混凝沉淀+水解酸化+MBR系统处理印染废水

Posted 2023-01-12 印染

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以印染废水为研究对象，探讨了混凝沉淀+水解酸化+膜生物反应器(MBR)工艺处理印染废水的可行性。试验确定PAC为处理印染废水的最佳混凝剂。确定水解酸化反应器中MLSS为8g/L左右，HRT为16h，MBR反应器中MLSS为8g/L左右，HRT为8h比较合理。MBR反应器对有机物的去除主要取决于生物反应的效果，膜的截留作用强化了MBR对色度和COD的去除。本工艺在处理印染废水时可获得连续稳定的处理效果，出水水质完全满足纺织印染整行业水污染物一级排放标准。
[中图分类号]X791[文献标识码]B[文章编号]1005-829X(2010)05-0054-03
印染废水水质水量变化大、色度高、成分复杂，是工业废水处理的难点〔1〕。针对其水质特点，目前国内采用较多的是水解酸化+好氧接触氧化工艺，这种工艺对冲击负荷有较强的适应性，污泥生成量少且运行费用低，但要达标排放，还需对污水进一步处理〔2〕。笔者结合混凝沉淀、水解酸化、膜生物反应器这3种工艺对印染废水进行处理，利用混凝沉淀去除水体中的悬浮物质及胶体〔3〕，水解酸化提高废水的可生化性〔4〕，膜生物反应器强化生物处理效果，保证出水的稳定性〔5〕。实验证明，经3种工艺联合处理后出水可达标排放，取得了很好的效果。
1.实验方法
1.1实验装置与流程
实验采用混凝沉淀+水解酸化+MBR工艺处理印染废水，运行方式为连续动态处理，处理水量为1L/h。实验采用分体式MBR膜生物反应器，膜组件为天津膜天膜工程技术有限公司生产的聚偏氟乙烯管式膜(D12mm，截流相对分子质量约10万)。实验中，经混凝沉淀预处理后的印染废水被送入容积为50L的原水箱中，之后由隔膜泵抽吸送入水解酸化反应器(PVC材质，有效容积为28L)。水解酸化反应器内设有搅拌装置。废水经水解酸化处理后送入中间水箱(为避免活性污泥的流失，容积为5L)沉降一段时间后进入膜生物反应器(MBR)的生物处理单元(PVC材质，有效容积18L)，其底部设穿孔管曝气，曝气系统一方面为微生物群体生长、代谢提供氧气，另一方面也对反应器的混合液起到一定的搅拌混合作用。之后混合液由泵抽吸进入管式膜组件，膜组件将微生物和部分未能降解的大分子物质截留回其生物处理单元，透过液作为工艺最终出水排出。
1.2实验用水水质及污泥来源
实验所用污泥来自天津市纪庄子污水处理厂的曝气池混合液，为了避免水质波动带来的影响，实验初期废水采用人工模拟印染混合废水，废水pH10～11、色度1800～2250倍、COD798～897mg/L、氨氮23.9～34.2mg/L、电导率765～1299μS/cm。
1.3实验分析方法
实验中用重铬酸钾法测定COD，稀释倍数法测定色度，重量法测定污泥浓度(MLSS)，玻璃电极法测pH，用便携式溶解氧仪测溶解氧(DO)。
2.结果与讨论
2.1混凝沉淀优化实验
实验选用聚合氯化铝(PAC)和聚合硫酸铁(PFS)〔6〕两种混凝剂对印染废水进行预处理，通过试验室烧杯试验选择出效果较好的混凝剂。烧杯为混凝试验专用的高筒烧杯，容积为1L。从加入混凝药剂开始到混凝沉淀试验结束整个过程分为快速混合、沉降、絮凝3个阶段。
对比不同混凝剂处理效果可知，在相同的投加质量浓度(40mg/L)下，PAC对COD及色度的去除效率明显优于PFS，并且矾花沉降速度也明显快于PFS的。所以确定PAC为印染废水预处理的混凝剂。
2.2水解酸化运行参数的优化研究
水解酸化反应器中污泥浓度(MLSS)对色度和COD去除率的影响见图1。

由图1可知，随着MLSS的增加，色度的去除率呈现持续上升的趋势，但上升幅度不大，维持在70%～80%。COD去除率随污泥浓度的增加持续上升，但当MLSS>10g/L后，去除率反而略有下降。这是因为随着实验运行时间的延长，难降解染料分子在系统中不断积累，而污泥浓度增加到一定程度，随着内源呼吸的加剧，大量微生物会因缺乏食物而死亡，这就会导致出水COD上升。综合色度和COD的去除效果，可以确定最佳MLSS在8g/L左右。
在研究水解酸化反应器的水力停留时间(HRT)对色度和COD去除效果的实验中发现，随着HRT的增加，色度和COD的去除率呈现持续上升的趋势，且HRT越长，去除率越高并相对稳定。综合色度和COD的去除效果，确定水解酸化时间为16h比较经济合理，此条件下色度和COD的去除率分别可达70%和80%以上。
2.3MBR运行参数的优化研究
MBR系统对色度和COD的去除作用由两部分组成，包括好氧生物解作用和膜本身的截留作用。试验考察了MBR中MLSS对色度和COD的去除率的影响，见图2。

由图2可知，MBR系统对色度的总去除率及好氧生物作用对色度的去除率随MLSS的增加经历了一个先升后降的过程，而膜的脱色率随污泥浓度的增加没有明显的变化。这是由于在试验前期，随MLSS的增加，污泥吸附作用的大小直接决定了对色度的去除效果，膜的截留作用只是强化了MBR对色度的去除〔7〕，所以好氧脱色率和总脱色率均呈上升趋势；随着时间的推移，虽然MLSS仍在增加，但难降解有机物在MBR中的不断积累影响了污泥对色度的吸附，致使膜区内色度上升，并影响到出水色度，表现为系统对色度的总去除率开始出现下降。
好氧生物反应对COD的去除率和MBR系统对COD的总去除率都随MLSS的增加出现一直上升的趋势，而膜对COD的去除率曲线出现了缓慢下滑的趋势。由此可见，MBR反应器对COD的去除主要取决于好氧生物反应的效果，膜对COD的去除只是对生物反应的补充强化，保证出水水质的稳定性。综合系统对色度和COD的去除效果，确定好氧生物处理单元MLSS为8g/L，这样可使系统对COD的去除率达70%以上。
MBR水力停留时间对色度和COD去除效果的影响见图3。

由图3可知，随着HRT的提高，好氧生物脱色率和总脱色率都出现先升后降的趋势，而膜的脱色率却出现了连续下降的趋势。这是因为膜的截留作用只是对色度的去除起一定的补充作用，好氧生物单元HRT的延长能使有机污染物得到进一步的降解，但难降解的大分子物质并不会随HRT的延长而被降解掉，而是留在系统中循环。随着HRT的延长，好氧生物处理单元对COD的去除率逐渐提高，膜对COD的去除贡献则相对逐渐降低，但是对整个系统而言，系统的COD去除率在HRT>8h后始终保持80%左右的较高值。因此，可以说由于膜的存在使得出水水质得到了有效保证。为了保持系统运行的稳定，综合色度和COD的去除效果确定好氧生物处理单元的HRT为8h。
2.4实际印染废水处理效果
实际印染废水采自天津市国印厂，与模拟废水相比，实际印染废水水质复杂而且波动很大。实验期间系统进出水色度及COD的变化情况见图4。

由图4可知，系统进水色度及COD的变化范围都较大，而出水指标相对稳定。对于色度而言，混凝预处理去除了大部分色度，使得废水的色度在进入水解酸化反应器时已没有大幅度的波动，之后的好氧生物处理单元进一步保证了对色度的去除，使得系统在实际印染废水的处理中，出水色度始终低于50倍。而MBR的稳定运行对COD的去除起到了决定性的作用，系统出水COD始终<100mg/L，从而保证了出水水质完全满足纺织染整行业水污染物一级排放标准。
3.结论
(1)与PFS相比，PAC无论是在矾花的沉降性能还是对印染废水色度及COD的去除效果方面均优于PFS。确定PAC为预处理印染废水的最佳混凝剂。
(2)确定水解酸化反应器中MLSS为8g/L左右，HRT为16h比较合理，色度和COD去除率均趋于稳定，能达到比较好的处理效果。
(3)MBR反应器对有机物的去除主要取决于生物反应的效果；膜的截留作用强化了MBR对色度和COD的去除。综合色度和COD的去除效果，确定MLSS为8g/L左右，HRT为8h比较合理，能达到比较好的处理效果。
(4)对模拟废水和实际印染废水的运行试验结果证明，本工艺在处理印染废水时可获得连续稳定的处理效果，出水水质完全满足纺织染整行业水污染物一级排放标准。