臭氧氧化-曝气生物滤池处理印染废水

1臭氧－曝气生物滤池处理酸性玫瑰红染料废水*汪晓军林德贤顾晓扬董方华南理工大学环境科学与工程学院广东广州510640摘要：在实验室配制含酸性玫瑰红染料的印染废水，采用臭氧氧化－曝气生物滤池工艺开展处理试验。试验运行结果表明：臭氧氧化处理能提高模拟废水的可生化性，BOD/COD值由原水的0.18上升到0.36。经组合工艺处理后出水COD小于40mg/L，色度40倍以下，SS约50mg/L。处理效果良好。关键词：印染废水；酸性玫瑰红染料；臭氧；曝气生物滤池；难生物降解中图分类号：X701文献标识码：文章编号：TreatmentofdyeContainingwastewaterbyozonizing-biologicalaeratedfilterprocessLinDexian,WangXiaojun,Guxiaoyang,DongfangSchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640Abstract:Theozonizing-biologicalaeratedfilterprocesswasusedtotreatthedyecontainingwastewater.Theresultshowsthattheozonizingcanimprovethebiodegradability,theBOD/CODratioincreasefrom0.18to0.36.TheeffluentqualitiesareCODlessthan40mg/L、SSabout50mg/Landcolorlessthen40times,andverygoodresultwasgotbythisprocess.Keywords:Dyeingwastewater;acidroesdye;ozone;biologicalaeratedfilter;refractorywastewater酸性玫瑰红为氧杂蒽染料，在厌氧及好氧条件下均难以生物降解[1]，另外由于酸性玫瑰红水溶性很好，利用混凝的方法难以去除。因而当生产过程中主要采用酸性玫瑰红染料时，生产过程排放的废水可生化性差，难以处理。目前该类废水常用的处理方法是加入次氯酸钠氧化脱色，但次氯酸钠氧化对COD去除率低，出水COD仍超标，且在氧化过程中会产生致癌的THMs物质[2]。该类废水COD不高，但可生化性非常差，针对含酸性玫瑰红等难生物降解染料的印染废水开发经济有效的工艺有较大意义。对难生物降解废水的处理，采用化学氧化技术提高难降解物质的可生化性是一种有效的方法[3][4]。本文首先采用臭氧氧化处理脱色及提高废水的可生化性，根据废水COD不高的特点，采用对低浓度废水具有高效处理性能的曝气生物滤池工艺进一步去除有机污染物。1实验装置与实验方法1.1模拟废水配制某厂使用酸性玫瑰红染料对锦纶布染色，每生产一吨布约产生10吨废水，用染料约2.5kg，加入除油剂及匀染剂2kg，染料上染率约90%，10%的染料被废染液或漂洗水带走。废水中主要污染物质包括没有上染的酸性玫瑰红染料、除油剂和匀染剂，也有少量布面上残留的杂质。在实验室参照废水的污染物主要成分含量配制模拟废水：酸性玫瑰红染料30mg/L，除油剂和匀染剂各200mg/L。模拟废水的水质如下表1。表一：模拟废水水质Table1TheSimulatingInfluentQualitypH色度CODBOD74000倍300mg/L60mg/L1.2实验装置与操作实验装置分两部分，一部分为臭氧氧化装置，工艺流程如图1；另一部分为曝气生物滤池处理装置，工艺流程如图2。实验装置所用的设备见表2。图1臭氧氧化工艺流程示意图Fig.1TheProcessDrawing*广东省科技厅项目（2002C31630）作者简介汪晓军(1964-)华南理工大学环境科学与工程学院副教授，主要研究方向：水处理药剂，水处理工程。电话：[e-mail]2图2曝气生物滤池工艺流程示意图Fig.2TheBiologicalAeratedFilterDrawing表2实验用主要设备Table2TheMainListofEquipmentforExperiment序号名称规格与型号1臭氧发生器2mg/L×42气体流量计3臭氧氧化反应柱Ф115mm×1200mm4贮水箱35cm×30cm×50cm5进水计量泵LPH6Qmax=18.9l/h6上流式BAF柱Ф150mm×1200mm7曝气泵ACO328Q=75l/min8反冲气泵ACO500Q=470l/min9反冲水泵WZ10-10Q=10l/min10出水收集箱20cm×30cm×50cm臭氧发生器出口通过气体流量计计量气体流量。根据预先测定的臭氧发生器的臭氧化气中的臭氧浓度，计算出臭氧的发生量。臭氧反应柱底部设有微孔陶瓷扩散器，臭氧通过扩散器进入反应柱中，使臭氧迅速扩散到废水中。1.3分析方法废水的色度、pH、CODcr、BOD5的检测均参照标准检测分析方法[5]，臭氧浓度的测量采用碘量法[6]。本实验还通过绘制废水的COD生物降解曲线来评价废水的好氧生物降解性能[7]。试验方法如下：将新鲜的活性污泥（加入量按使混合后MLSS约在3000mg/L）、营养盐和受试的废水混合于一个容器中，曝气7天，同时作一个空白试验（不加受试的废水）。在试验期间定期（每天）取样测量过滤后的废水的CODcr。用下式计算CODcr降解率DCOD：1/100CODTBADccc％式中：DCOD－取样测定时的COD降解率；cA－受试废水的初始浓度；cT－取样测定时的COD浓度；cB－取样测定时空白试验的COD浓度。绘制CODcr降解率与时间的关系曲线，得废水的CODcr生物降解曲线，由降解曲线作受试废水好氧生物降解性能的定性评价。2实验结果与讨论2.1臭氧处理对色度去除的效果对实验室配制的模拟废水采用臭氧氧化处理，色度去除效果如图3。色度去除率随着臭氧用量的增加而增加，当臭氧/染料（质量比，以下相同）达到4.5:1时，色度去除率达99%，模拟废水氧化后色度在20倍以下，臭氧/染料为3.6:1时，模拟废水氧化后色为40倍。0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.5020406080100色度去除率(%)O3/染料图3臭氧氧化对模拟废水色度去除效果Fig.3TheDe-colorEfficiencybyOzonizingOxidation2.2臭氧处理对COD去除效果臭氧处理对模拟废水COD的去除效果如图4，臭氧/染料为3.6和4.5时，模拟废水COD的去除率在30%左右，继续增大臭氧的用量对COD去除率没有明显影响。30.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.50102030405060COD去除率(%)O3/染料图4臭氧氧化对模拟废水COD去除效果Fig.4CODRemovingEfficiencybyOzonizingOxidation2.3臭氧处理对模拟废水可生化性提高的影响一般情况下，化学氧化能改变难生物降解化合物的结构，使其断裂成更小的分子，这些中间产物一般比原化合物更易被微生物降解[8][9]。试验对经臭氧/染料为3.6和4.5分别处理后的模拟废水的可生化性的改变进行了研究，氧化前后的COD生物降解曲线如图5、图6。020406080100120140051015202530354045505560657075原水DCOD时间(h)(臭氧)/染料=3.6图5臭氧/染料为3.6时模拟废水氧化前后COD生物降解曲线Fig.5BiodegradabilityCurveofInfluentandeffluentbyRatioofOzonetoDye3.6由试验结果，模拟废水经臭氧氧化处理后可生化性得到了明显的改善，不仅适应期大大缩短，而且最终达到的CODB/COD值由原水的0.3增大到氧化后的0.6,根据CODB与BOD的换算关系[10]，氧化后模拟废水的BOD/COD值为0.36，由此可见，模拟废水经臭氧氧化后由难生物降解变为易被生物降解。020406080100120140051015202530354045505560657075时间(h)臭氧/染料=4.5DCOD原水图6臭氧/染料为4.5时模拟废水氧化前后COD生物降解曲线Fig.6BiodegradabilityCurveofInfluentandeffluentbyRatioofOzonetoDye4.52.4臭氧-曝气生物滤池工艺处理模拟废水的效果（1）不同臭氧投加量的影响对模拟废水采用臭氧-曝气生物滤池组合工艺进行处理，曝气生物滤池的停留时间固定为5小时，改变不同的臭氧投加量，得试验结果如表3。由试验结果，不经臭氧预处理，工艺对模拟废水的COD去除率只有不到30%，色度甚至上升。经臭氧处理后，COD及色度去除率大幅上升，在臭氧/染料值为3.6时，工艺对模拟废水的COD去除率可达约90%，最终出水色度40倍。（2）曝气生物滤池停留时间对COD去除的影响采用臭氧-曝气生物滤池组合工艺对模拟废水进行处理，固定臭氧的投加量为臭氧/染料=4.5，改变曝气生物滤池的停留时间分别为3小时和7小时。得到组合工艺对模拟废水处理效果如图7。曝气生物滤池停留时间为3小时，出水COD平均约为33mg/L，工艺COD去除率平均达到88%；停留时间为5小时，出水COD平均约为25mg/L，工艺COD去除率平均达到91%；停留时间为7小时，出水COD平均约为16mg/L，工艺COD去除率平均达到95%。组合工艺对模拟废水的处理取得了非常好的效果。4表3不同臭氧量预处理下臭氧-曝气生物滤池工艺处理效果Table3TheTreatmentResultsofOzonizing-biologicalAeratedFilterProcessinDifferentOzoneDosage臭氧/染料COD(mg/L)COD去除率(%)色度(倍)原水臭氧出水臭氧BAF全工艺原水臭氧出水0297.81297.81210.80029.2229.224000400045001.8297.81261.9847.6212.0381.8284.0140008008002.7297.81230.3033.3022.6785.5488.8240002002003.6297.81207.1030.4630.4685.2989.77400040404.5297.81203.0525.2531.8287.5691.52400020204-124-134-144-154-165-225-235-245-255-264-184-194-204-214-22---10010203040停留时间(h)COD去除率(%)COD(mg/l)DATE出水COD0510152025303540停留时间COD去除率100959085图7不同曝气生物滤池停留时间对处理效果的影响Fig.7TheEffectofRetentionTimeofBAFtoTreatmentResult3经济技术分析对实验室配制的模拟废水采用臭氧-上向流曝气生物滤池工艺处理，主要工艺参数：臭氧投加量为臭氧/染料=3.6，曝气生物滤池停留时间3小时，气水比4:1。处理后出水水质可达到色度40倍，COD约40mg/L，SS约50mg/L。按产生每克臭氧需耗电20w计，吨水处理耗电2.7kw，按电费为0.7元/度计，臭氧工艺段耗电费1.89元/吨水，鼓风曝气需耗电费0.1元/吨水。4结论（1）臭氧氧化对含酸性玫瑰红模拟废水的色度去除效果很好，臭氧/染料=3.6时，色度去除率可达到99%，氧化后废水色度40倍。（2）臭氧氧化处理能提高模拟废水的可生化性，臭氧加入量为臭氧/染料=3.6时，BOD/COD值由原水的0.18上升到0.36。（3）臭氧-曝