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印染废水处理工艺设计
 

一.工程概述

印染废水是加工棉、麻、化学纤维及其混纺产品的印染厂排出的废水。其特点是废水水量较大,有机污染物含量高、碱性大、水质变化大。印染废水作为一种工业废水极难被处理,因为其成分复杂,包含染料、砂类物质、纤维杂质、酸碱、油剂、助剂、浆料、无机盐等。

1.进水水质

某印染企业排放的印染废水水质如表1

2.出水水质

污水经处理后,该企业要求只有达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准才能排放。

二.处理工艺的选择

1.工艺分析

印染废水污染程度高,水质水量波动较大,成分复杂,直接进入主体工艺处理,会对处理工艺造成冲击,不能达到预期处理效果,需要对废水进行水质水量调节。进水水质COD500-600mg/L,氨氮为400mg/L,研究时拟采用生物法进行处理,采用曝气水解酸化池和厌氧反应器对废水进行预处理,使废水中的高分子有机物开环断链为小分子并去除一部分COD,同时将有机氮在厌氧条件下转化为氨氮,在后续的好氧工艺中,通过添加特殊的填料,使池中同时存在好氧和兼氧两种环境,对废水进行生物降解及同步硝化反硝化,达到去除COD和氨氮的目的。

 

 

2.主要污染物去除原理

a.氨氮的去除

在生物脱氮期间,首先在好氧条件下废水中的氨氮会被硝化菌氧化为NOX-,之后在缺氧条件下,NOX-会被反硝化菌还原为N2。硝化菌具有明显的好氧和自养特性,而反硝化菌具有明显的缺氧和异养特性,两者之间存在明显差异,因此,通常两者的脱氮过程需要在一个反应器中顺次进行,或者直接在两个反应器中独立进行。

若混合液处于缺氧状态或者进入缺氧池,反硝化菌工作,硝化菌处于抑制状态;若混合污泥处于好氧状态或者进入好氧池,则情况完全相反。依据上述原理,若能够采取一定措施将污泥中的两类不同性质的菌群放在同一反应器中同时工作,形成同步硝化反硝化(SND),那么脱氮工艺不仅步骤简化了,而且效能更高。

同时,就SND工艺来说,反硝化产生的OH还能够中和硝化产生的H+,避免出现硝化期间产酸引起pH值下降严重问题,减小了pH值的波动,提高了两个生物反应效率,尤其是对于高氨氮废水脱氮来说,效果更加明显。所以,合理的控制工艺参数,如停留时间、溶解氧值、碳氮比、温度及污泥浓度是SND成功实现的关键。

同时,在微氧条件下,氮的去除途径主要包括两种:一是同步硝化反硝化;二是短程硝化反硝化。在常规的硝化反应中,氮的硝化分為两步,分别由不同微生物完成。其反应为:

由此可知,在生物脱氮中将NO2-氧化成NO3-,再将NO3-还原成NO2-的两步毫无意义,可采取有效措施将其避免,可节约40%左右的有机碳源和25%左右的氧气。

短程硝化和反硝化就是将硝化过程中将反应控制在亚硝酸化阶段,从而直接进行反硝化,废水中氨和微溶解氧对亚硝酸氧化菌有抑制作用,有利于氨氧化菌在微氧条件下成为优势菌种,从而有利于短程硝化与反硝化的进行,但溶解氧并不是越低越好,应对其进行适当控制,若溶解氧的质量浓度过低,会影响氨氧化菌的活性。因此,实现短程硝化和反硝化的关键是如何能将硝化反应控制在反硝化阶段。

本废水中含有尿素,有机氮含量较高,经过微氧调节池和厌氧反应器处理后,大部分有机氮会转化成氨氮,在后续处理环节采用微氧同步硝化反硝化技术将废水中的氨氮去除到排放标准以下。

考虑到废水中的碳源相对较少,且在反硝化过程中消耗碱度,选择在微氧反应池中适当补充NaHCO3NaOH,增加废水的碳源和碱度,保证硝化反硝化反应的正常进行。

在好氧池中填加 FSB 琉璃球填料,该填料本身具有微孔结构,可以吸附较多的活性污泥,增加微生物浓度,同时,因填料的特殊构造,在曝气条件下可以形成由内及表的厌氧、兼氧和好氧的环境,为硝化细菌和反硝化细菌提供了必要的生存条件,使得多种微生物(包括硝化细菌和反硝化细菌在内)在同一反应器内保持良好的共生关系,从而实现硝化和反硝化作用在同一反应器内同步发生。

 

 

b.COD 的去除

污水中 COD 的去除是靠微生物的吸附作用和代谢作用,然后将污泥与水进行分离来完成的。

活性污泥中的微生物在有氧条件下将污水中的一部分有机物用于合成新的细胞,将另一部分有机物进行分解代谢以便获得细胞合成所需的能量,其最终产物是CO2H2O等稳定物质。在这种合成代谢与分解代谢的过程中,溶解性有机物(如低分子有机酸等易降解有机物)直接进入细胞内部被利用,而非溶解性有机物则首先被吸附在微生物表面,然后被酶水解后进入细胞内部被利用。

由此可见,微生物的好氧代谢作用对污水中的溶解性有机物和非溶解性有机物都起作用,并且代谢产物是无害的稳定物质,因此,可以使处理后污水中的残余 COD 浓度很低。

对于那些成分主要为生活污水或与生活污水相近的工业废水,BOD5/COD比值往往接近 0.5 甚至大于 0.5,污水的可生化性较好,出水 COD 值可以控制在较低的水平。但印染废水中有机物浓度高,分子量较大,不易生化,对微生物造成很大的抑制作用。

通过微氧调节池进行水解酸化可以起到解毒、破坏分子结构与提高废水可生化性的作用并且降解 30% COD。厌氧反应器和一级好氧池,可以降解 60%以上的 COD 及部分氨氮,废水从一级好氧池出来再进入二级好氧池,在外加碳源和碱度的条件下进行同步硝化反硝化,使出水 COD≤100mg/LNH 3 -N≤15 成为可能。

综上所述,本研究方案拟采用格栅集水井+微氧调节池+厌氧反应器+一级好氧池+二级好氧池的工艺,同时,通过按照不同比例分别在微氧调节池和厌氧反应器内填充一定量的 FSB 琉璃球填料,增加池内微生物浓度,提高处理效率,从而保证出水可以达标排放。

 

 

3.工艺流程图

4.工艺流程说明

a.格栅集水井

用于收集各工段废水,将废水中的线头、碎步等容易造成后续处理设施设备堵塞的杂物提前打捞,保证后续工艺能连续稳定的运行。

b.微氧调节池

传统的调节水解酸化池只起到调节水量均衡水质的作用,而对水中的有机物降解和分解作用较小,在调节池中放置一定比例的 FSB 生物填料,通过向废水中适当曝气,使调节池形成水解酸化状态,分解大分子有机物为小分子有机物从而提高废水的可生化性,在调节水质均衡水量的同时,为后续的主体构筑物减轻负担,提高各种污染物的去除率,也可将部分有机氮转化为氨氮。

c.厌氧反应器

印染废水中含有很多高分子的有机物,在填加了 FSB琉璃球填料的厌氧反应器中,废水经过厌氧反应器时,因为池内充填的 FSB 琉璃球填料能很好地截留水中的活性污泥,增加污泥浓度,提高抗冲击负荷的能力,同时,通过厌氧菌的作用对高分子有机物进行水解,分解为低分子易降解的物质并发生反硝化反应,在厌氧菌自身的代谢和反硝化反应的作用下,厌氧池的出水 COD 有了大幅降低,剩余 COD 在进入好氧反应池后通过好氧菌的作用得到彻底的降解。

d.一级好氧池

FSB 琉璃球填料为多孔结构,具有良好的吸附性,可以吸附废水和中的金属离子、有机污染物、色素等,利用FSB 琉璃球填料的吸附以及填料内微生物对有机物的分解作用,延长填料吸附能力,同时,微生物在生长的过程中,能够以粒状填料为载体,在其表面形成一层生物膜,融合活性污泥法与生物膜法的优点,提高降解效率。

在适当的设计和运行条件下,一级好氧池保持好氧状态,填料表面生长的大量好氧微生物充分发挥了它们对有机物的降解作用,显著提高了出水水质,并延长了填料的使用周期,且 FSB 琉璃球填料在池中呈流离状态,这样更加有利于废水和填料的接触,最大限度地发挥生物降解的作用。

e.二级好氧池

不同于一级好氧池,考虑到对废水中氨氮的去除,二级好氧池中呈微氧状态,同时,在池中适当加入 NaOHNaHCO3和甲醇,保证反应池中有足够的营养,同时池中的FSB填料仍呈现流离状态,使得废水与微生物充分接触后最大限度的去除废水中的氨氮。

三.结论

按照上述工艺流程及运行条件进行中试,出水水质达到了设计要求,沿程水质变化分析表如表 3

污水处理设备
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