折流式水解—復(fù)合膜生物法處理印染廢水的研究.pdf

1、印染廢水中含有漿料、助劑、油劑、酸堿、纖維雜質(zhì)及無機(jī)鹽等，染料結(jié)構(gòu)中的硝基、胺基化合物及銅、鉻、鋅等重金屬具有極強(qiáng)的生物毒性。印染廢水呈現(xiàn)堿性強(qiáng)、水量大、色度高、成分復(fù)雜、污染程度高等特點(diǎn)。特別是近年來印染行業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，使印染廢水的水質(zhì)產(chǎn)生了新的變化，生物降解效果更差，導(dǎo)致原有的厭氧或水解-好氧工藝處理效果降低，出水難以達(dá)標(biāo)排放。本文采用折流式水解(ABR)-復(fù)合膜生物法(MBR)組合工藝對(duì)印染廢水進(jìn)行處理，主要進(jìn)行了

2、以下幾方面研究，并取得相關(guān)成果。 首先進(jìn)行了物化預(yù)處理與生化預(yù)處理的比較研究。物化預(yù)處理采用了Fenton試劑氧化法。對(duì)廢水初始pH值、水溫、H<,2>O<,2>和Fe<'2+>的投加量及氧化時(shí)間等影響因素進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究。利用ORP顯示化學(xué)反應(yīng)狀態(tài)，控制反應(yīng)進(jìn)程。當(dāng)初始pH值為6.56，H<,2>O<,2>投加量為1.5 g/L，F(xiàn)eSO<,4>投加量為750mg/L，氧化時(shí)間6h時(shí)，處理水COD<,Cr>由1240 mg

3、/L下降至529.5 mg／L，COD<,Cr>去除率為57.3％；色度由200倍下降至16倍，色度去除率達(dá)92％；BOD<,5>/COD<,Cr>由原水的0.32提高到0.48，廢水的可生化性得到了明顯提高。 生化預(yù)處理采用折流式水解反應(yīng)器進(jìn)行，主要開展了進(jìn)水pH值、水溫、水力負(fù)荷、有機(jī)負(fù)荷等影響因素的研究。折流式水解預(yù)處理印染前道水，最適進(jìn)水pH范圍為6.5～8.8。當(dāng)進(jìn)水pH為7.6時(shí)，反應(yīng)器出水COD<,Cr>去除率最

4、高為40.3％；不同進(jìn)水pH下，反應(yīng)器出水：BODs/COD<,Cr>均得到了較大提高，由進(jìn)水的0.35左右提高到0.45左右。 折流式水解反應(yīng)器預(yù)去除印染廢水色度去除效果顯著。HRT為8h，5～31.1℃水溫下的出水色度均能滿足《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB4287-92)規(guī)定的Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(s40倍)。水溫是影響水解反應(yīng)的主要因素，水溫為5℃、9．7℃、14．9℃、19．7℃、23．5℃、31．1℃六種溫度下的測(cè)定，結(jié)

5、果表明，提高水溫可增大COD<,Cr>、色度及UVA<,254>的去除率，此時(shí)ORP值變小，pH值升高，水解程度加深。 隨HRT的增大，各格室COD<,Cr>去除率增大，當(dāng)HRT為4h～48h時(shí)，COD<,Cr>去除率為32.97％～69.03％；水力停留時(shí)間越長(zhǎng)，ABR的COD<,Cr>去除負(fù)荷越低，當(dāng)HRT增大到15h時(shí)，COD<,Cr>去除率的增加值隨HRT的增加迅速變?。划?dāng)ABR反應(yīng)器進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷為2.08kgCOD/

6、(m<'3>·d)～3.60kgCOD/(m<'3>·d)時(shí)，反應(yīng)器各格室出水COD<,Cr>去除率總體上隨有機(jī)負(fù)荷的增大而增大。反應(yīng)器出水的可生化性受HRT影響，當(dāng)HRT為4h～24h時(shí)，ABR出水的BOD<,5>/COD<,Cr>值為0.46～0.25，本研究適宜的水力停留時(shí)間為6h～8h。 Fenton試劑氧化預(yù)處理與ABR水解預(yù)處理的處理效果相當(dāng)，但Fenton試劑氧化預(yù)處理需要投加藥劑，因此本研究確定采用折流式水解與

7、復(fù)合膜生物法組合進(jìn)行印染廢水處理的研究。 為了進(jìn)一步把握ABR反應(yīng)器的特性，本文對(duì)ABR反應(yīng)器的水流特性、有機(jī)物降解動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究，以此為基礎(chǔ)建立了擴(kuò)散模型和多級(jí)全混流模型。通過水力分析，在20℃、HRT為8h時(shí)，ABR反應(yīng)器導(dǎo)流區(qū)及生化反應(yīng)區(qū)內(nèi)水流均為層流流態(tài)；導(dǎo)流區(qū)內(nèi)污泥顆粒不能穩(wěn)定停留，隨水流進(jìn)入生化反應(yīng)區(qū)。通過有機(jī)物降解動(dòng)力學(xué)分析，ABR反應(yīng)器中有機(jī)物的降解服從一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律，頻率因子A為0.3117L/(gML

8、SS·min，)，反應(yīng)活化能E<,a>為19.593 kJ/mol，5℃～31.1℃之間的生化反應(yīng)溫度系數(shù)θ為1.028。示蹤劑試驗(yàn)表明，在HRT為8h、平均污泥濃度MLSS為16.8g/L時(shí)，該ABR反應(yīng)器的皮克萊數(shù)Pe為10.3，反應(yīng)器的理論完全混合反應(yīng)器串聯(lián)數(shù)N為5.70。表明本試驗(yàn)的ABR反應(yīng)器處于理想推流與完全混合流之間。通過將實(shí)際ABR反應(yīng)器內(nèi)的流動(dòng)簡(jiǎn)化，結(jié)合皮克萊數(shù)Pe和生物降解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，建立了擴(kuò)散模型；結(jié)合反應(yīng)器的理論

9、完全混合反應(yīng)器串聯(lián)數(shù)N及生物降解動(dòng)力學(xué)，建立了多級(jí)全混流模型。模型檢驗(yàn)結(jié)果表明，擴(kuò)散模型能較好地模擬各格室出水COD<,Cr>去除率和反應(yīng)器總COD<,Cr>去除率；多級(jí)全混流模型能較好地模擬反應(yīng)器出水總COD<,Cr>去除率。多級(jí)全混流模型計(jì)算值與擴(kuò)散模型計(jì)算值較好地吻合，最大誤差在31.1℃時(shí)，僅為0.3％。兩種模型預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值在9.7℃、14.9℃、19.7℃與23.5℃下較接近，誤差均小于2.8％；而在5℃和31.1℃時(shí)，誤差

10、也僅為6.2％和6.8％。 折流式水解-復(fù)合膜生物法組合工藝運(yùn)行兩年多的結(jié)果表明，穩(wěn)態(tài)條件下，出水NH<,3>-N均在5 mg/L以下，達(dá)到《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB4287-92)的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(≤15mg/L)。出水TN一般在10mg/L以下。TN大部分在MBR段去除，去除率在70％以上，ABR段的TN去除率僅為20％。出水TP可在0.5mg/L以下，達(dá)到了污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-2002)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(磷酸鹽

11、≤0.5mg/L)，TP去除率一般在70％以上。出水COD<,Cr>在100mg/L以下，達(dá)到《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB4287-92)的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(≤100mg/L)，COD<,Cr>總?cè)コ蕿?0％左右。其中，ABR段去除率在50％～65％，MBR段去除率在80％左右。出水色度小于4倍，達(dá)到《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB4287-92)的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(≤40倍)。 本研究對(duì)折流式水解-復(fù)合膜生物法處理工藝中污

12、泥的顆粒粒徑、污泥活性、污泥的吸附及降解性能進(jìn)行了分析與比較。通過顆粒粒徑分析，污泥顆粒表面積平均粒徑和體積平均粒徑由小到大的順序依次為：格室2<格室1<格室5<格室3<格室4格室1>格室5>格室3>格室4>MBR。污泥脫氫酶活性DHA的測(cè)定結(jié)果表明，1～3格室污泥的DHA依次上升，第三格室污泥的DHA達(dá)最高，為56.5μg/(mL·h)，3～6格室依次下降，MBR的污泥DHA最低為5.3

13、 μg/(mL·h)。 從污泥顆粒表面液膜內(nèi)的物質(zhì)傳遞規(guī)律出發(fā)，通過適當(dāng)?shù)募俣ê妥兞拷y(tǒng)一，推導(dǎo)出表征污泥顆粒吸附性能的容積傳質(zhì)系數(shù)求解公式，為污泥吸附能力的定量確定提供了新的途徑。并對(duì)ABR反應(yīng)器及MBR反應(yīng)器中的污泥進(jìn)行亞甲基蘭吸附試驗(yàn)，結(jié)果表明，1～3格室吸附容積傳質(zhì)系數(shù)依次增大，從5.46kg/(m<'3>·min)增大到8.43kg/(m<'3>·main)；在4格室突然急劇下降到3.28 kg/(m<'3>·min)

14、，隨后，4～5格室又逐漸上升至8.08 kg/(m<'3>·main),其中最大值出現(xiàn)在3格室，最小值出現(xiàn)在4格室。此外，還以酸性大紅GR為基質(zhì)進(jìn)行污泥的吸附與降解試驗(yàn)，當(dāng)酸性大紅GR的初始濃度為100m/L時(shí)，3格室污泥的吸附容積傳質(zhì)系數(shù)為6.81kg/(m<'3>min，)；降解24小時(shí)后，對(duì)染料降解性能最好的是第3格室，其出水酸性大紅GR濃度為21.5mg/L，去除率達(dá)78.5％。第1格室、第4格室及：MBR中的污泥對(duì)酸性大紅去除

15、率較低。結(jié)果表明，吸附質(zhì)不同，相同污泥的容積傳質(zhì)系數(shù)相差很大，其吸附性能相差就很大；污泥的吸附和降解性能與污泥的活性具有一定的相關(guān)性，污泥的活性高，吸附和降解能力則強(qiáng)。此外，對(duì)折流式水解一復(fù)合膜生物法組合工藝的工程應(yīng)用進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。以處理規(guī)模1500m<'3>/d為例，該工藝處理印染廢水運(yùn)行成本為1.63元/噸，與常規(guī)的印染廢水處理工藝運(yùn)行成本相當(dāng)。隨膜生產(chǎn)技術(shù)不斷提高和膜成本不斷下降，該工藝具有占地面積省、設(shè)備投資回收期短和良好