臭氧-BAF組合工藝用于印染廢水深度處理實(shí)驗(yàn)的探討

田海濤，詹天成，丁 靜，謝 未，陳董根

(紹興柯橋興濱水質(zhì)檢測(cè)有限公司，浙江 紹興 312073)

紡織印染廢水成分非常復(fù)雜，有機(jī)物含量高、水質(zhì)變化大，是國(guó)內(nèi)比較難處理的工業(yè)廢水之一。當(dāng)前國(guó)內(nèi)印染廢水處理方法主要以物理法、化學(xué)法和生物法為主[1]。近年來(lái)由于印染行業(yè)科技的進(jìn)步，印染廢水中出現(xiàn)了PVA 材料、新型助劑等成分，難以通過(guò)生物降解作用去除，降低了印染廢水的生化性，加大了印染廢水的處理難度，對(duì)傳統(tǒng)的印染廢水處理技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。因此探索出更加穩(wěn)定高效的印染廢水處理技術(shù)成為解決當(dāng)前行業(yè)難題的關(guān)鍵[2]。

污水廠位于印染企業(yè)集聚區(qū)，所處理污水大多為周邊紡織印染企業(yè)所排廢水。公司深度處理工程采用二沉池→氣浮池→活性炭濾池工藝，日處理水量高達(dá)10萬(wàn)噸，出水水質(zhì)達(dá)到《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB4287-2012)直接排放要求(CODCr≤80mg/L)。近期應(yīng)相關(guān)部門要求執(zhí)行《浙江省經(jīng)信委環(huán)發(fā)(2012)60號(hào)文》，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)需提標(biāo)到CODCr≤60mg/L。

臭氧氧化技術(shù)能夠把大分子發(fā)色基團(tuán)分解成小分子，而且還有消毒，去除顏色，防污垢、提高廢水可生化性等優(yōu)點(diǎn)[3]，因而在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用是非常廣的。BAF具有生物氧化降解的作用，而且還有過(guò)濾功能，經(jīng)過(guò)BAF處理后出水水質(zhì)較高。為保證最終出水CODCr穩(wěn)定在60mg/L以下，我們考慮在其原有工藝流程的基礎(chǔ)上增加“臭氧-BAF組合工藝”技術(shù)，為了驗(yàn)證并優(yōu)化該廢水生物處理工藝技術(shù)的可行性，增設(shè)中試試驗(yàn)項(xiàng)目。

1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

該中試系統(tǒng)設(shè)計(jì)水量36m3/d，設(shè)計(jì)進(jìn)水為氣浮池處理后的出水，處理目標(biāo)是保證經(jīng)過(guò)臭氧-BAF工藝后，最終出水CODCr≤60mg/L，色度≤10倍，SS≤10mg/L。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

2 處理工藝

2.1 工藝流程

臭氧-BAF組合工藝如圖1所示。提升泵將氣浮出水抽送至臭氧氧化塔，經(jīng)過(guò)臭氧氧化后，出水泵入BAF進(jìn)行深度處理，最后經(jīng)過(guò)BAF高位出水堰自流入清水池，收集BAF出水并測(cè)定相關(guān)指標(biāo)，清水池出水經(jīng)由活性炭濾池過(guò)濾后直接排放，運(yùn)行一定周期后，利用清水池儲(chǔ)存的水對(duì)BAF生物填料層進(jìn)行反沖洗，反沖洗廢水排放至生化段進(jìn)行循環(huán)處理利用。

圖1 臭氧-BAF工藝流程

2.2 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

2.3 主要工藝參數(shù)

設(shè)計(jì)進(jìn)水流量1.5m3/h，臭氧氧化塔無(wú)填料，有效容積0.88 m3；BAF卵石高度0.5m，陶粒裝填高度2.5m，裝填量3 m3，孔隙率0.5，單池有效容積1.5m3，表面水力負(fù)荷約為1.2 m3/(m2·h)，氣水比為3∶1；清水池有效池容2.4 m3。

2.4 分析方法

采用標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)中試實(shí)驗(yàn)中需要分析的水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)[4]，主要有：pH、SS、色度、CODCr，用碘量法測(cè)定臭氧的濃度。具體分析方法見(jiàn)表3。

表3 主要分析項(xiàng)目及方法

3 調(diào)試與運(yùn)行效果分析

3.1 掛摸啟動(dòng)

曝氣生物濾池采用接種掛膜和自然掛膜結(jié)合的方法進(jìn)行掛膜啟動(dòng)，中試實(shí)驗(yàn)接種氧化溝內(nèi)排放的剩余污泥，接種污泥100L，投泥量按有效容積的5%左右投加。掛膜分為兩階段進(jìn)行：第一階段悶曝階段；按照C∶N∶P=100∶5∶1的質(zhì)量加入淀粉、碳酸氫銨、磷酸二氫鉀配比的營(yíng)養(yǎng)液，加入營(yíng)養(yǎng)液后連續(xù)曝氣4天，使污泥恢復(fù)良好的活性并有效增值，悶曝期間觀察濾料表面微生物生長(zhǎng)情況；第二階段自然掛膜啟動(dòng)階段，流速為0.5m3/h，水力停留時(shí)間為3h，溫度在15～30℃，氣水比為3∶1，連續(xù)運(yùn)行15天，每天檢測(cè)進(jìn)出水的CODCr并計(jì)算去除率如圖2所示。

圖2 BAF掛膜階段的CODCr去除情況

圖2可以看出，陶粒表面逐漸出現(xiàn)灰褐色生物膜，CODCr去除效果也趨于穩(wěn)定，CODCr去除率穩(wěn)定在22%，出水CODCr大約為100 mg/L，取BAF出水用顯微鏡進(jìn)行觀測(cè)，可以看到明顯的菌膠團(tuán)及輪蟲等微生物，掛膜初步完成，可進(jìn)入調(diào)試優(yōu)化試驗(yàn)階段。

3.2 調(diào)試運(yùn)行

3.2.1 臭氧投加量對(duì)CODCr去除率的影響

調(diào)試期間首先控制BAF停留時(shí)間2.5h不變，逐漸增大臭氧投加量，使臭氧-BAF組合工藝在不同的臭氧濃度下各穩(wěn)定運(yùn)行3d，每天監(jiān)測(cè)中試系統(tǒng)進(jìn)出水的CODCr并計(jì)算去除率，根據(jù)5d的平均值確定臭氧BAF組合工藝的最佳臭氧投加量，對(duì)比效果如圖3所示。

由圖3可以看出：隨臭氧投加量的增加，廢水CODCr去除率均逐漸增加，出水CODCr逐漸減少；臭氧投加100 mg/L 后，繼續(xù)增加臭氧量，廢水的 CODCr去除率增加幅度減小，大約77%，出水CODCr基本趨于穩(wěn)定，大約35 mg/L，化。分析原因臭氧具有非常強(qiáng)的氧化性，能夠水中的難降解有機(jī)物、大分子有機(jī)物和不飽和化合物等物質(zhì)氧化成臭氧化物，一些有機(jī)物完全被氧化成CO2和H2O，另一部分不太容易降解的大分子有機(jī)物可以轉(zhuǎn)化成易于生物降解的小分子有機(jī)物，從而達(dá)到去除 CODCr的效果[5]。但隨著投加量的增加，水中不飽和有機(jī)物全部被臭氧氧化，臭氧投加量對(duì) CODCr的降解沒(méi)有明顯的影響[6]。因此綜合考慮處理效果和處理成本，本實(shí)驗(yàn)最佳臭氧投加量在100 mg/L。

圖3 臭氧投加量對(duì)CODCr去除率的影響

3.2.2 BAF停留時(shí)間對(duì)CODCr去除率的影響

控制臭氧投加量100 mg/L不變，逐步增加 BAF 停留時(shí)間，使臭氧-BAF組合工藝在不同的BAF停留時(shí)間下各穩(wěn)定運(yùn)行3d，每天監(jiān)測(cè)中試系統(tǒng)進(jìn)出水的CODCr并計(jì)算去除率，根據(jù)3d的平均值確定臭氧BAF組合工藝的最佳BAF停留時(shí)間，對(duì)比效果如圖4所示。

圖4 BAF 停留時(shí)間對(duì) CODCr去除率的影響

由圖4可以看出：廢水在BAF停留時(shí)間越久，CODCr去除率越大，停留時(shí)間在2.5 h后，繼續(xù)停留時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，CODCr去除率增加幅度減小，大約75%，出水CODCr趨于穩(wěn)定，綜合考慮處理效果和處理成本，本實(shí)驗(yàn)最佳 BAF 停留時(shí)間在 2.5 h。

3.2.3 反沖洗周期對(duì)CODCr去除效果的影響

中試系統(tǒng)運(yùn)行期間，由于系統(tǒng)超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、BAF 未及時(shí)進(jìn)行反沖洗導(dǎo)致效果下降，并帶出少量生物絮體，使得部分指標(biāo)略超出設(shè)計(jì)值[7]。如某日進(jìn)水CODCr為122mg /L，出水CODCr為62mg /L、色度為12倍、SS 為14mg /L，為保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，考慮BAF進(jìn)行反沖洗[8]?？刂瞥粞跬都恿?00 mg/L不變， BAF 停留時(shí)間2.5h不變，使臭氧-BAF組合工藝在不同的BAF反洗周期內(nèi)運(yùn)行，每天監(jiān)測(cè)中試系統(tǒng)進(jìn)出水的CODCr并計(jì)算去除率，根據(jù)反沖洗周期內(nèi)數(shù)據(jù)的平均值確定最佳反洗周期，對(duì)比效果如圖5所示。

圖5 BAF 反沖洗周期對(duì) CODCr去除率的影響

BAF長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)行會(huì)對(duì)生物膜造成一定負(fù)面影響，甚至?xí)s短反洗周期。因此我們不但要保證進(jìn)水水質(zhì)在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，還要隔段時(shí)間對(duì)BAF進(jìn)反沖洗。運(yùn)行結(jié)果表明，BAF 的反洗周期為兩周時(shí)，能取得最佳處理效果。

3.3 穩(wěn)定性運(yùn)行分析

臭氧-BAF中試系統(tǒng)經(jīng)過(guò)兩個(gè)多月的優(yōu)化調(diào)試，根據(jù)調(diào)試期間的優(yōu)化最佳參數(shù)，控制臭氧投加量100 mg/L不變，BAF 停留時(shí)間2.5h不變，臭氧-BAF組合工藝進(jìn)行60d的穩(wěn)定運(yùn)行，工藝流程為氣浮池出水-臭氧氧化-BAF生物降解-清水池-出水，每天檢測(cè)中試系統(tǒng)進(jìn)出水的CODCr、SS和色度，分析中試系統(tǒng)對(duì)各污染物指標(biāo)的去除效果，CODCr去除效果如圖6所示，進(jìn)出水SS和色度如圖7所示。

圖6 穩(wěn)定運(yùn)行階段的CODCr去除情況

圖7 穩(wěn)定運(yùn)行階段進(jìn)出水的SS和色度去除情況

由圖6、圖7 可以看出，在設(shè)計(jì)條件下，經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的運(yùn)行，中試系統(tǒng)出水水質(zhì)穩(wěn)定，滿足設(shè)計(jì)要求，出水CODCr≤40mg/L， SS≤10mg/L，色度≤10，臭氧-BAF組合工藝對(duì)CODCr、SS、色度的平均去除率達(dá)到75%、60%、77%。

4 出現(xiàn)的問(wèn)題及其改進(jìn)措施

若臭氧-BAF未及時(shí)進(jìn)行反沖洗，會(huì)導(dǎo)致出水CODCr、SS和色度超標(biāo)，因此需要通過(guò)反沖洗、加大臭氧投加量等措施來(lái)解決。

運(yùn)行過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)臭氧出水的溶解氧濃度是能滿足BAF的好氧需求的，因而可適當(dāng)優(yōu)化BAF池的曝氣量，降低風(fēng)機(jī)用電使用量，從而減少運(yùn)行成本。

運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)臭氧 BAF易滋生藻類，會(huì)導(dǎo)致出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，因此可對(duì)BAF加蓋處理，防止太陽(yáng)光的照射，防止藻類生長(zhǎng)[9]。

為應(yīng)對(duì)因中試系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)異常而導(dǎo)致出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的情況，可新增 CODCr在線監(jiān)測(cè)儀來(lái)調(diào)整出水的流向，當(dāng)出水未達(dá)標(biāo)時(shí)，切換至生化段再行處理，但是根本措施依然是優(yōu)化處理工藝，控制進(jìn)水水質(zhì)，不斷加強(qiáng)廢水處理流程的運(yùn)行管理[3]。

臭氧受熱非常容易分解，因此一定要做好室外臭氧管道的隔熱保溫工作，防止管道因太陽(yáng)暴曬然后升溫分解。

臭氧具有非常強(qiáng)的腐蝕性，因此其管件建議選用含鉻 25% 以上的不銹鋼產(chǎn)品，閥門及法蘭密封件應(yīng)該使用聚四氟乙烯材質(zhì)產(chǎn)品[3]。。

5 結(jié)論

采用“臭氧+BAF”基本工藝流程處理氣浮池出水，經(jīng)過(guò)運(yùn)行實(shí)踐證明：:該工藝對(duì)于印染廢水有較好的處理效果，處理效果穩(wěn)定，臭氧投加濃度、BAF 停留時(shí)間以及ABF反沖洗周期對(duì)處理效果有很大影響，當(dāng)臭氧投加濃度為100 mg/L時(shí)，BAF停留時(shí)間2.5h，BAF反洗周期兩周一次時(shí)，該處理工藝具有最佳運(yùn)行效能，此時(shí)出水滿足設(shè)計(jì)要求，COD≤40 mg /L、色度≤10倍、SS≤10 mg /L。