兼氧-好氧-混凝處理印染生活綜合廢水

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簡介： 采用水解酸化-活性污泥-物化工藝聯(lián)合處理含堿減量印染生活綜合污水，采取預(yù)曝氣、污泥回流和分級(jí)沉淀等措施，CODcr去除率約為89.1%，脫色效果可達(dá)到86%，最終出水水質(zhì)達(dá)到《紡織染整工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB4287-92）中規(guī)定的二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)行結(jié)果表明：該工藝具有耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，剩余污泥量少，難降解有機(jī)物去除率高等優(yōu)點(diǎn)，在含堿減量印染廢水處理中具有實(shí)用性。
關(guān)鍵字：印染廢水 水解酸化 活性污泥 剩余污泥 減量化

浙江紹興污水處理廠的廢水由生活污水和工業(yè)廢水組成，其中印染廢水占80%，印染廢水中堿減量廢水占10%；印染/生活混合污水的COD_cr、色度等主要來源于印染、印花過程中使用的染料、顏料助劑等。染料以分散染料為主，占總用量的50%以上；另外還有大量的陽離子染料，硫化染料、活性染料和其他染料。從總體上看，混合污水COD_cr濃度高、色度深、堿性強(qiáng)、可生化性差等特點(diǎn)。據(jù)此，采取以“水解酸化-活性污泥法”為主的工藝路線并加以改良，同時(shí)輔以必要的預(yù)處理和后續(xù)處理手段并獲得成功。出水達(dá)到文獻(xiàn)^[1]中規(guī)定的二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

1 廢水水量及水質(zhì)參數(shù)

廢水主要來源于紹興部分接管印染廠、城市污水及堿減量廢水預(yù)處理后的出水。水量為3×10⁴t/d，其主要水質(zhì)指標(biāo)見表1。水質(zhì)在一天內(nèi)的變化情況見圖1，水質(zhì)隨季節(jié)變化規(guī)律見圖2。從圖1可以看出，一天內(nèi)COD_cr峰值(接近2000 mg/L)出現(xiàn)于早上5～9時(shí)和晚上9～12時(shí)，COD_Cr谷值(接近1300 mg/L)出現(xiàn)于下午2時(shí)左右，水質(zhì)晝夜變化幅度高達(dá)700mg/L；從圖2可看出，3~5月份為印染廢水堿減量生產(chǎn)旺季，平均COD_Cr濃度較高，大于1500mg/L；6月份為梅雨季節(jié)，平均COD_Cr濃度降至1500mg/L以下；2月份為農(nóng)歷春節(jié)，[COD_Cr]波動(dòng)最大。

表1  主要水質(zhì)指標(biāo)及排放標(biāo)準(zhǔn)   

2 工藝流程

根據(jù)該廠廢水水質(zhì)特性，設(shè)計(jì)如下的工藝流程見圖3。普通印染廢水、生活污水和經(jīng)預(yù)處理后的堿減量印染廢水經(jīng)各級(jí)泵站提升后進(jìn)入污水廠穩(wěn)流池，經(jīng)過自動(dòng)格柵去除懸浮物，防止雜物堵塞提升泵，后入調(diào)節(jié)池進(jìn)行水量的調(diào)節(jié)和水質(zhì)的均化，調(diào)節(jié)池安裝穿孔管曝氣系統(tǒng)，進(jìn)行預(yù)曝氣以均化水質(zhì)、氧化部分COD_cr和吹脫硫化物，pH值大于11時(shí)加酸中和。調(diào)節(jié)池污水經(jīng)潛污泵提升至兼氧池水解酸化后經(jīng)過中沉池沉淀厭氧污泥后進(jìn)入曝氣池，兼氧池底鋪設(shè)穿孔曝氣系統(tǒng)，定期曝氣，防止池內(nèi)污泥淤積；池內(nèi)設(shè)置彈性填料，以利于世代周期長的兼氧微生物附著生長。曝氣池采用活性污泥法，其色度去除效率優(yōu)于接觸氧化池，采用離心風(fēng)機(jī)和微孔曝氣管供氣，以提高氧轉(zhuǎn)移效率、降低能耗和減少噪音污染。曝氣池出水?dāng)y帶的生物污泥經(jīng)二沉池沉淀后，出水進(jìn)入折板絮凝池，通過投加AL₂(SO₄)₃和PAM進(jìn)一步去除殘余的懸浮物、色度和COD_cr，出水達(dá)標(biāo)后流入排水泵房，排入曹娥江入?？凇Ｆ渲袇捬跷勰嗖糠只亓髦良嫜醭?；好氧污泥部分回流至曝氣池，當(dāng)出現(xiàn)污泥膨脹時(shí)部分回流至兼氧池；剩余的污泥經(jīng)過污泥泵房提升至污泥濃縮池，濃縮后污泥經(jīng)過帶式壓濾機(jī)脫水后，泥渣外運(yùn)填埋。

圖3 廢水處理工藝流程圖

3 工藝特點(diǎn)分析

3.1 調(diào)節(jié)預(yù)曝氣

由于來水來自多家印染廠和城市污水，因此水量水質(zhì)多變，預(yù)曝氣能有效地均化水質(zhì)。而且由于有的印染廠采用硫化染料，染色廢水中殘余的硫化染料和硫化助劑含量較高，硫化物對(duì)微生物有很強(qiáng)的抑制和毒害作用。硫化堿是強(qiáng)還原劑，如進(jìn)入曝氣池則大量消耗氧氣，可使溶解氧急劇下降^[2]。因此采用預(yù)曝氣能有效地將硫化物氧化或吹脫除去。

3.2 水解酸化

染料、助劑大多是高分子化合物，慢速生物降解有機(jī)物和難生物降解有機(jī)物所占比重較高，可生化性差，直接好氧生物處理對(duì)色度和難生物降解有機(jī)物的去除率不高，這是因?yàn)槟承┤玖稀⒅虚g產(chǎn)物和添加劑在單純好氧條件下分子結(jié)構(gòu)很難破壞，生物降解半衰期很長^[3]；而嚴(yán)格意義上的厭氧生物處理對(duì)設(shè)備和環(huán)境的要求較高，因此采用兼氧水解酸化( Hydrolization )工藝，利用厭氧工藝的前兩段，即把反應(yīng)控制在第二階段之前，即第一階段水解；第二階段酸化；不進(jìn)入第三階段酸性衰退和第四階段甲烷化。

圖1  CODcr日變化圖

圖2  CODcr月變化圖

水解工藝系統(tǒng)中的微生物主要是兼性微生物，它們?cè)谧匀唤缰械臄?shù)量較多，繁殖速度較快^[4]。其主要作用是使難降解有機(jī)物及其發(fā)色基團(tuán)解體、被取代或裂解(降解)，從而降低廢水的色度，改善可生化處理性。即使不能直接降低廢水色度，由于分子結(jié)構(gòu)或發(fā)色基團(tuán)已發(fā)生變化，也可使其在好氧條件下容易被降解并脫色，降低后續(xù)生物處理的負(fù)荷，提高后續(xù)處理的穩(wěn)定性和效果^[5]。同時(shí)水解產(chǎn)生的有機(jī)酸可以有效地中和部分堿度，將pH值降至10.5以下，這樣就省去了加酸調(diào)pH值的麻煩，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。

3.3  分步沉淀

在兼氧池的末端設(shè)置一中沉池，在曝氣池末端設(shè)置二沉池，將水解酸化產(chǎn)生的厭氧污泥和曝氣池產(chǎn)生的好氧污泥分開來。這樣兩種不同性質(zhì)的污泥嚴(yán)格分開，互不混雜，有利于各自回流及控制污泥膨脹。

圖4  1-6月份COD_cr去除圖

圖5 1-6月份色度去除圖

3.4 污泥回流

實(shí)行多級(jí)污泥回流是該工藝的一個(gè)重要特點(diǎn)。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，掛填料的水解酸化池主要利用填料上的生物相，液相中不需要維持較高的生物量。剩余污泥少，不需要回流一直被認(rèn)為是該法的主要優(yōu)點(diǎn)。但經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)提高水解酸化池內(nèi)污泥濃度，增加液相中的生物量，對(duì)于高濃度、高色度的印染廢水處理來說是有利的。通過污泥回流，一方面可以稀釋進(jìn)水濃度，增加有機(jī)物的吸附量；另一方面可以增大進(jìn)水端污泥濃度，降低污泥負(fù)荷，提高耐沖擊負(fù)荷的能力。

另外，通過污泥回流可以延長污泥泥齡，增大世代時(shí)間長的厭氧微生物的停留時(shí)間，從而減少污泥排放量^[6]。

曝氣池采用活性污泥(Activated Sludge)工藝,其用于印染廢水處理中比接觸氧化法的顯著優(yōu)點(diǎn)是脫色效果明顯，利用活性污泥巨大的比表面積和良好的吸附性能，發(fā)色基團(tuán)多是大分子有機(jī)物，易于被活性污泥吸附。而活性污泥法相對(duì)接觸氧化法的一個(gè)最大弊端是其會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象；出現(xiàn)這種現(xiàn)象的一個(gè)重要原因是絲狀菌大量增殖，而其高度松散的絮狀結(jié)構(gòu)使得污泥難以沉降，為解決此問題，二沉池污泥除了回流至曝氣池保證其污泥濃度外，把多余污泥部分回流至兼氧池，部分排至污泥濃縮池。好氧污泥回流至兼氧池，維持缺氧時(shí)間10h以上，可有效地抑制絲狀菌的生長，從而達(dá)到控制絲狀菌污泥膨脹的目的。對(duì)于嚴(yán)重有機(jī)負(fù)荷沖擊所致的污泥膨脹，厭氧控制比缺氧控制更有效。

為使厭氧污泥與廢水充分反應(yīng)，在池底設(shè)置穿孔管曝氣系統(tǒng)，對(duì)兼氧池微量曝氣，既維持DO在低濃度水平，又達(dá)到混合攪拌的目的?？梢杂行г鲞M(jìn)水解酸化效果，減輕后續(xù)好氧處理負(fù)荷，打開發(fā)色基團(tuán)，脫色明顯，同時(shí)可以促進(jìn)好氧污泥厭氧消化，達(dá)到污泥減量化的目標(biāo)，大大減輕了污泥處理費(fèi)用。

3.5 物化處理

經(jīng)過兼氧水解和好氧生化處理后的廢水，一般情況下，其pH值、CODcr及SS能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，但色度常有超標(biāo)現(xiàn)象；且當(dāng)3～5月份，當(dāng)大量堿減量廢水進(jìn)入廢水處理廠時(shí)，往往生化系統(tǒng)負(fù)荷過高，為防止CODcr超標(biāo)，故在生化系統(tǒng)后端設(shè)置折板絮凝池，作為把關(guān)工藝，確保色度降至80倍以下和保障CODcr排放濃度。絮凝劑AL₂(SO₄)₃與混凝劑PAM的復(fù)配使用能有效去除SS、CODcr、色度和降低藥劑用量。其中AL₂(SO₄)₃投加量為300～500mg/L，PAM投加量為0.3～1.0mg/L。

4系統(tǒng)運(yùn)行情況

本系統(tǒng)從2001年8月份進(jìn)水開始調(diào)試，至2001年12月底，系統(tǒng)出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，但至2002年1月份后由于大量春節(jié)生活污水和堿減量廢水進(jìn)入，污泥發(fā)生大量膨脹現(xiàn)象，啟用好氧污泥部分回流至兼氧池工藝，有效抑制了污泥膨脹問題，出水逐漸好轉(zhuǎn)并趨于穩(wěn)定。經(jīng)過為期一年的運(yùn)試，得到紹興污水處理廠生化系統(tǒng)正常運(yùn)行的主要控制參數(shù)為：

①污泥濃度、沉降比和污泥指數(shù)

厭氧池：[MLSS] = 4～5g/L，污泥指數(shù)SVI = 50～70，[MLVSS]/[MLSS] = 0.6；曝氣池：[MLSS] = 4～5g/L，SVI = 100～150，[MLVSS]/MLSS = 0.58

②污泥齡：15~20d。

③回流比：50~70%。

④供風(fēng)量：12.03～14.44m³/1kgCOD。

2002年1月份～2002年6月份部分運(yùn)行結(jié)果見圖4、圖5。原水水質(zhì)(平均)pH為11，色度500倍，COD_cr為1545 mg/L；處理后水質(zhì)(平均)pH為7.6，色度為70倍，COD_cr為169 mg/L；去除率COD_cr為89.1% ，脫色率為86%。

5 結(jié)果與討論

(1) 兼氧池的設(shè)置對(duì)于含堿減量印染廢水生化處理是相當(dāng)重要的，它既可較好地改善廢水的可生化性和降低pH值，為后續(xù)活性污泥法氧化提供了條件；又可有效地通過污泥回流至兼氧池來控制污泥膨脹問題和實(shí)現(xiàn)污泥減量的目的。

(2)一年多來的運(yùn)行表明活性污泥法對(duì)印染/生活廢水的處理是有效的，其去除COD_cr、色度效率高，耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)；但生化系統(tǒng)易發(fā)生絲狀菌污泥膨脹問題，根據(jù)絲狀菌對(duì)缺氧和厭氧環(huán)境敏感的特性，通過工藝調(diào)整可以有效地控制污泥膨脹。

(3)印染/生活混合污水量與COD_Cr同步變化。這種“雙雙升高”造成污染負(fù)荷的大幅度變化，給污水處理廠的正常運(yùn)行帶來巨大困難，因此物化處理對(duì)出水達(dá)標(biāo)排放起到了關(guān)鍵性的作用。

(4) 硫酸鋁是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的混凝劑?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，硫酸鋁的最佳投藥量為350~500mg/L，COD去除率在50%~68%之間，處理成本為0.21~0.3元/m³廢水。PAM與硫酸鋁的配合使用可以顯著提高出水水質(zhì)，減少硫酸鋁的用量。

Treatment of dyeing and sewage wastewater by anoxia-aerobe-coagulation technology

DING Kai  CHEN Ji-hua  ZHANG Hua

(College of Environmental Science & Engineering, Donghua University, Shanghai 200051,China)

Abstract: Textile printing dyeing wastewater containing alkali-minimization dyeing wastewater and municipal wastewater is treated by hydrolytic acidification-activated sludge-coagulation process. Some steps such as pre-aeration, return sludge, grade sedimentation and so on have been taken. The COD_cr removal rate is about 89.1%, the efficiency on decolourization can reach 86%. The end effluent quality meets the requirement of Grade 2, Discharge Standard for Contamination of Textile Printing and Dyeing Industry (GB4287-92). The running results show that it is of advantage for less residual sludge , stronger impact load endurance and high removal efficiency on refractory organisms, and it has applicability in the treatment of textile printing and dyeing wastewater contains alkali-minimization dyeing wastewater.

Key-words： dyeing wastewater ; hydrolysis-acidification ; activated sludge ; excess sludge ; reducing quantity

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