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平板陶瓷膜在印染废水处理中运用

2022/01/04 阅读:

摘要:印染废水具有水量大、有机污染物含量高、色度深、碱性大、水质变化大等特点,属难处理的工业废水。近年来,由于化学纤维织物的发展,仿真丝的兴起和印染后整理技术的进步,PVA浆料、人造丝碱解物(主要是邻苯二甲酸类物质)、新型助剂等难生化降解有机物大量进入印染废水,其COD也由原来的数百毫克每升上升到2000~3000mg/L,传统的生物处理工艺面临极大的挑战。以福建地区一印染工业园区污水处理厂中一条处理线路的改造为例,分析“微曝气水解酸化+平板陶瓷膜过滤+生物活性炭吸附”技术在印染废水处理中的应用,以供相关研究参考。

关键词:陶瓷膜;印染废水;废水处理

本文以福建一印染工业园区中的废水处理厂改造为例,主要阐述了平板陶瓷膜工艺在印染废水处理中的应用方式以及能够解决的问题。根据印染废水水量大、有机物浓度高、难降解、水质复杂、水质波动大、色度大等特点,结合平板陶瓷膜技术的应用特征,以优化处理出水水质、减少污泥排放量以及降低废水处理运营成本等几个方面为最终改造目标,有针对性地设计废水改造处理工艺,为印染废水的处理及工程优化改造提供了新的解决思路及方向。

1项目背景

印染工业园区中大部分企业的印染纺织产品以化纤、混纺为主,棉纺为辅,其废水主要含有分散染料、直接染料及其助剂,并有活性染料、阳离子染料和少量硫化染料、还原染料等。由于处理水量大,原有污水处理厂采用了多条线路同时处理的运行方式,不仅可降低发生事故时的环境风险,而且在生产淡季、水量较少时可采用部分运行的模式,降低运行成本。

1.1设计进出水水质

污水处理厂的初始设计进水水质如表1所示

1.2原有处理工艺流程

从印染工业园区收集到的综合印染废水经格栅、筛网以除去粗悬浮物,如棉纱、纤维、塑料杂物等。由管道引到污水厂集水井,经集水井进行沉砂、隔油,然后进入集水池中,其主要起到均质、调节和降温的作用,再以提升泵泵入水解池,开始生化处理。在水解酸化菌的代谢作用下,将大分子物质和难溶解或难生物降的物质转化为易于降解的小分子物质,如染料、化学浆料和各类表面活性剂等,以提高后续好氧处理的效率,并克服下一阶段好氧处理中泡沫横飞之弊端。进入A2O(厌氧-缺氧-好氧)生物处理池进行生物降解,再进入混凝—沉淀—砂滤工艺,最后达标排放。

2项目改造必要性

2.1原有工艺运行情况

该条线路建成之初,原有进出水口的监测数据如表3所示。根据表3实际进水水质的统计分析可知:a)各进水指标均低于设计水质;b)各水质指标波动较小;c)B/C比(BOD与COD的比)为0.28~0.32,可生化性较差;d)进水NH3-N质量浓度较低,可忽略不计。根据表3实际出水水质的统计分析可知:SS,CODCr,BOD5,NH3-N和色度等污染物指标已经达到设计出水水质。实际进水水质较大程度优于设计进水水质,因此虽然当年设计出水水质良好,但该条线路的工程中仍需重点关注如今的进水水质。2015年8月,于污水处理厂现场实测进水COD,其中,针织废水COD为1333mg/L,1号线路废水COD为6480mg/L,2号线路废水COD为4320mg/L,远高于设计进水浓度。根据多次取样检测的数据判断,污水处理厂进水平均COD范围为1800~2000mg/L,已超过当年设计的1500mg/L。

2.2原有工艺问题

原有工艺存在的问题有以下几个:a)生物处理工艺段和物化处理工艺段产泥量较大,含水率较高,二次处置费用高;b)生物填料填充比较低,出现老化现象,需更换;c)曝气系统的曝气效果极不均匀,需重新铺设曝气系统;d)传统工艺处理成本高,每吨水为2.1~2.5元;e)抗冲击负荷能力差,出水水质受进水水质波动影响较大;f)进水CODCr超过设计进水,出水水质标准也相应地提高,需重新核算原有主体构筑物处理水量。

3改造工程方案选取

3.1改造工程设计进出水水质及水量

改造线路的设计进水水质如表4所。设计出水水质应执行GB4287—2012《纺织染整工业水污染物排放标准》[1]表5中的直接排放标准。根据原有线路上污水处理构筑物的各生物池池容计算,其污水处理量最高为4000t/d,通过适当改变各构筑物生物处理功能,采用“微曝气水解酸化+平板陶瓷膜过滤+生物活性炭吸附”处理技术后,其处理能力能够达到6000t/d。

3.2污染物去除思路分析

3.2.1COD

设计进水CODCr为2000mg/L,出水要求CODCr小于等于80mg/L,去除率达96%。印染废水中的有机物大多为难降解有机物,常规的生物处理法对这类污染物去除率较低;物化处理法仅能去除颗粒态的有机物,对溶解态的有机物去除率较低。原有工艺为常规的生物处理法与物化处理法的联用工艺,根据上述分析,该工艺对溶解态的难降解有机物去除率较低,而印染废水中这部分有机物占有较大的比例。可采用的对策与措施有以下几点:a)强化厌氧水解处理。将部分难降解有机物转化为可降解有机物,通过强化厌氧水解处理工艺进一步提高废水可生化性。b)将好氧处理改为微氧处理。在微氧条件下,活性污泥中的微生物种群会改变,使生物反应过程也发生改变,有利于微生物对难降解有机物进行分解,且老化的微生物会被新生的微生物分解,保证有机物污泥大幅减量,大幅降低污泥二次处置费用。c)增加膜过滤设施,形成MBR(膜生物反应器)工艺。MBR工艺可以截留废水中的颗粒态污染物和微生物,大幅提升生物处理工艺中污泥浓度,提高生物反应效率。d)增加活性炭吸附。活性炭能吸附溶解性有机物,并利用炭孔内的微生物对被吸附的有机物进行深层次降解,利于活性炭再生。

3.2.2BOD5

BOD5属于常规有机污染物。污水中BOD5的去除靠异养微生物的吸附和代谢作用完成,其去除率与单项污染物去除率、污染物去除的总体要求有关,只要满足COD达标排放,BOD5达标排放基本满足,因此不作为重点控制指标。

3.2.3SS

尾水中SS质量浓度涉及到出水SS指标、出水中的BOD5等指标,因为出水SS的主要成分为活性污泥生物絮体,较高的出水SS质量浓度会使出水的BOD5增加。一般1mg/L出水SS含有0.30~0.75mg/L的BOD5。本工程要求出水SS质量浓度为50mg/L,现采用物化处理的方式降低出水SS质量浓度,由于需要扩大原有工艺的处理规模,若采用原来的沉淀方法即斜管沉淀池和砂滤池,其负荷均提升66.7%,容易使出水的SS超标。为了在扩大处理规模的条件下保证出水SS达标,采取膜过滤措施即可实现SS的高效去除,出水SS质量浓度低于1mg/L。

3.2.4色度

印染废水中的染料成分复杂、种类繁多。活性染料多为偶氮染料,结构较稳定,水溶性好,呈溶解态,可利用生物降解或吸附的方法去除;直接和分散染料多为不溶性染料,可利用物化的方法去除。原工艺主要通过厌氧水解、好氧分解以及物化处理方法去除色度,色度处于30~35倍范围内。为进一步提高工艺对色度的去除率,避免提升处理水量后色度不达标的情况,可采取以下两项措施:a)对于活性染料,可采用活性炭吸附的方法。吸附溶解性的染料,并利用炭孔内的微生物进行二次分解,最终分解成H2O,CO2和N2等简单分子化合物。b)对于不溶性染料,可采用膜过滤的方法。膜过滤能将不溶性的染料完全截留。

3.3工艺改造方案

根据污染物去除的思路,针对该线路原有工艺存在的问题,分别对各构筑物逐一进行改造:将原有的厌氧水解酸化池改造为微曝气水解酸化池。厌氧过程中在降解去除高质量浓度有机物的同时伴有硫酸盐还原反应的发生,少量硫酸盐的存在有益于厌氧过程的进行。硫酸根离子本身对生物处理系统无任何不良影响,生物处理过程中毒性抑制作用的产生主要由其还原产物———硫化物引起,且以游离态H2S的毒性最大。工程应用实践表明,有机负荷越高,生物体对H2S的毒性越敏感。同时,更换水解酸化池中的填料,以解决池内填料老化的问题;所有需曝气的构筑物内重新铺设曝气管道,以解决池内曝气不均匀的问题;在好氧池中添加填料,以增大好氧池的容积负荷,提高污水处理能力;将斜管沉淀池改造为平板陶瓷膜池;将砂滤池改造为活性炭滤池。

3.4改造后的优势

微曝气环境对硫酸盐还原反应存在抑制作用,对周围环境条件有明显的改善作用,同时其对废水水解酸化效果有促进作用。因此微曝气水解具有以下几点优势:a)强化微氧兼性菌的生理代谢功能,提高产酸量,强化水解酸化效果,将大分子难降解物质转化为可生物降解物质;b)抑制臭味类物质的产生,改善污水厂环境卫生条件;c)污泥内源消耗,减少污泥量,同时,更换填料,可适当减少剩余污泥排放量,解决污泥产量大的问题。膜技术能去除水中的悬浮物质,其中陶瓷膜具有比有机膜更高的机械强度、更窄的膜孔分布范围和更长的使用寿命,能提供更可靠的水质。此外,应用膜技术不需另外投加混凝剂来增强颗粒的沉淀能力,因此可以减少污泥产量。活性炭吸附可以增强对毒性物质和负荷变化的稳定性,改善污泥脱水及硝化的性能。

4结语

通过这一系列的技术改造,采用“微曝气水解酸化+陶瓷膜过滤+活性炭吸附”技术,能有效解决该条处理线路的原有问题,提高污水处理量和处理效果,同时减少运行成本,达到国内先进水平。

参考文献:

[1]中国纺织经济研究中心,东华大学,环境保护部环境标准研究所,等.GB4287—2012纺织染整工业水污染物排放标准[S].北京:中国环境科学出版社,2013.

作者:熊倩  路涛 单位:深圳市前海东江环保科技服务有限公司

平板陶瓷膜在印染废水处理中运用

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