王軍

（安徽省環(huán)境科學(xué)研究院，安徽 合肥 230061）

混凝沉淀/電催化/兩相厭氧/生物接觸氧化工藝處理染料廢水

王軍

（安徽省環(huán)境科學(xué)研究院，安徽 合肥 230061）

介紹采用混凝沉淀/電催化/兩相厭氧/生物接觸氧化處理染料廢水的工程實(shí)例.運(yùn)行結(jié)果表明，當(dāng)進(jìn)水COD、色度、苯胺的濃度分別為14000mg/L、20000倍、120mg/L時(shí)，出水相應(yīng)指標(biāo)的濃度分別為65mg/L、20倍、0.46mg/L，可達(dá)到國(guó)家《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB4287-92）Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn).

染料廢水；混凝沉淀；電催化；兩相厭氧；生物接觸氧化

染料廢水有機(jī)物濃度高、色度高、鹽分高、生物可降解性差，屬于典型難降解、污染重的工業(yè)廢水[1-3].采用單一的物理化學(xué)方法或傳統(tǒng)的好氧生物工藝處理，COD和色度很難達(dá)到排放要求[4].加上由于染料生產(chǎn)種類(lèi)多，并朝著抗光解、抗藥物、抗生物氧化的方向發(fā)展，從而使其染料廢水的處理難度日趨加大，單單依靠常規(guī)處理工藝很難達(dá)到理想處理效果[5-6].本文介紹采用“混凝沉淀/電催化/兩相厭氧/生物接觸氧化”工藝處理染料廢水的工程實(shí)例.

1 工程概況

該企業(yè)廢水主要為染料及中間體生產(chǎn)廢水，設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1，排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB4287-92）Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn).

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)

2 廢水處理流程

2.1 工藝流程

工藝流程見(jiàn)圖1.

圖1 廢水處理工藝流程

廢水經(jīng)格柵去除絕大部分懸浮顆粒物后進(jìn)入水質(zhì)、水量調(diào)節(jié)池，然后進(jìn)入調(diào)節(jié)池末端的中和池，通過(guò)投加Ca(OH)2調(diào)節(jié)pH值.中和池出水提升進(jìn)入混凝沉淀池，去除廢水水中含量較高的SS和部分色度.沉淀池出水進(jìn)入電催化反應(yīng)器，電化學(xué)催化氧化系統(tǒng)主要包括電源、硅整流、電氧化反應(yīng)器、廢氣處理等組成部分，破壞廢水中有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu).其出水中含有一定的絮體，加入絮凝劑進(jìn)入絮凝沉淀池，用以沉淀電催化產(chǎn)生的部分有機(jī)物.出水進(jìn)行提升進(jìn)入兩相厭氧系統(tǒng)，兩相厭氧系統(tǒng)是有水解酸化池和UASB反應(yīng)器組成，進(jìn)一步去除廢水中的有機(jī)物，改善廢水的可生化性?xún)上鄥捬跸到y(tǒng)出水進(jìn)入生物接觸池進(jìn)行好氧生物處理，降低廢水的COD和BOD，其出水在二沉池內(nèi)進(jìn)行泥水分離，出水進(jìn)行人工濕地處理，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放.沉淀池污泥部分回流至水解酸化池或生物接觸氧化池，剩余污泥進(jìn)入污泥濃縮池，濃縮后污泥經(jīng)板框壓濾機(jī)壓濾后外運(yùn)填埋.

2.2 工藝特點(diǎn)

2.2.1 有選擇的將一些廢水混合，利用它們自身的特點(diǎn)，進(jìn)行中和與反應(yīng)，盡可能減少加藥量，同時(shí)通過(guò)反應(yīng)產(chǎn)生沉淀或浮渣，去除部分有機(jī)物和使部分無(wú)機(jī)鹽結(jié)晶析出.

2.2.2 電化學(xué)催化氧化系統(tǒng)主要包括電源、硅整流、電氧化反應(yīng)器、廢氣處理等組成部分.電極在電化學(xué)處理技術(shù)中處于“心臟”的地位，電極材料為鈦和石墨電極，電化學(xué)氧化塔外部材料為碳鋼、防腐采用環(huán)氧樹(shù)脂防腐.利用電化學(xué)催化氧化系統(tǒng)能改變難生物降解化合物的結(jié)構(gòu)，破壞廢水中有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)，使其斷裂成更小的分子，這些中間產(chǎn)物一般比原化合物更易被微生物降解，為后續(xù)的生物處理提供條件.

2.2.3 兩相厭氧系統(tǒng)中主要構(gòu)筑物水解酸化池內(nèi)設(shè)彈性填料，利用水解和產(chǎn)酸菌的新陳代謝作用，將不溶物有機(jī)物水解成溶解性有機(jī)物、大分子物質(zhì)分解成小分子物質(zhì)，使污水更適宜于后續(xù)的生化處理，可以用較短的時(shí)間完成凈化過(guò)程.污水經(jīng)水解酸化池，可以在較短停留時(shí)間和相對(duì)較高的水力負(fù)荷下獲得較高的懸浮物去除率.出水BOD/COD值顯著提高，增加了污水的可生化性.水解酸化池采用推流式，并且把水解酸化池分成同等體積的三格，進(jìn)出水采用上下錯(cuò)流式，避免水流帶走大量污泥，保證池內(nèi)的污泥濃度.

2.2.4 好氧工藝采用生物接觸氧化池，此段可降解大量有機(jī)物，出水中有機(jī)物濃度較低.接觸池中裝有半軟性填料，調(diào)試時(shí)間短，污泥不易膨脹，且對(duì)水質(zhì)、水量變化的適應(yīng)性較強(qiáng).選用高效射流曝氣器進(jìn)行曝氣，提高溶解氧效率，加強(qiáng)了氣液傳質(zhì)過(guò)程，比傳統(tǒng)的穿孔管減少了曝氣量，從而減少電耗，降低運(yùn)行成本.

2.2.5 本工藝在好氧后設(shè)置人工濕地系統(tǒng)，該廠廠區(qū)內(nèi)有低洼地帶且有水生植物，是天然的濕地系統(tǒng)，本次設(shè)計(jì)在該地增加了防滲措施，避免對(duì)地下水的污染.該濕地系統(tǒng)在處理廢水的同時(shí)又增加了廠區(qū)環(huán)境的美觀.

3 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1 格柵

格柵采用一道，格柵總寬度為600mm，高度為1500mm，間隙為6mm，安裝角度為60°，人工清渣.

3.2 調(diào)節(jié)池1

由于工廠生產(chǎn)和排水的不穩(wěn)定性，需將峰值水量進(jìn)行調(diào)節(jié)以供連續(xù)處理，避免出現(xiàn)劇烈的沖擊負(fù)荷.中和池建于調(diào)節(jié)池末端.調(diào)節(jié)池的總有效容積為240m3，HRT為24h.加藥裝置一臺(tái)，型號(hào)為JY-2.0/2.并在池底設(shè)有曝氣管進(jìn)行曝氣，風(fēng)機(jī)型號(hào)為HC-801S.還需在調(diào)節(jié)末端設(shè)置集水井，以便廢水向后續(xù)工藝進(jìn)一步提升，設(shè)提升泵兩臺(tái)，一用一備.

3.3 混凝沉淀池

混凝沉淀池是混合反應(yīng)池和沉淀池合建，反應(yīng)區(qū)HRT15min.初沉池為豎流式，表面水力負(fù)荷為0.8m3/(m2·h)，PAC投加量60mg/L，PAM投加量為4mg/L.

3.4 電催化反應(yīng)器

電化學(xué)催化氧化系統(tǒng)主要包括電源、硅整流、電氧化反應(yīng)器、廢氣處理等組成部分.電極在電化學(xué)處理技術(shù)中處于“心臟”的地位，電極材料為鈦和石墨電極，電化學(xué)氧化塔外部材料為碳鋼、防腐采用環(huán)氧樹(shù)脂防腐.電催化氧化塔一期共1套.處理能力Q=10～15m3/h，工作電流380V，極板電流密度200～300mA/m2，作用時(shí)間為1～2min，每套電催化氧化反應(yīng)塔功率為60kW，COD去除率60%.

3.5 絮凝沉淀池

絮凝沉淀池用來(lái)沉淀電催化產(chǎn)生的部分絮體，其有效容積為4m3，其中絮凝池有效容積為2.4m3，斜管沉淀池為1.6m3，HRT為0.4h.設(shè)加藥裝置兩套，型號(hào)為JY-2.0/2，分別用來(lái)投加混凝劑和助凝劑，PAC投加量40mg/L，PAM投加量為3mg/L.

3.6 調(diào)節(jié)池2

調(diào)節(jié)池有效容積20m3，HRT為2h.

3.7 水解酸化池

為保證水解酸化池中的微生物量，在池內(nèi)設(shè)置聚丙烯立體彈性填料，密度為0.9g/m3，比表面積200m2/m3.水解酸化池的有效容積為180m3，停留時(shí)間為18h.

3.8 UASB反應(yīng)器

UASB反應(yīng)器有效容積為240m3，HRT為24h，UASB容積負(fù)荷5kgCOD/(m3·d)，COD去除率可達(dá)70%.設(shè)備包括：布水器（MC-Ⅱ）一套；三相分離器（SF-18）8臺(tái)；潛污泵（WQ60-13-4）2臺(tái)，一用一備；循環(huán)管道泵（L-100）2臺(tái)，一用一備.

3.9 生物接觸氧化池

經(jīng)厭氧處理后的廢水進(jìn)入生物接觸氧化單元，在好氧生物膜作用下，廢水中大部分有機(jī)污染物質(zhì)被去除，氧化池設(shè)計(jì)總有效容積200m3，HRT為20h，安裝半軟性填料120m3，容積負(fù)荷為0.6kg-COD/(m3·d).曝氣采用直流式空氣曝氣.DC脫色劑投加量80～100mg/L，具體投加量根據(jù)氧化池出水中色度決定.

3.10 沉淀池

好氧處理的廢水經(jīng)沉淀池實(shí)現(xiàn)泥水的分離.沉淀池有效容積20m3，有效表面積14.3m2，有效水深1.4m.

3.11 人工濕地

人工濕地有效容積480m3，HRT為2d，可有效去除廢水中殘余的有機(jī)物，確保達(dá)標(biāo)排放.

4 運(yùn)行效果及運(yùn)行費(fèi)用

4.1 工程試運(yùn)行

工程所用接種污泥來(lái)自相鄰污水處理廠的沉淀池沉淀污泥，污泥接種量分別為18m3、24m3、10m3，采用進(jìn)水濃度逐步增加的方式來(lái)提高進(jìn)水負(fù)荷.在厭氧反應(yīng)池中適量投加微量元素來(lái)保證厭氧微生物的生長(zhǎng).經(jīng)過(guò)三個(gè)月的時(shí)間，隨著負(fù)荷增加，各級(jí)生物處理單元的處理效果接近設(shè)計(jì)值.期間嚴(yán)格控制系統(tǒng)的進(jìn)水濃度，避免過(guò)高的負(fù)荷對(duì)生物處理單元形成沖擊，引起生物處理單元，特別是UASB反應(yīng)器的酸化問(wèn)題和啟動(dòng)失敗.通過(guò)對(duì)進(jìn)出水指標(biāo)檢測(cè)、生物鏡檢等檢驗(yàn)各處理單元的實(shí)際運(yùn)行情況，并保證主要設(shè)備和儀器的完好運(yùn)行，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決好運(yùn)行中的問(wèn)題.通過(guò)電鏡掃描，發(fā)現(xiàn)個(gè)生物處理單元微生物活性較好，生物膜緊密.在接觸氧化池出水連續(xù)穩(wěn)達(dá)標(biāo)后，此時(shí)可認(rèn)為工程試運(yùn)行期結(jié)束.

4.2 運(yùn)行效果

該工藝系統(tǒng)從2009年底開(kāi)始調(diào)試運(yùn)行，至2010年6月運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到或優(yōu)于排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，各單元處理效果均值見(jiàn)表2.

表2 廢水處理效果

4.3 運(yùn)行費(fèi)用

該工程實(shí)際總投資為285萬(wàn)元.如果不計(jì)設(shè)備折舊費(fèi)，該廢水處理（包括污泥處理）運(yùn)行費(fèi)用為3.59元/m3，其中電耗費(fèi)用費(fèi)1.43元/m3，人工費(fèi)為0.24元/m3，日常檢修維護(hù)費(fèi)為0.1元/m3，藥劑費(fèi)為1.82元/m3.

5 結(jié)語(yǔ)

5.1 采用混凝沉淀/電催化/兩相厭氧/生物接觸氧化工藝處理染料生產(chǎn)廢水能達(dá)到預(yù)期效果，當(dāng)進(jìn)水COD、色度、苯胺的濃度分別為14000mg/L、20000倍、120mg/L時(shí)，出水相應(yīng)指標(biāo)的濃度分別為65mg/L、20倍、0.46mg/L，出水水質(zhì)符合《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB4287-92）Ⅰ的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn).

5.2 染料廢水是一類(lèi)高色度、含難降解和生物毒性物質(zhì)的高濃度有機(jī)廢水.在設(shè)計(jì)中采用電化學(xué)催化氧化法降解COD的原理，有機(jī)廢水進(jìn)入電催化系統(tǒng)以后，在電極上發(fā)生反應(yīng)，在高的陽(yáng)極電位條件下，以污水為電解質(zhì)溶液，可以產(chǎn)生羥基自由基，羥基自由基具有很強(qiáng)的氧化能力，可以破壞染料的發(fā)色基或助色基，使之?dāng)嗔?，失去發(fā)色能力.

5.3 采用混凝沉淀+電催化作為處理工藝的預(yù)處理.運(yùn)行結(jié)果表明，絮凝沉淀池出水的COD去除率達(dá)到70.3%，色度降低了98.2%.充分說(shuō)明混凝沉淀+電催化是十分有效的預(yù)處理工藝.整個(gè)工藝的關(guān)鍵在于預(yù)處理工藝的選擇，預(yù)處理工藝運(yùn)行的成功與否直接影響到后續(xù)生化處理效果.通過(guò)投加藥物化和人工濕地工藝可以進(jìn)一步降低接觸氧化池出水的COD和色度，確保出水能長(zhǎng)期、穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放.

5.4 水解酸化池雖不能明顯降低廢水的COD（實(shí)際去除率僅為30%），但能將廢水中結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大分子有機(jī)物降解轉(zhuǎn)變成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的小分子有機(jī)物，打開(kāi)碳長(zhǎng)鏈，使它們更易于好氧生物降解，提高了廢水的可生化性（實(shí)際BOD/COD由進(jìn)水前的0.279提高到0.385）.

5.5 在工程設(shè)計(jì)的總體平面布置上，采用池體一體化組合設(shè)計(jì)，使整套廢水處理設(shè)施簡(jiǎn)潔、緊湊、便于操作管理，減少了一次性投資.廢水處理（包括污泥處理）運(yùn)行費(fèi)用為3.59元/m3.工程的投入運(yùn)行，特別人工濕地的設(shè)置為該廠區(qū)增加了美麗的景觀，帶來(lái)了很大的社會(huì)效益和環(huán)境效益.

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