生物吸附+化學混凝法在處理印染廢水中應用

陳念娟 雷鐵軍

印染行業是工業廢水排放大戶。長期以來,印染廢水因其水量大、有機污染物含量高、色度深、堿性大、水質變化大等特點,一直是國內外難處理的工業廢水之一。目前國內的印染廢水處理手段以生化法為主,物理化學法為輔,國外也是基本如此,得到了一定的處理效果。但是由于近年來化纖織物的發展和印染后整理技術的進步以及堿減量技術的應用,尤其是PVA漿料、新型助劑等難生化降解有機物大量進入印染廢水,廢水的CODCr值由300 mg/L～500 mg/L上升到 1 000 mg/L～2 500 mg/L,給印染廢水的處理增加了難度[1]。針對這種情況,很多印染廢水處理工程中在生化處理的前級都增加了預處理的手段,以此來降低有毒難降解污染物的濃度,以保障后繼生化處理系統的處理效果。一般采取的方法有混凝沉淀法、吸附法、化學氧化法等方法,其中以混凝沉淀法的使用最為普遍。生物吸附再生法是基于活性污泥對有機底物降解的過程的原理而開發出的新型預處理工藝,同時可以結合混凝沉淀法一起使用,從而達到更好的處理效果。

1 工藝原理

在當前廢水處理領域中,活性污泥法由于自身的優越性而被廣泛的應用,成為目前應用最廣泛的技術之一,一般把活性污泥作用分為三步:第一步,在活性污泥與廢水接觸的初期,通過附聚、吸附、吸收作用使水中有機物含量迅速降低;第二步,活性污泥對有機物的氧化分解,用來使細菌生長,維持微生物的新陳代謝[2];第三步,沉淀分離。其中第一步是物理、化學、生物作用共同產生的結果,這一過程的綜合作用——附聚、吸附、吸收作用稱為生物吸附。利用污泥絮體的強吸附作用,吸附廢水中的污染物質和難降解物質;同時補充一定量的混凝藥劑進行混凝反應,反應后的混合液進入吸附沉淀池進行沉淀分離。沉淀污泥回流至再生段再生,再生后再進行吸附。水體對各種污染物具有一定的“自凈”作用,能硝化降解部分有毒物質,但大多數有毒污染物在被微生物分解時速度很慢,且不徹底,它們在環境中停留時間較長,對人類潛伏的環境影響較大,這類物質包括染料、鹵化烴、芳烴類化合物等,成為有毒難降解的污染物,生物吸附作用是生物反應器中疏水性有毒難降解有機物的一個非常重要的去除途徑。

2 工藝流程

生物吸附+化學混凝預處理工藝流程見圖1虛線框中的部分。

來自調節池進水與生物再生池的回流污泥一起進入生物吸附池,在生物吸附池中,廢水在一定的停留時間和氧氣的作用下,廢水中部分非溶解有機物如不溶解染料、堿性物質被污泥快速吸附,通過微生物的代謝作用,有機物被穩定化,使有機物含量和pH值有較大幅度的降低。再利用混凝劑與廢水混合同時發生化學反應,利用雙電層壓縮、吸附電中和、吸附架橋及沉淀物網捕的作用與水中的細小顆粒物質和膠體狀物質共同形成礬花[3],隨著攪拌的作用,礬花不斷長大,經過分離沉淀段時自然沉降,達到去除廢水中污染物質的作用。沉淀池出水進入后繼的生化處理系統進行下一步的處理;沉淀池沉淀下來的污泥,一部分進入生物再生池進行再生,一部分作為剩余污泥進入污泥處理系統進行處理。

3 生物吸附再生的特點

1)生物吸附再生段中存活大量的細菌,而且還不斷地進行繁殖、適應、淘汰、優選等過程,從而能夠培育出適應性和活性都很強的微生物群體,本工藝不設初沉池,使原廢水中的微生物全部進入系統,使吸附再生段成為一個開放式的生物動力學系統。2)生物吸附再生段負荷較高,有利于增殖速度快的微生物增長繁殖,而且在這里成活的只能是抗沖擊能力強的原核細菌,其他微生物都不能存活。3)廢水經生物吸附再生段處理后,廢水的可生化性大大提高,有利于后續處理單元的工作。4)生物吸附再生段污泥產率較高,吸附能力強,重金屬、難降解物質等等都可以通過污泥的吸附作用而得到去除。5)生物吸附再生段對有機物的去除,主要是靠污泥絮體的吸附作用,生物降解只占1/3左右,由于物理化學作用占主導作用,因此,吸附段對毒物、pH值、負荷以及溫度的變化都有較強的適應性,抗沖擊能力強。6)生物吸附再生法輔以混凝沉淀法結合使用可以強化去除污染物的效果,同時克服單純混凝沉淀法投加藥劑量大的缺點,運行費用較低。7)為了保證污泥的吸附能力,可以由后繼生化處理系統,補充部分二沉池污泥進入生物吸附段,運行管理方便靈活。

4 運行效果分析

2005年8月竣工的天津田歌紡織有限公司廢水處理工程采用該預處理工藝處理印染廢水。其處理規模為4 500 m3/d,出水達到GB 4287-92紡織染整工業水污染物排放標準第三時段之一級排放標準。該工程采用“生物吸附再生池+沉淀池+厭氧水解池+活性污泥池+接觸氧化池+二沉池”的工藝流程,連續運行一年來,出水排放始終達標,投加硫酸亞鐵(有效成分)的量僅約為60 mg/L。

根據該工程一年來運行的實際情況及其監測分析數據來看,采用生物吸附+化學混凝法作為在生化處理之前的預處理工藝可以起到比較好的處理效果,對于CODCr的去除率在40%左右,BOD5的去除率約為22%,SS的去除率約為48%。

2006年5月在廣東森洋環境保護工程設備公司進行了處理規模為7.2 m3/d的印染廢水的中試試驗。從中試的結果來看,以生物吸附再生+化學混凝法作為在生化處理之前的預處理工藝可以有效的降低有毒難降解污染物的濃度,對后繼的生化處理是非常有利的。

在整個中試運行的過程中,該系統對污染物的去除效率穩定,基本保持在35%～45%之間。在進水CODCr的濃度高達1 700 mg/L～1 800 mg/L時,其去除率仍可以達到 36%;在進水濃度在1 000 mg/L時,其去除率可以達到 45%;硫酸亞鐵(有效成分)的投加量在50 mg/L～60 mg/L之間。由此可見,該工藝抗沖擊負荷能力強,而由于混凝劑硫酸亞鐵的作用主要是強化沉淀脫色效果,因而其投加量可以保持在一個穩定的范圍內。

經過生物吸附再生+化學混凝工藝的預處理,其去除效率如表1所示(2006年6月委托廣州市二輕系統環境監測站的中試監測數據)。

表1 生物吸附+化學混凝法預處理系統處理效果表

同時試驗了只單純投加硫酸亞鐵的混凝沉淀法的預處理工藝效果,其去除效率如表2所示。

表2 混凝沉淀預處理系統處理效果表

從表1,表2的數據可以看出,兩種預處理方法對于污染物的去除率比較接近,均有一定的效果。其中對于CODCr和BOD5的去除,生物吸附+化學混凝法的效果略好;對于SS的去除,混凝沉淀法的效果略好。在達到基本一致的去除效果的前提下,生物吸附+化學混凝法的混凝劑硫酸亞鐵的投加量大大小于單純的混凝沉淀法,同時投藥操作的工作量也相應減少,其運行費用可以有一定量的降低,因此生物吸附+化學混凝法工藝要優于單純的混凝沉淀工藝。

5 結語

對于有毒和難降解污染物的濃度比較高的印染綜合廢水,生物吸附+化學混凝法作為一種新型的處理工藝,應用于生化處理之前可以起到比較好的處理效果;該工藝相對于單純的混凝沉淀法,其用電量有所增加,但投加藥劑量大大減少,兩者相抵后,運行費用可以有一定量的降低。

[1] 沈東升,馮孝善.我國印染廢水處理技術的現狀和發展趨勢[J].環境污染與防治,1996,18(1):26.

[2] 張自杰.排水工程[M].北京:中國建筑工業出版社,2000:108.

[3] 李家珍.染料、染色工業廢水處理[M].北京:化學工業出版社,1999:97-98.