堵塞现象，因此，管理较复杂。 吸附法 吸附法是将活性炭、粘土等多孔物质的粉末或颗粒与废水混合，或让废水 通过由其颗粒状物组成的滤床，使废水中的污染物质被吸附在多孔物质表面上 或被过滤除去。其中，吸附剂必须具备良好吸附性能且易再生的特点，常用的 吸附剂有活性炭、经过结构改造的离子交换树脂、炉渣，煤渣、粉煤灰，黏土 等。最近几年，国内外学者在大量的实验研究基础上发现：活性炭纤维对印染 废水有较好的去除率，木材纸浆能使印染废水脱色【1 。p a l aa y s e g u l t l 2 1 等将活性 炭投加活性污泥法处理印染废水，当活性炭投加质量浓度为2 0 0 m g l 时，色度 的去除率达到7 7 ，当投加的浓度增加至4 0 0 m g l 时，色度的去除率达8 6 ， 处理效果虽好，但也产生了较大量的污泥。r a m a k r i s h n a t l 3 j 等采用廉价的泥炭、 钢厂炉渣、膨润土和飞尘作为吸附剂处理印染废水也取得了较好的效果。谢丹 平【1 4 j 等人采用连续膜过滤系统一活性碳吸附一精滤处理工艺处理印染废水，处 理后的水达到排放标准。 吸附法的优点是：天然材料、工农业废弃物经过适当的处理都具有较好的 吸附性能，成本低、来源广，具有应用价值。它的缺点是：吸附剂容易产生二 次污染。 混凝法 化学混凝法常用的混凝剂包括有极高分子型混凝剂、 无极高分子型混凝剂、无极低分子型混凝剂、微生物混凝剂等。目前的实验研 究表明【15 1 ，无极高分子混凝剂p a c ( 聚合氯化铝) 、肌s ( 聚合硫酸铁) 混凝效果一般要优于传统的铁盐和铝盐混凝剂 ， 因为p a c 、 p f s 中含有6 0 以上的带正电荷的聚羟阳离子，将其投入到印染废水中后， 这些聚羟阳离子可以迅速地参与电中和及压缩双电层作用，有效地使带电的 染料胶体失去稳定性而沉降。丁辉i l6 j 等人通过在p h 为7 时的水样中加入浓度 为2 9 l 的p a c1 4 m l 时，浊度去除率达9 5 7 ，色度去除率达7 3 1 。沈澄英 7 j 等人在水温5 0 、p h 为7 的条件下，职s 的投加量为1 0 0 0 m g l 、p a m 为 8 m g l ，实验结果发现：c o d 的去除率为8 5 8 ，透光率可达8 7 6 。 7 第1 章绪论 混凝法的主要优点工艺简单、工程投资少、废水处理量大、对疏水性染料 脱色效率很高；缺点是对废水的处理效果不稳定，需随着水质变化( 染料类型、 p h 、水温) 改变投料条件，对亲水性染料的脱色效果差、混凝法生成大量的泥 渣且脱水困难，增加了后期处理的成本，这是影响该方法推广应用的主要原因之 化学氧化法 化学氧化法是氧化法处理印染废水技术中一种应用较成熟的方法，它一般用 于印染废水的深度处理，放在二级处理之后，用于排放污水水质控制。化学氧化 法主要包括四类：高温深度氧化法、化学氧化法和光催化降解氧化法。主要原理 是使用化学试剂比如f e n t o n 试剂( f e 2 + 和h 2 0 2 ) 、0 3 、氯气、n a c l 0 等将染料分 子中发色基团的不饱和双键氧化断裂，形成小分子质量的有机物或无机物， 从而使染料失去发色能力，达到处理效果f 1 8 1 。芦春梅1 1 9 等人通过 硫酸活化秸杆炭黑制各活性秸秆炭素与化学氧化法结合处理印染废水炭，结果 表明：脱色率可达1 0 0 ，c o d 去除率达9 8 。 化学氧化法的优点：反应条件温和且容易控制，操作方便，选择性好。其 缺点是：氧化剂价格贵，有的对环境存在污染；多为问歇生产，生产能力低。 1 2 1 2 生物法处理印染废水现状 生物法是利用微生物的酶去氧化或还原燃料分子，破坏染料分子中的不饱 和键及发色集团，从而达到处理目的【2 0 】。它主要是利用微生物生命的代谢过程， 对印染废水中的相关污染物进行转移和转化，从而使废水得到净化的一种处理 方法，它是现代生物工程的一个重要分支。与物化法相比，生物法利用的是微 生物自身生长周期对有机碳、氮、磷、硫化物等物质的需要，进而在去除废水 中的有机碳、氮、磷、硫化物等方面具有优势。 此外，生物法还具有以下优势：污染物的生化转化过程是伴随微生物的 生存和发展过程实现的，这个过程是在温和的条件下完成的，对外界的环境比 如高温、高压无要求，因此成本低、效果好；微生物在自然界来源广、易培养、 繁殖快，适应环境的能力强，只要有条件的驯化就能处理各种工业废水。由于 生物法对c o d 和色度的去除率不高，所以，通常不会单独使用，但可作为预处理 或者深度处理。 目前应用的比较成熟的的生物处理法主要有活性污泥法、生物膜法和膜生 8 第1 章绪论 物法等。 a 活性污泥法 活性污泥法是以活性污泥为主的一种废水生物处理的方法。因其能分解大 量的有机物质，又能去除部分色度，还可对p h 进行调控，运转效率高且费用低， 出水水质较好，故被广泛用于废水处理领域。目前，常用的活性污泥处理工艺， 见表1 2 【2 1 2 5 1 。 表1 2 活性污泥法处理印染废水的几种最新工艺及其处理效果 t a b 1 2a c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s so fp r i n t i n ga n dd y e i n gw a s t e w a t e rs e v e r a ll a t e s tt e c h n o l o g ya n d i t st r e a t m e n te f f e c t c o d ( m g l 1 ) b o d 5 ( m g l q ) 色度( 倍) 工艺方法 进水出水进水出水进水出水 复合s b r 1 5 0 02 2 53 0 0 3 0 7 0 0 7 0 好氧生物流化床1 0 0 0 1 8 0 4 0 0 4 ( 满足设计要求) ；长深比：l 他= 2 2 2 = 1 1 ( 符合设 计要求) 7 ) 沉淀池底坡落差h 4 ： 2 6 第2 章印染废水处理示范工程 h 4 2 i l = 0 0 4 2 2 = 0 8 8 m ( 2 2 1 ) 8 ) 沉淀池周边有效水深： h o = h 2 + h 3 + h 5 = 2 0 + 0 5 + 0 5 = 3 0 m ( 2 2 2 ) 9 ) 污泥斗高度： 办6 = 去p 1 ) t a n 6 0 。= 去( 4 2 m = 1 7 3 m ( 2 2 3 ) z 二二 1 0 ) 沉淀池总高度h ： h = h o + h 4 + h 6 = 3 o + 0 8 8 十1 7 3 = 5 6 1 m ( 取h = 6 m ) ( 2 2 4 ) 综上计算，设计两个大的池体，则宽度2 b = 2 7 6 = 1 5 2 m ( 取1 6 m ) ，即池 体的总体规格为l b h ( m ) ：2 2 x1 6 6 ( m ) 2 3 处理示范工程设备 该示范工程的工程设备主要包括格栅井、调节池等主要构筑物和格栅、罗 茨风机等主要工程设备，具体的分别见表表2 6 和表2 7 所示。 表2 6 示范工程主要构筑物 t a b 2 6m a i ns t r u c t u r e si nd e m o n s t r a t i o np r o j e c t 序号设施名称尺寸结构数量 备注 1 格栅井4 0 1 5 2 0 ( m ) 砼1 座 2 组合池 2 3 5 2 2 5 6 0 ( m ) 砼1 座包括调节池、终沉池 3 水解酸化池 4 2 1 0 3 5 7 ( m 、 砼1 座 4 生物接触氧化池 2 2 1 6 6 ( m ) 砼1 座 5 二沉池 2 2 2 7 6 0 ( m ) 砼2 座 一用一备 6 流量堰 3 0 1 5 2 0 ( m ) 砖混 1 座 7 脱水机房 1 2 x8 0 4 5 ( m )砖混1 栋 8 鼓风机房 1 4x7 0 3 5 ( m )钢构1 栋 9 污泥浓缩池1 0 x 5 x 4 ( m )钢混 1 座 2 7 第2 章印染废水处理示范工程 表2 7 示范工程主要设备 t a b 2 7m a i ne q u i p m e n t si nd e m o n s t r a t i o np r o j e c t 序号设备名称规格型号单位数量备注 1 格栅非标 厶 2 口 2 空气混合装置非标套 l 3 三叶罗茨鼓风机 s s r 8 0 厶 2 利用原有 口 4 调节池提升泵w q l 0 0 - 1 5 7 5套 3 5 引水罐中8 0 0 1 2 0 0只 3 6 浮球液位计 l p f 套 2 7 电磁流量计 l d e 一2 0 0 厶 l e l 8 空气搅拌装置非标套 2 9 p h 在线监测仪 m p l l 3 套 1 1 0 加药装置 j y i i 套 3 o 7 5 k w 套 1 l 计量加药泵 g b l 5 0 0 厶 2 口 1 2 计量加药泵 g b 7 0 0 厶 1 口 1 3 组合填料 1 5 0 1 0 0 根 1 9 3 2 0 1 4 y c d t 型弹性填料 1 5 6 0 m 3 7 9 2 1 5 填料支架非标套 4 1 6 三叶罗茨鼓风机 s s r 2 0 0 套 3 1 7 曝气装置非标套 2 1 8 微孔曝气器 h y l 2 1 5 口 1 5 0 0 、 1 9 混凝反应器 h f 1 2 厶 1r - a 2 0 电控系统 r d k 1 2 厶 1 含液位自控及p l c 系统 r l 2 l 排泥泵 6 5 g w 2 5 一l5 2 2 厶 2 口 2 2 排泥泵 5 0 g w 2 5 3 0 14 厶 4 口 2 3 排泥泵 z w 6 5 3 0 1 8 厶 4 口 2 4 污泥泵 5 0 g w 2 0 15 1 5 厶 2 i ：z i 2 5 回用水泵 r s 一1 5 6 厶 2 一用一各口 2 6 带式压滤机 d n y - 5 0 0 厶 2 一用一备，滤带宽度为 口 5 0 0 m m 2 8 第2 章印染废水处理示范工程 2 4 处理示范工程运行 在水解酸化池和生物接触氧化池成功启动后，以印染废水原水作为系统进 水。小试研究结果表明：水解酸化池的水力停留时间( h i u ) 控制在1 4 h ；生物 接触氧化池的有效接触时间控制在5 h ；二沉池的沉淀时间维持在2 h ：p a c 浓度 为5 m g l 是印染废水处理后二沉池污泥浓度的最佳投药量。在后面深度处理的 中水回用阶段，使用的是d o w 公司的o m e x e l l s f p 2 8 6 0 超滤膜构成的超滤膜装 置，为了保证膜的正常有效运行，装置在运行1 0 5 1 2 0 m i n 进行一次夹气反洗； 反渗透膜使用的是d o w 公司的b w 3 0 3 6 5 f r 抗污染的反渗透膜，但为了降低 反渗透膜污堵结垢的风险，故需要在进水中投加分散剂t h 0 1 0 0 的反渗透阻垢 剂。 2 9 第3 章示范工程启动与运行 第3 章示范工程启动与运行 3 1 工艺启动特性 3 1 1 水解酸化池启动特性 通常印染废水中化学药剂、无机盐的含量过高，有机物含量相对较少，原水 缺乏合成微生物合成所必须的营养，因此其可生化性差。此外，染色废水由于 染料品种复杂、季节性变化较大，因此它也会影响其可生化性。因此，为了提 高其b c 比，需要设置一水解酸化池，利用池中驯化培养的兼性微生物，使废 水中的大分子和难降解有机物降解为小分子有机物，从而提高b c 比，并最终 利于后续的好氧生化处理。 3 玉 g v n 凸 o 古 o u 一 5 0 4 0 一誉 ：3 0u j j o 一 2 0 一 1 0 一 o l3b ，9 l l1 3l b l ，1 9z lz 3 z b 时间( d ) 图3 1 水解酸化池启动中b c 比变化 f i g 3 1t h eb cr a t i oi nt h eh y d r o l y s i sa c i d i f i c a t i o nt a n ks t a r t 采用人工废水( 开始阶段按实产印染废水与生活污水混合，对印染废水进 行稀释，随着挂膜过程的进行，通过逐渐减少废水的稀释倍数来平缓的过渡到 公司的实际废水水质范围，下同) 进行试验，从图3 1 可以看出，在为期2 6 天 的水解酸化池启动过程中，在刚开始的第一个星期内，由于微生物尚处于一个 挂膜调整适应阶段，其优势菌种不够突出，因此不能很好发挥菌种优势去将难 降解物质转化为可降解的有机物，另一方面，由于池内微生物本身生长需要有 3 0 第3 章示范工程启动与运行 能量的供应，因此它们会摄取废水中本身含量就不是很多的可降解的小分子有 机物将其转换为能量( 即，微生物对小分子有机物的利用量大于分解后所产生 的有机物量) ，从而使得水中b o d 含量下降，进而致使其出水的b c 比低，且 平均维持在0 1 5 左右，可见其可生化性差；但随着时间的持续，优势菌种逐渐 富集，挂膜效果逐渐变好，由于微生物分解大分子有机物产生的可降解的小分 子有机物大于其本身因能量需要而吸收的有机物，使得水体中有机污染物的比 例含量也相应升高，表现为整个水体的可生化性逐渐变好，当到第2 2 天时，其 b c 比就达到0 4 2 ，并在之后的三天也证实b c 比维持在0 4 2 0 4 4 ，可生化性 变好，这说明，水解酸化池已经启动成功。 由于印染废水中的色度是由生产过程中用了染料造成的，因此，水体色度 的去除，就是对染料的去除转化。在染料的种类区分上，这些染料的主要品种 可以分为：分散染料、纳夫妥染料、活性染料等。不同性质的染料，其去除原 理也各不一样，对于疏水性染料，由于它是以胶体或悬浮态存在废水中的，因 此，对这部分染料的去除可以通过混凝作用来实现；然而，对于像酸性染料、 活性染料、阳离子染料等亲水性染料，由于它们是以分子、离子状态存在于废 水溶液中的，因此，一般的混凝方法是很难去除这部分染料，但却可以通过微 生物的作用来实现对这类染料的去除。 其中，生物法脱色就是利用微生物酶去氧化或还原染料分子，达到破坏其不 饱和键及发色基团的目的，进而达到对有色染料分子的去除。具体过程是：脱 色微生物先将染料分子吸附和富集，接着再进行生物降解，染料分子通过一系 列氧化、还原、水解、化合等过程，最终将其降解为简单无机物或转化为各种 营养物及原生质，从而实现对色度的有效去除。 由图3 2 可以看出，在水解酸化池中微生物的作用下，出水的色度维持在一 个较稳定的状态，且其色度的去除率随着时间的推移慢慢升高，最后的去除率达 到5 0 左右，并维持着一个稳定的状态。造成这样的原因是：水解酸化池在刚开 始的启动阶段，其内部的微生物还处于一个调整适应期，因此整个设备对色度的 去除效率不高，但随着填料上微生物的积累增多，使得微生物与废水中染料分子 的接触机会增多，从而出现了色度去除率逐渐上升的趋势，当池内的微生物经过 2 5 天左右的培养驯化后，填料上微生物的整体构造基本达到理想状态，其对色度 的去除效率也接近其本身的最佳去除效率，并维持一个基本稳定状态。 3 1 第3 章示范工程启动与运行 ：j 5 0 ： 0 ( ) 2 5 ( ) 主2 0 0 、 蓍娜 10 0 5 0 ( ) 图3 2 水解酸化池启动中色度去除情况 f i g 3 2t h ec 1 1 r o m ar e m o v a li nt h eh y d r o l y s i sa c i d i f i c a t i o nt a n ks t a r t 3 1 2 接触氧化池启动特性 示范工程生物接触氧化池内接种污泥来自南昌市某印染有限公司污水处理 站二沉池的活性污泥。接种后反应器内s v 为4 3 ，m l s s 为3 4 7 0 m g l ，再以 经过稀释的印染废水为基质对污泥进行驯化培养。挂膜一般采用的接种驯化法 是闷曝气+ 间歇曝气的方法。反应器在曝气阶段强度不易太大，以免冲刷掉已挂 在填料上的生物膜，但必需具有一定的搅拌作用以保证活性污泥与填料的充分 接触。连续闷曝一段时间后，可观察到再填料的表层附着生长了一层黄褐色的 生物膜，手感粘稠且质薄，但生物膜并没有连片生长，用显微镜在5 0 0 倍的情 况下观察可见好氧生物膜上微生物相良好、稳定，并且发现了原生动物，如： 钟虫( 图3 3 ) 、累枝虫( 图3 4 ) 等。 馘薹e 。 麓 辍 鬣添魏鍪 运女通陵- 鞋t 0 蘸， 图3 3 钟虫 f i g 3 3t h ep i c t u r eo f v o r t i c e l l a 图3 4 累枝虫 f i g 3 4t h ep i c t u r eo fe p i s t y l i s 从图3 5 和图3 6 可以看出，示范工程生物接触氧化池启动采用逐步提高污染 3 2 女v簪篮文 6 5 4 3 2 第3 章示范工程启动与运行 物负荷来增加微生物量。在试验刚开始阶段，c o d 和m ”一n 的去除率波动较 大，这主要是由于接种的活性污泥附着在填料载体上，其状态由悬浮生长改为附 着生长，部分接种污泥本身尚未稳定，导致开始去除率有所下降，这是对新环境 的一个逐步适应的过程；随着驯化过程的继续，填料上的微生物种类、数量逐渐 增加，从而对c o d 和m ：一n 的去除率均下降不大，并且很快恢复，有继续升 高的趋势，并分别逐渐稳定在5 7 和5 3 左右；随后，由于进一步提高了进水浓 度( 有机物含量相应增多) ，更好的满足池内微生物对营养物质的需求，使得c o d 和n h ；一n 的去除效果相对稳定，此时反应器中新的颗粒污泥开始形成，颗粒污