折流式水解—復合膜生物法處理印染廢水的研究.pdf

1、印染廢水中含有漿料、助劑、油劑、酸堿、纖維雜質(zhì)及無機鹽等，染料結(jié)構(gòu)中的硝基、胺基化合物及銅、鉻、鋅等重金屬具有極強的生物毒性。印染廢水呈現(xiàn)堿性強、水量大、色度高、成分復雜、污染程度高等特點。特別是近年來印染行業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，使印染廢水的水質(zhì)產(chǎn)生了新的變化，生物降解效果更差，導致原有的厭氧或水解-好氧工藝處理效果降低，出水難以達標排放。本文采用折流式水解(ABR)-復合膜生物法(MBR)組合工藝對印染廢水進行處理，主要進行了

2、以下幾方面研究，并取得相關(guān)成果。 首先進行了物化預處理與生化預處理的比較研究。物化預處理采用了Fenton試劑氧化法。對廢水初始pH值、水溫、H<,2>O<,2>和Fe<'2+>的投加量及氧化時間等影響因素進行了較系統(tǒng)的研究。利用ORP顯示化學反應狀態(tài)，控制反應進程。當初始pH值為6.56，H<,2>O<,2>投加量為1.5 g/L，F(xiàn)eSO<,4>投加量為750mg/L，氧化時間6h時，處理水COD<,Cr>由1240 mg

3、/L下降至529.5 mg／L，COD<,Cr>去除率為57.3％；色度由200倍下降至16倍，色度去除率達92％；BOD<,5>/COD<,Cr>由原水的0.32提高到0.48，廢水的可生化性得到了明顯提高。 生化預處理采用折流式水解反應器進行，主要開展了進水pH值、水溫、水力負荷、有機負荷等影響因素的研究。折流式水解預處理印染前道水，最適進水pH范圍為6.5～8.8。當進水pH為7.6時，反應器出水COD<,Cr>去除率最

4、高為40.3％；不同進水pH下，反應器出水：BODs/COD<,Cr>均得到了較大提高，由進水的0.35左右提高到0.45左右。 折流式水解反應器預去除印染廢水色度去除效果顯著。HRT為8h，5～31.1℃水溫下的出水色度均能滿足《紡織染整工業(yè)水污染物排放標準》(GB4287-92)規(guī)定的Ⅰ級標準(s40倍)。水溫是影響水解反應的主要因素，水溫為5℃、9．7℃、14．9℃、19．7℃、23．5℃、31．1℃六種溫度下的測定，結(jié)

5、果表明，提高水溫可增大COD<,Cr>、色度及UVA<,254>的去除率，此時ORP值變小，pH值升高，水解程度加深。 隨HRT的增大，各格室COD<,Cr>去除率增大，當HRT為4h～48h時，COD<,Cr>去除率為32.97％～69.03％；水力停留時間越長，ABR的COD<,Cr>去除負荷越低，當HRT增大到15h時，COD<,Cr>去除率的增加值隨HRT的增加迅速變??；當ABR反應器進水有機負荷為2.08kgCOD/

6、(m<'3>·d)～3.60kgCOD/(m<'3>·d)時，反應器各格室出水COD<,Cr>去除率總體上隨有機負荷的增大而增大。反應器出水的可生化性受HRT影響，當HRT為4h～24h時，ABR出水的BOD<,5>/COD<,Cr>值為0.46～0.25，本研究適宜的水力停留時間為6h～8h。 Fenton試劑氧化預處理與ABR水解預處理的處理效果相當，但Fenton試劑氧化預處理需要投加藥劑，因此本研究確定采用折流式水解與

7、復合膜生物法組合進行印染廢水處理的研究。 為了進一步把握ABR反應器的特性，本文對ABR反應器的水流特性、有機物降解動力學進行了研究，以此為基礎(chǔ)建立了擴散模型和多級全混流模型。通過水力分析，在20℃、HRT為8h時，ABR反應器導流區(qū)及生化反應區(qū)內(nèi)水流均為層流流態(tài)；導流區(qū)內(nèi)污泥顆粒不能穩(wěn)定停留，隨水流進入生化反應區(qū)。通過有機物降解動力學分析，ABR反應器中有機物的降解服從一級反應動力學規(guī)律，頻率因子A為0.3117L/(gML

8、SS·min，)，反應活化能E<,a>為19.593 kJ/mol，5℃～31.1℃之間的生化反應溫度系數(shù)θ為1.028。示蹤劑試驗表明，在HRT為8h、平均污泥濃度MLSS為16.8g/L時，該ABR反應器的皮克萊數(shù)Pe為10.3，反應器的理論完全混合反應器串聯(lián)數(shù)N為5.70。表明本試驗的ABR反應器處于理想推流與完全混合流之間。通過將實際ABR反應器內(nèi)的流動簡化，結(jié)合皮克萊數(shù)Pe和生物降解反應動力學，建立了擴散模型；結(jié)合反應器的理論

9、完全混合反應器串聯(lián)數(shù)N及生物降解動力學，建立了多級全混流模型。模型檢驗結(jié)果表明，擴散模型能較好地模擬各格室出水COD<,Cr>去除率和反應器總COD<,Cr>去除率；多級全混流模型能較好地模擬反應器出水總COD<,Cr>去除率。多級全混流模型計算值與擴散模型計算值較好地吻合，最大誤差在31.1℃時，僅為0.3％。兩種模型預測值與實測值在9.7℃、14.9℃、19.7℃與23.5℃下較接近，誤差均小于2.8％；而在5℃和31.1℃時，誤差

10、也僅為6.2％和6.8％。 折流式水解-復合膜生物法組合工藝運行兩年多的結(jié)果表明，穩(wěn)態(tài)條件下，出水NH<,3>-N均在5 mg/L以下，達到《紡織染整工業(yè)水污染物排放標準》(GB4287-92)的一級標準(≤15mg/L)。出水TN一般在10mg/L以下。TN大部分在MBR段去除，去除率在70％以上，ABR段的TN去除率僅為20％。出水TP可在0.5mg/L以下，達到了污水綜合排放標準(GB8978-2002)一級標準(磷酸鹽

11、≤0.5mg/L)，TP去除率一般在70％以上。出水COD<,Cr>在100mg/L以下，達到《紡織染整工業(yè)水污染物排放標準》(GB4287-92)的一級標準(≤100mg/L)，COD<,Cr>總?cè)コ蕿?0％左右。其中，ABR段去除率在50％～65％，MBR段去除率在80％左右。出水色度小于4倍，達到《紡織染整工業(yè)水污染物排放標準》(GB4287-92)的一級標準(≤40倍)。 本研究對折流式水解-復合膜生物法處理工藝中污

12、泥的顆粒粒徑、污泥活性、污泥的吸附及降解性能進行了分析與比較。通過顆粒粒徑分析，污泥顆粒表面積平均粒徑和體積平均粒徑由小到大的順序依次為：格室2<格室1<格室5<格室3<格室4格室1>格室5>格室3>格室4>MBR。污泥脫氫酶活性DHA的測定結(jié)果表明，1～3格室污泥的DHA依次上升，第三格室污泥的DHA達最高，為56.5μg/(mL·h)，3～6格室依次下降，MBR的污泥DHA最低為5.3

13、 μg/(mL·h)。 從污泥顆粒表面液膜內(nèi)的物質(zhì)傳遞規(guī)律出發(fā)，通過適當?shù)募俣ê妥兞拷y(tǒng)一，推導出表征污泥顆粒吸附性能的容積傳質(zhì)系數(shù)求解公式，為污泥吸附能力的定量確定提供了新的途徑。并對ABR反應器及MBR反應器中的污泥進行亞甲基蘭吸附試驗，結(jié)果表明，1～3格室吸附容積傳質(zhì)系數(shù)依次增大，從5.46kg/(m<'3>·min)增大到8.43kg/(m<'3>·main)；在4格室突然急劇下降到3.28 kg/(m<'3>·min)

14、，隨后，4～5格室又逐漸上升至8.08 kg/(m<'3>·main),其中最大值出現(xiàn)在3格室，最小值出現(xiàn)在4格室。此外，還以酸性大紅GR為基質(zhì)進行污泥的吸附與降解試驗，當酸性大紅GR的初始濃度為100m/L時，3格室污泥的吸附容積傳質(zhì)系數(shù)為6.81kg/(m<'3>min，)；降解24小時后，對染料降解性能最好的是第3格室，其出水酸性大紅GR濃度為21.5mg/L，去除率達78.5％。第1格室、第4格室及：MBR中的污泥對酸性大紅去除

15、率較低。結(jié)果表明，吸附質(zhì)不同，相同污泥的容積傳質(zhì)系數(shù)相差很大，其吸附性能相差就很大；污泥的吸附和降解性能與污泥的活性具有一定的相關(guān)性，污泥的活性高，吸附和降解能力則強。此外，對折流式水解一復合膜生物法組合工藝的工程應用進行了技術(shù)經(jīng)濟分析。以處理規(guī)模1500m<'3>/d為例，該工藝處理印染廢水運行成本為1.63元/噸，與常規(guī)的印染廢水處理工藝運行成本相當。隨膜生產(chǎn)技術(shù)不斷提高和膜成本不斷下降，該工藝具有占地面積省、設(shè)備投資回收期短和良好