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        印染廢水膜后濃水的深度處理工藝研究

        2021-08-16 00:51:50黃春梅嚴(yán)松文淦斌廣州市佳境水處理技術(shù)工程有限公司
        節(jié)能與環(huán)保 2021年7期
        關(guān)鍵詞:濃水色度濾池

        文_黃春梅 嚴(yán)松 文淦斌 廣州市佳境水處理技術(shù)工程有限公司

        印染廢水主要來源于布料的退漿、染色、印花工序,含有染料、漿料、助劑等物質(zhì),具有水量大、有機(jī)污染物含量高、成分復(fù)雜等特點(diǎn)。近年來節(jié)能減排推進(jìn)了印染廢水回用的進(jìn)程,反滲透膜分離技術(shù)被廣泛用于印染廢水的回用處理,但RO膜在回用廢水時也產(chǎn)生了不能達(dá)標(biāo)排放的膜后濃水。

        RO濃水COD、色度、總氮、電導(dǎo)率高,可生化性較差,采用常規(guī)的混凝及生化法處理較難達(dá)到排放要求。Fenton法是一種常用于難降解有機(jī)廢水處理的高級氧化技術(shù),通過.OH的氧化作用能降解大分子有機(jī)物,從而降低印染廢水的色度和COD,提高廢水的可生化性。RO濃水總氮較高,且NO3--N約占總氮含量的75%,而反硝化生物濾池(DN池)可利用填料上的微生物,在缺氧條件下以NO3--N為電子受體、以有機(jī)底物為電子供體,將NO3--N還原成氮?dú)?。因此本研究針對印染廢水RO濃水的水質(zhì)特點(diǎn),采用“Fenton法+反硝化生物濾池”的處理工藝進(jìn)行深度處理研究。

        1 實(shí)驗(yàn)用水與方法

        1.1 實(shí)驗(yàn)用水

        本研究實(shí)驗(yàn)用水為廣東省某印染公司RO濃水,其廢水處理及回用工藝流程見圖1,廢水回用率50%~55%,實(shí)驗(yàn)期間RO濃水的水質(zhì):COD為170~190mg/L,TN為21~25mg/L,硝態(tài)氮為16~18 mg/L,色度70~150倍,電導(dǎo)率5500~9000us/cm。

        圖1 工藝流程

        1.2 Fenton實(shí)驗(yàn)方法

        取RO濃水500mL于燒杯中,用濃硫酸調(diào)節(jié)廢水初始pH值至酸性,投加一定量FeSO4.7H2O后快速攪拌,滴加H2O2,最后將水樣放置在攪拌器上,反應(yīng)一段時間后,加入NaOH調(diào)節(jié)pH值至7.5,測定上清液COD和色度。通過燒杯實(shí)驗(yàn)研究不同加藥量情況下的廢水COD和色度去除情況。

        Fenton出水采用DN池進(jìn)行脫氮,添加乙酸鈉作為反應(yīng)碳源。DN池裝置由生物過濾反應(yīng)柱、反沖洗系統(tǒng)和碳源投加系統(tǒng)組成,濾池直徑為400mm,總高為1500mm,底部有250mm的空心承托層,濾料采用球形生物陶粒,粒徑為4~8mm,堆積密度為1.1~1.4g/cm3。研究不同C/N及HRT對DN池脫氮的影響。

        1.3 實(shí)驗(yàn)藥品、分析方法與儀器

        藥品:H2O2(30%)、硫酸亞鐵(FeSO4.7H2O)、H2SO4(98%)、NaOH(5%)、陰離子PAM。

        分析方法:COD、總氮、硝態(tài)氮、色度按照《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第4版)進(jìn)行測定,COD采用重鉻酸鉀法,總氮采用過硫酸鉀氧化紫外分光光度法,硝態(tài)氮采用紫外分光光度法。

        儀器:pHb-4型pH計,AL104型精密電子天平,ZR4-6型混凝實(shí)驗(yàn)攪拌機(jī),756PC紫外可見分光光度儀,XJ-Ⅳ COD消解裝置。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 Fenton影響因素研究

        2.1.1 H2O2、FeSO4.7H2O加藥量對COD去除效果的影響

        在反應(yīng)初始pH值為3,H2O2的投加量分別為30mg/L、60mg/L、90mg/L、120mg/L,F(xiàn)eSO4.7H2O的加藥量按與H2O2質(zhì)量比分別為2:1、3:1、4:1、5:1、6:1加入,反應(yīng)時間為2h時,研究H2O2、FeSO4.7H2O加藥量對COD去除效果的影響,結(jié)果見圖2。

        圖2 H2O2、FeSO4.7H2O加藥量對COD去除效果的影響

        從圖2可知,隨著H2O2加入量的增多,對COD的去除率先升高后增幅趨于平緩。這是因?yàn)殡S著H2O2投加量的增加,.OH的產(chǎn)生量迅速增加,對COD的去除率隨之增大;而當(dāng)H2O2投量過高時,會將Fe2+氧化成Fe3+,使氧化過程轉(zhuǎn)化為Fe3+催化的類Fenton反應(yīng),.OH的產(chǎn)生效率大大降低,不能進(jìn)一步降解污染物,對COD去除率的增幅較小。m(FeSO4.7H2O)/m(H2O2)<5 時,COD 去除率隨著 m(FeSO4.7H2O)/m(H2O2)的增加而提高;在繼續(xù)增大加藥量,COD去除效率降低,因?yàn)镕e2+作為Fenton反應(yīng)的催化劑,是催化產(chǎn)生.OH的必要條件,當(dāng)m(FeSO4.7H2O)/m(H2O2)較低時不能產(chǎn)生足夠的.OH,對COD的去除率較低;當(dāng)m(FeSO4.7H2O)/m(H2O2)值過高時,過量的Fe2+會與H2O2發(fā)生氧化還原反應(yīng),導(dǎo)致H2O2被無效分解,也會造成對COD去除率下降,而且大量的Fe2+的加入會增加污泥產(chǎn)量,造成運(yùn)行費(fèi)用的增加。

        當(dāng)H2O2加入量為90mg/L時,F(xiàn)eSO4.7H2O加藥量為450mg/L,COD去除率最高,為63%,出水COD68mg/L,色度為15倍。因此確定Fenton反應(yīng)的H2O2加藥量為90mg/L ,F(xiàn)eSO4.7H2O加藥量為450mg/L。

        2.1.2 反應(yīng)初始pH值對COD去除效果的影響

        在H2O2加藥量90mg/L,F(xiàn)eSO4.7H2O加藥量450mg/L,反應(yīng)時間為2h時,研究初始pH值分別為3、4、5、6,初始pH值對COD去除效果的影響,結(jié)果見圖3。

        圖3 初始pH值對COD去除效果的影響

        由圖3可見,F(xiàn)enton反應(yīng)強(qiáng)烈依賴于pH值,在pH值3、4時COD的去除率較高在pH值為4時對COD的去除率為61%;當(dāng)pH值為5、6時,F(xiàn)enton對COD的去除率急劇下降。原因是在pH值較高時Fe2+不穩(wěn)定,極易轉(zhuǎn)化成Fe3+,形成Fe(OH)3沉淀而失去催化作用,導(dǎo)致對COD的去除率顯著降低。為節(jié)約運(yùn)行成本,因而確定Fenton初始pH值為4。

        2.1.3 反應(yīng)時間對COD去除效果的影響

        在反應(yīng)初始pH值為4,H2O2加藥量90mg/L,F(xiàn)eSO4.7H2O加藥量450mg/L時,研究反應(yīng)時間對COD去除效果的影響,結(jié)果見圖4。

        圖4 反應(yīng)時間對COD去除效果的影響

        由圖4可見,反應(yīng)時間從0.5h升至1.5h,COD去除率從34%增加到61%,反應(yīng)時間從1.5h延長至2.5h,COD去除率增加不明顯,為了降低廢水處理造價成本,因此Fenton氧化RO濃水的最佳反應(yīng)時間為1.5h。

        RO濃水在初始pH值為4,F(xiàn)eSO4.7H2O和H2O2的投加量分別為450mg/L、90mg/L,反應(yīng)時間為1.5h時,其處理后出水COD和色度已達(dá)到排放要求,COD 71mg/L,色度15倍,但出水TN21~25mg/L,仍需要進(jìn)一步處理。

        2.2 DN池脫氮效能的影響

        2.2.1 COD/ρ(NO3--N)對DN池的影響

        CERVANTES等認(rèn)為C/N是微生物代謝過程中反硝化效率的決定因素。乙酸鈉是易被生物降解的低級羧酸,容易被反硝化菌利用,作為反硝化脫氮的碳源效果好于葡萄糖,因此本實(shí)驗(yàn)選用乙酸鈉調(diào)節(jié)Fenton出水的COD/ρ(NO3--N)。將COD/ρ(NO3--N)分別為5、6、7、8的廢水加入到DN池中,水力停留時間(HRT)為2.5h,具體參數(shù)見表1,研究C/N對DN池去除NO3--N的影響,結(jié)果見圖5。

        表1 不同C/N條件下DN池中COD和NO3--N含量的變化

        圖5 COD/ρ(NO3--N)對NO3--N去除效率的影響

        由圖5可知,隨著COD/ρ(NO3--N)的增大NO3--N的去除率持續(xù)增加,其中COD/ρ(NO3--N)從6上升到8時,出水NO3--N的質(zhì)量濃度從7.65mg/L減少到0.52mg/L,去除率從54.5%增加到96.8%,說明此時COD/ρ(NO3--N)是DN池脫氮效能的決定性因素;當(dāng)COD/ρ(NO3--N)從8上升到9時,出水NO3--N的質(zhì)量濃度從0.52mg/L減少到0.37mg/L,NO3--N去除率變化了1%,說明此時DN池中COD過量。C/N高于理論值,一方面是因?yàn)槟ず鬂馑?jīng)過Fenton反應(yīng)后,出水DO為9~13mg/L,需消耗更多的碳源;另一方面是因?yàn)樵瓘U水中有一部分碳源不能利用。

        2.2.2 HRT對DN池效能的影響

        HRT是DN池脫氮性能的主要影響因素,本實(shí)驗(yàn)在COD/ρ(NO3--N)為8時,連續(xù)運(yùn)行28d,研究HRT分別為1、1.5、2、2.5h,HRT對DN池中NO3--N去除效果的影響,結(jié)果見圖6。

        圖6 HRT對NO3--N的去除影響

        由圖6可知,隨著HRT由1h增加至2h時,DN池對NO3--N的平均去除率從提高至 96.8%,主要原因是DN池中HRT的增加延長了反硝化作用的時間,從而提高了NO3--N的去除率;HRT從2h增加至2.5h時,NO3--N的平均去除率增長不明顯。且在HRT為2h時,出水COD小于70mg/L,可穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

        3 結(jié)語

        采用Fenton法+反硝化生物濾池深度處理工藝處理印染廢水RO濃水,其出水水質(zhì)可達(dá)到《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB4287-2012)表2限值。

        RO濃水在反應(yīng)初始pH值為4,H2O2加藥量90mg/L,F(xiàn)eSO4.7H2O加藥量450mg/L,反應(yīng)時間為1.5h后,COD去除率達(dá)到62%,出水COD 71mg/L,色度15倍,COD和色度已達(dá)到排放要求。

        選用乙酸鈉作為碳源,反硝化生物濾池在C/N為8,HRT為2h時,NO3--N去除率達(dá)到96.8%,出水NO3--N降低至0.52mg/L,總氮小于10mg/L。

        采用Fenton法+反硝化生物濾池工藝處理印染廢水RO濃水,藥劑成本為1.73元/m3。

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