丝绸印染废水深度处理技术及工程应用

Posted 2023-01-12 活性炭

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采用缺氧-生物接触氧化-混凝气浮-生物活性炭组合工艺，对高浓度丝绸印染废水进行深度处理，并介绍了其工程应用。应用结果表明，生物活性炭对废水中难降解有机物及色度的去除效果显著，丝绸印染废水经组合工艺处理后，COD≤100mg/L，色度≤10倍，BOD5≤10mg/L，出水水质达到国家《污水综合排放标准》GB8978—1996一级标准。
据统计，2007年全国印染布产量达660亿m，占世界总量30%以上，废水排放总量居全国工业部门第五位，COD排放总量居第六位。近年来，随着新型染化料助剂的开发和应用，丝绸印染废水呈现出有机污染物浓度高、组分复杂、色度深且波动大的特点，需要进行深度处理。
试验在借鉴同类废水处理工艺的基础上，研究缺氧-生物接触氧化-混凝气浮-生物活性炭组合工艺的处理效果及工艺参数。
1.试验
1.1 原水水质
试验原水来源于某研究机构的丝绸印染废水。废水中含有染料、表面活性剂、固色剂、酸、碱以及蚕丝上的杂质与水解产物等，有机物浓度高、波动范围大，色度较深。原水水质及污水排放标准见表1。
1.2 试验装置及流程
由表1可知，试验原水的BOD/COD比为0.50左右，总体可生化性尚好，因而采用生物与物化相结合的组合处理工艺，试验工艺流程见图1。

试验装置及主要参数如下：
(1)进水池采用聚氯乙烯塑料箱，容积50L。
(2)缺氧池、生物接触氧化池有机玻璃制，内径100mm，高1.0m，有效容积6.28L，采用组合纤维填料。
(3)混凝气浮池有机玻璃制，内径100mm，高1.0m。考虑混凝剂经济性、可行性及应用经验，采用聚合氯化铝(PAC)和氯化铁进行试验。
(4)生物活性炭池有机玻璃制，内径50mm，高1.0m，有效容积1.42L。活性炭采用柱状净水炭，主要性能指标：碘吸附值≥1000mg/g，耐磨强度90%。
(5)进水采用电子蠕动泵，可实现无级调速。
(6)充氧由气泵通过底部的多孔砂芯曝气器进入缺氧池、生物接触氧化池及生物活性炭池。
1.3 试验方法
(1)连续生化试验
每天取丝绸印染废水至进水池，用蠕动泵提升至缺氧池进行连续生化处理，调整工艺运行参数并取样分析。经缺氧-接触氧化-混凝气浮单元处理的废水流入生物活性炭池，定期取样分析。
(2)混凝试验
采用生物接触氧化池出水进行混凝试验，通过混凝效果比较，优选较佳的混凝剂。
(3)生物活性炭深度处理试验
对丝绸印染废水中的固色剂和染料等难降解物质进行模拟废水配制，配水方案见表2。配制的试验废水通过蠕动泵提升至生物活性炭池，进水流量为11L/d，定期测量进、出水COD变化情况，研究生物活性炭技术对难降解物质的处理效果。

1.4 测试方法
水质检测均按国家标准分析方法及国家环保局组织编写的《水和废水监测分析方法》(第四版)进行。
2.结果与分析
2.1 连续生化试验
连续生化试验历时3个月，其中填料挂膜驯化期约30d，驯化稳定期可观察到粘附在填料上的生物膜结构密实、污泥絮体成球状。对生物接触氧化池内的填料进行显微镜观察，若发现有大量菌胶团存在，说明生物膜基本驯化成功，污泥沉降性能良好，可进行连续试验。试验结果见图2。

由图2可知，缺氧水解对丝绸印染废水COD具有一定的去除效果。进入稳定运行阶段后，进水COD为900～2500mg/L，废水经缺氧处理后，COD明显降低，再经生物接触氧化进一步处理，出水COD基本控制在300mg/L以下，平均去除率为82%，表明缺氧-接触氧化系统对废水COD变化具有较好的适应性，能够适应丝绸印染废水COD波动大的特点。测定缺氧池进出水挥发性脂肪酸(VFA)发现，原水VFA为0.6～0.7mmol/L，缺氧池出水VFA为1.1～1.4mmol/L，表明经缺氧处理后，部分高分子有机物已转化为分子量较小的有机酸组分，改善了印染废水的可生化性。
2.2 混凝试验
在相同条件下，聚合氯化铝对废水COD去除率为20%～30%，且受进水浓度的影响较小，混凝效果较为稳定。而氯化铁对COD的去除率为10%～25%，但波动较大，因而确定采用聚合氯化铝作混凝剂。经混凝处理的生物接触氧化池出水COD仍大于100mg/L，不能满足排放标准，需要进一步处理。
2.3 生物活性炭深度处理试验
生物活性炭法处理废水，这一过程涉及活性炭颗粒、微生物、水中污染物(基质)及溶解氧4类物质在水溶液中的相互作用[1-2]。由于表面微生物的存在，生物活性炭对废水中污染物具有降解作用，可以提高活性炭的吸附量，并延长使用周期。另一方面，活性炭的孔隙可作为污染物吸附平衡的“仓库"，有机物液相浓度高时，吸附物质进入活性炭；液相浓度低时，吸附物质扩散离开活性炭，被生物降解[4-5]。试验原水经连续生化-混凝处理后，出水仍不能达到排放标准，因而需采用生物活性炭法进行吸附-降解试验。
2.3.1 废水中难降解物质的深度处理
经分析印染废水的组成发现，接触氧化处理后，固色剂和染料对废水COD的贡献较大，且是主要的难降解物质。因此对这些难降解物质单独配水，进行生物活性炭池处理试验。结果见表3和表4。

由表3和表4可知，生物活性炭对染料COD的去除率达50%以上，对固色剂COD的去除率在30%以上。研究结果也表明，难降解物质经活性炭吸附调节及催化作用后，需要有足够的时间完成微生物降解过程。因此，难降解物质结构及停留时间是影响生物活性炭去除率的重要因素。表4表明，对于丝绸印染废水中的主要难降解物质，在相应的停留时间条件下，采用生物活性炭深度处理可达到较好的去除效果。对色度的去除率达到90%以上，可较好地解决丝绸印染废水的脱色问题。
2.3.2 混凝气浮出水的深度处理
丝绸印染废水经连续生化处理后，进入混凝气浮单元，采用组合工艺，最终出水作为回流溶气水，回流比为20%～30%。由于溶气水的稀释作用及气泡对混凝絮体的粘附截留作用，混凝气浮单元对废水COD的去除率达到30%～40%。混凝气浮出水COD为170mg/L左右，再经生物活性炭处理，出水COD基本达到排放标准要求。处理效果见图3。

由图3可知，生物活性炭的处理效果受进水水质影响，COD去除率会出现波动。这可能是进水有机污染物浓度较高时，其中难降解物质含量也相对较高，而微生物对废水中难降解物质的去除效果有限。因此，处理后出水回流是稳定运行效果的重要措施之一。丝绸印染废水通过缺氧-接触氧化-混凝气浮-生物活性炭组合工艺处理后，出水COD≤100mg/L。
3.工程应用
在对丝绸印染废水进行具体分析和试验研究的基础上，结合该单位场地情况进行工程设计和建设。
3.1 工艺流程
工程建设的工艺流程见图4。

由于废水水温较高，需先经冷却塔冷却后，再进入调节池。调节池内废水由泵输送至生物缺氧池，自流入生物接触氧化池进行生化处理。处理后的出水经混凝反应池后先进入气浮处理系统，再进入生物活性炭滤池和纤维球过滤器进行深度处理，处理出水达标排放。收集气浮池中的污泥，进入污泥反应池，由污泥脱水机进行脱水，脱水后的污泥含水率为75%左右。
3.2 处理系统进出水水质
为保证微生物系统的稳定性，工程设计中在缺氧池前设置了调节池，原水、调节池内废水及处理后的出水水质见表5。

由表5知，该工程调试稳定后，运行情况良好，出水CODCr≤100mg/L，色度≤10倍，BOD5≤10mg/L，达到国家《污水综合排放标准》GB8978—1996的一级标准。
4.结论
(1)缺氧-生物接触氧化处理系统对丝绸印染废水COD有较好去除效果，进水COD为900～2500mg/L时，出水COD低于300mg/L，平均去除率为82%。系统对进水COD的变化具有较好的适应性，能够适应丝绸印染废水COD波动大的特点。
(2)生物活性炭对进一步去除丝绸印染废水中的难降解物质有较好效果，对染液色度有较高的去除率，是深度处理丝绸印染废水的有效途径之一。
(3)采用缺氧-接触氧化-混凝气浮-生物活性炭组合工艺处理丝绸印染废水，处理效果稳定，实际工程运行良好，出水水质达到国家《污水综合排放标准》GB8978—1996的一级标准。