紡織印染廢水深度脫氮的中試研究

繆 攀， 杜 希， 邱孝群， 張玉高

（廣東溢達紡織有限公司， 廣東 佛山 528500）

0 引言

隨著社會工業化程度的不斷擴大,排入水體的中的營養物質越多（特別是N，P類物質）,導致水體富營養化現象日益頻繁,如何減少相關物質的排放是十分緊迫的現實問題[1－4]。紡織印染行業作為污水排放的大戶，廢水中包含有未反應的殘余染料、樹脂、軟油等一系列含氮物質[5－7]，其出水中的TN濃度隨染料和其他化工料的使用量的波動影響較大,在排水TN濃度偏高的情況下，傳統的處理污水的工藝不能及時提高去除廢水中TN的去除率，導致最終廢水排放中TN有超標的風險。針對廢水除氮的問題，王詩生等[8]采用以鎂鹽為主的鳥糞石法，氮的去除率可達87.7%，但成本太高；李培等[9]根據污水廠A/A/O工藝進行了生物脫氮的研究，發現系統對TN的去除率不穩定，達標率低。根據紡織印染行業廢水中TN含量的實際現狀，以廣東省某大型紡織印染企業（X公司）的最終出水的TN為研究對象,對紡織印染廢水中TN的去除作相關探討，為紡織印染行業廢水的TN去除指明一條方向。

1 污水處理現狀

1.1 污水處理現狀

通過對X公司現有的污水廠原始進水和最終出水進行連續監測分析，其結果見表1。

表1 X公司污水廠進、出水檢測分析結果

1.2 現有處理工藝

X公司污水廠對其生產廢水的處理工藝見圖1。

圖1 X公司污水廠污水處理流程

X公司污水廠現有的處理工藝對污水中的主要污染物的處理，均能滿足GB 4287—2012。X公司污水廠的廢水水質和水量直接受車間生產量的影響，由于車間生產量和生產任務的波動性，導致其波動比較劇烈。通過表1可知，X公司最終排放的COD完全能滿足排放要求。X公司最終排放的污水中TN目前雖然能滿足國標低于15 mg/L的排放標準，由于車間生產的波動較大，不能排除在集中生產過程中TN有超標的風險；另外由于污水排放標準的限制越來越嚴格，紡織行業的TN排放限值在將來會進一步降低，有必要在X公司污水廠的處理流程上增加針對TN處理的相關工藝設施，基于上述考慮，采用厭氧反硝化中試實驗裝置進行相關實驗研究。

2 實驗裝置與方法

對X公司污水廠現有工藝最終出水水質中TN中的N的種類進行檢測，其結果見表2。

表2 X公司污水廠最終出水TN組成物質的檢測結果

由表2可知，污水廠最終出水中的TN主要以NO3--N為主，以及部分的有機氮和少量的NO2--N。要使最終排放廢水中的TN含量下降效果明顯，則需重點去除廢水中的NO3--N。

2.1 實驗設備

根據污水廠目前的出水現狀，設計了反硝化濾塔對污水廠最終出水進行處理，裝置示意見圖2。

圖2 實驗裝置示意

該實驗裝置將污水廠最終出水由濾塔上方進入，從塔底流出。該濾塔的外形尺寸為1 m×1 m×5 m，濾料層高2 m。

2.2 實驗設備運行

當濾塔內的反硝化微生物馴化穩定后，將實驗設備的進水量穩定在6 m3/h，初期，TN去除率較低，運行一段時間之后,其對TN的去除量逐漸上升,然后趨于穩定，此時按照固定的COD/TN進行投加，在實驗調試過程中，通過改變外加碳源、濾塔的負荷、反沖洗的效果使濾塔的脫氮效果達到最佳且其處理成本在可承受范圍內。

3 結果與討論

實驗設備在運行過程中，進水量維持在6 m3/h，進水的水溫維持在30～35℃，pH值在7.0～8.0波動，設備反洗的時間周期為12 h/次，每次反洗歷時0.5 h。

3.1 實驗設備對TN的去除效果

實驗設備對TN的處理效果見圖3。

圖3 實驗設備對TN的處理效果

由圖3可知,進水TN質量濃度平均為12.34 mg/L，出水平均質量濃度為6.58 mg/L，平均去除量為5.76 mg/L,平均去除率為46.68%。對圖3中進、出水TN進一步分析，NO3－－N平均質量濃度由9.48 mg/L下降到3.31 mg/L，而凱氏氮（KN）仍平均維持在3.20 mg/L，NH4+－N未檢測出，認為出水中的KN全部為有機氮[10]。實驗裝置對廢水TN的處理主要是通過對廢水中NO3－－N的去除達到去除TN的效果，廢水中的有機氮是屬于難被降解的有機物，這部分有機物在X公司污水廠前段未被消化去除，其在實驗裝置中也難被氧化降解去除，故推斷實驗裝置對進入其內部的有機氮沒有去除效果。

3.2 碳源（COD）對TN去除效果的影響

為了測試COD對實驗裝置去除TN的影響，觀察ρ（COD）/ρ（TN）為 4 ～ 5[11]之間 TN 的 去除與COD的關系，實驗中以乙酸鈉為添加碳源，COD對TN去除效果的影響見圖4。

圖4 COD與TN去除的效果

由圖4可知，當廢水中COD消耗大時，實驗裝置對TN的去除量也偏大，TN的去除率為43.69%±5.14%，COD的消耗率為42.20% ±12.05%，COD的平均消耗率與TN的平均去除率大體接近，說明可利用碳源的濃度與TN的去除率在一定程度上呈正比的關系。

3.3 水力負荷的影響

將進入實驗裝置的廢水水量進行調節,使其處理廢水的水力負荷得到調整，試圖找出適合實驗裝置的最佳水力負荷。在碳源加藥濃度相同的情況下，每組水力負荷條件的運行時間為7 d，不同水力負荷對污染物去除的影響見表3。

表3 不同水力負荷下污染物去除的效果

通過表3可知，在加藥濃度一定的情況下，水力負荷越低，實驗裝置對TN的去除率越高。在實驗中，水力負荷波動對COD的波動程度變化不大。從實驗對TN處理要求、COD的變化程度、廢水處理效率和廢水處理成本綜合考慮，實驗系統最適宜運行的水力負荷為 6 m3/（m2·h）。

3.4 系統反沖洗的影響

在進水量為 6 m3/h，ρ（COD）/ρ（TN）=4 ～ 5 對中試裝置進行每間隔24 h沖洗一次 （Ⅰ）、每間隔12 h沖洗一次（Ⅱ）和每間隔8 h沖洗一次（Ⅲ）的反沖洗操作，每個沖洗頻次維持7 d的操作，系統除氮的效果見表4。

表4 實驗不同的反沖洗頻次對系統脫氮的影響

由表4可知，不同的反沖洗頻次對系統脫氮的影響較大，反沖洗頻次過高和過低對系統除氮均產生消極影響。這是因為濾池的反沖洗主要是為了除去濾床在處理廢水中累積的惰性固體顆粒和老化的生物膜,從而能及時恢復濾床的孔隙率,并更換新的生物膜[12]。當沖洗頻次過低時，濾料中的累積的惰性固體顆粒會逐漸增多，且老化的生物膜不能及時被去除，新的生物膜無法快速生長，從而使濾池的除氮效率大打折扣；當沖洗頻次過快時，雖然惰性固體能被快速去除，但是也能使新生長的生物膜損失一部分，從而使其整體的處理效果下降。基于實驗測試結果和上述分析綜合考慮，中試實驗除氮的反沖洗頻次設定為每12 h沖洗一次。

3.5 運行成本計算

根據中試實驗裝置的正常運行條件，對實驗裝置處理的廢水的成本進行統計，其結果見表5。

表5 實驗設備運行成本統計

中試實驗裝置每天處理的水量為138 m3，故其在運行時處理每m3廢水的成本為0.23元。通過表5可知，中試實驗設備處理廢水過程中，電耗的成本占整個污水處理成本的2/3，其中一個主要的原因是進水過程中，需要提升水位消耗了大量的電能，在實際污水廠施工過程中，可以通過污水廠現有的水位高程差，采用重力流進水的方式，達到節省運行成本的目的，可認為在實際污水廠運行過程中，采用此中試裝置的運行流程，其運行處理成本低于0.23元/m3。

4 結論

（1)采用反硝化濾塔對X公司最終出水的TN濃度有很好的去除作用。在進水量為6 m3/h，進水pH 值為 7 ～ 8，ρ（COD）/ρ（TN）為 4 ～ 5 時，反沖洗頻率12 h/次時，反硝化濾塔能將最終出水的TN濃度平均去除41.25%。

（2)在去除TN的過程中，反硝化濾塔在一定程度上對廢水中TN的去除效果與其對碳源（COD）的消耗呈正比的關系。在處理進水TN濃度較高的過程中需要注意出水COD超標的風險。

（3）在不考慮設備投入、折舊及其他因素上，反硝化濾塔直接運行的處理成本為0.23元/m3。

（4）反硝化濾塔作為處理TN的反應器，既可單獨運行也能與其他工藝聯合處理，其結構簡單，操作靈活，運行費用底，值得在污水處理行業廣泛使用。