臭氧曝气生物滤池深床滤池用于印染废水脱氮处理的工程实例

第31卷第3期2018年6月环境科技EnvironmentalScienceandTechnologyVol.31No.3Jun.2018收稿日期：2018-03-19作者简介：杜希（1986-），女，河南信阳人，博士，工程师，主要从事污水处理方向工作.臭氧-曝气生物滤池-深床滤池用于印染废水脱氮处理的工程实例杜希，陈浩，贾力强，邱孝群，张玉高，谢卫东，曾织林，严素霞（广东溢达纺织有限公司，广东佛山528500）摘要：针对目前许多纺织印染企业由于节水项目的开展以及引入大量含氮的整理用化工料造成废水总氮浓度高，污水厂出水不能完全满足GB4287-2012《纺织染整工业水污染物排放标准》对纺织印染行业废水排放的要求，通过采用臭氧-曝气生物滤池对X公司印染废水二级出水进行深度处理及硝化反应，再通过深床滤池进行反硝化来实现废水中总氮的去除。试验表明：在曝气生物滤池在进水温度为32°C，停留时间为90min的条件下，最大进水氨氮负荷可以达到0.43kg/（m3·d）。深床滤池在停留时间为40min，以乙酸钠为外加碳源的条件下，最大进水总氮负荷可达到0.53kg/（m3·d）。深床滤池可确保最终排水中的总氮完全满足GB4287-2012中表3的排放要求。关键词：纺织；废水；臭氧；曝气生物滤池；深床滤池；总氮中图分类号：X7文献标识码：A文章编号：1674-4829（2018）03-0046-04CaseStudyofNitrogenRemovalforTextileWastewaterUsingOzonation-BiologicalAeratedFilter-DeepBedDenitrificationFilterCombinationDUXi,CHENHao,JIALi-qiang,QIUXiao-qun,ZHANGYu-gao,XIEWei-dong,ZENGZhi-lin,YANSu-xia（GuangdongEsquelTextilesCo.Ltd.,Guangdong,Foshan528500，China）Abstract:Duetothewatersavingprojectimplementationandnitrogencontainingauxiliaryintroductionintextileindustries,thetotalnitrogenconcentrationinwastewaterishardtosatisfythestringentregulationofGB4287-2012WastewaterPollutantsDischargeStandardforTextilePrintingIndustry.Inthisstudy,ozonation-BiologicalAeratedFilter（BAF）wasappliedtodeeptreatandnitrifythesecondaryeffluentandDeepBedDenitrificationFilter（DBDF）wasintroducedtoremovethenitrified-nitrogen.Itwasfoundthatthemaximumammonianitrogenloadingrateis0.43kg/（m3·d）forBAFat32℃withretentiontimeof90min.Themaximumnitrogenloadingrateis0.53kg/（m3·d）forDBDFwithretentiontimeof90minandsodiumacetateascarbonsource.Afterthesetreatments,thetotalnitrogen（TN）concentrationintheeffluentcanreachtherequirementoftable3inGB4287-2012.Keywords:Textile；Wastewater；Ozonation；Biologicalaeratedfilter；Deepbeddenitrificationfilter；TN0引言印染废水具有水质水量变化大、色度高、成分复杂、可生化性差等特点，属于难处理的工业废水之一［1］。GB4287-2012《纺织染整工业水污染物排放标准》较1992年标准明显提高。从2013年1月1日起，新建污染源执行表2要求，原有污染源执行表1要求，从2015年1月1日起，现有企业和新建企业都须执行表2要求，部分特殊控制区须达到表3要求［2］。其中氨氮和总氮的标准都有很大程度的提升，因此印染废水的脱氮面临严峻的挑战。部分印染企业由于含有印花和液氨丝光工艺，在生产过程中使用大量的含氮物质，同时随着印染企业节水项目的开展使得废水中总氮浓度升高。印染废水处理工艺中使用水解酸化-生物接触氧化的工艺较多［3］，然而生物膜厚度容易过大，内部生物膜供氧不足造成硝化能力不强，同时填料对搅拌机的水力阻力较大，回流硝化液与微生物难以均第31卷第3期匀混合，从而造成反硝化能力不强，因此该工艺对总氮和氨氮基本不具备去除效果［4］。同时二级出水一般BOD5较低，导致废水BOD5与总氮浓度比值偏低，脱氮难度大。本文在印染废水二级出水的基础上通过BAF提高出水硝化效果，在通过投加外碳源乙酸钠的情况下实现反硝化，从而使氨氮和总氮得到有效去除。1废水来源、水量和水质概况1.1废水主要来源X印染废水的来源主要有退浆废水、煮炼废水、漂白废水、染色废水、丝光废水、印花废水和洗水废水。其中含氮物质的来源主要有染料、树脂、氨基硅油、尿素及液氨废水等。1.2进出水水量、水质该企业处理水量为24000m3/d，废水处理后直接排放到环境中。企业进水总氮和氨氮及GB4287-2012中表3的直接排放限值见表1。2工程概况2.1污水厂改造前状况污水厂改造前采用絮凝沉淀+水解酸化+接触氧化的工艺进行处理。工艺流程见图1。印染废水中大分子含氮物质如氨基硅油与偶氮染料可通过絮凝沉淀的方式得到很大比例的去除，但是氨氮化合物及小分子含氮物质难以絮凝沉淀；水解酸化的过程会将一部分小分子含氮化合物水解氨化［5］；接触氧化硝化效果不佳，故对出水总氮和氨氮去除没有帮助。改造前各段平均水质情况见表2。X公司因液氨丝光工艺的引进大幅提高污水厂进水氨氮浓度，同时节水项目的开展也造成污水厂污染物浓度整体升高，急需寻找合适的工艺对氨氮和总氮进行去除。2.2污水厂改造后状况接触氧化由于填料过厚造成生物膜供氧不足从而大幅降低其硝化效果。在污水的深度处理中，曝气生物滤池（BAF）是近年来得到广泛研究和应用的新型生物处理技术［6］，可以应用于SS、有机物、氨氮的去除以及反硝化脱氮处理，在污水处理及资源化回用中具有良好的发展和应用潜能。BAF处理污水的原理是反应器内填料上所附生物膜中微生物氧化分解作用，填料及生物膜的吸附阻留作用和沿水流方向形成的食物链分级捕食作用以及生物膜内部微环境和厌氧段的反硝化作用［7］。在BAF中，有机物被微生物氧化分解，氨氮被氧化成硝态氮（NO3--N），另外由于在生物膜的内部存在厌氧/兼氧环境，在硝化的同时可实现部分反硝化。如BAF出水需要继续脱氮，可进入下一级后置反硝化系统，同时投加外部碳源［8］。X企业于原系统二沉池出水的基础上，选择臭氧-BAF-反硝化深床滤池对废水进行脱氮处理，臭氧可将大分子含氮物质氧化为小分子物质，提高废水可生化性，BAF对有机物进行降解的同时完成同步硝化反硝化，再通过对深床反硝化滤池投加乙酸钠完成对硝态氮的去除。2017年6月份完成改造，改造后的工艺流程图见图2。表1进水总氮和氨氮及GB4287-2012直接排放要求水质进水GB4287-2012表3直接排放（总氮）2512（氨氮）38mg·L-1图1污水处理厂改造前工艺流程表2污水厂改造前各段水质情况水质格栅混凝沉淀池出水水解酸化池出水接触氧化池出水（总氮）25151413（氨氮）3377（COD）1400700550100mg·L-1图2污水处理厂提标改造后工艺流程格栅调节池混凝沉淀池水解酸化池接触氧化池二沉池废水污泥浓缩池污泥脱水机污泥外运出水废水空气格栅调节池混凝沉淀池水解酸化池接触氧化池二沉池废水污泥浓缩池污泥脱水机污泥外运废水空气臭氧接触池深床滤池BAF出水杜希等臭氧-曝气生物滤池-深床滤池用于印染废水脱氮处理的工程实例47环境科技2018年6月臭氧接触池的尺寸为27.5m×10.4m×8.0m，空床停留时间为90min。BAF尺寸为8.0m×8.0m×6.5m，均匀分布并列8格，滤料为普通陶粒，粒径为3~5mm，填料高度为3.0m，接触时间为90min，气、水体积比为4.7：1。深床滤池尺寸为15.85m×3.66m，均匀分布并列5格，滤池设计滤速3.6m/h，停留时间40min，滤料为粗石英砂，粒径为2~3mm，滤料层厚度为2.44m。3结果与讨论3.1臭氧-BAF的氨氮、总氮去除效果自2017年下半年开始，X企业开始增加含氮助剂的使用，污水厂进水氨氮与总氮浓度开始上升。改造后各段平均水质情况见表3。臭氧-BAF进出水氨氮和总氮的数据见图3、图4。臭氧-BAF系统在进水温度为32°C时，进水氨氮质量浓度平均为17.3mg/L，出水氨氮质量浓度平均为1.0mg/L，对氨氮的平均去除率为92.5％，最大去除率为97.2％，氨氮的平均负荷为0.2kg/（m3·d），最高负荷为0.43kg/（m3·d）。臭氧-BAF系统进水总氮质量浓度平均为26.5mg/L，出水总氮质量浓度平均为17.7mg/L，对总氮的平均去除率为32.6％。在BAF生物膜的内部存在厌氧/兼氧环境，在硝化的同时可实现部分反硝化，因此对总氮有较高的去除效果。经过臭氧-BAF后，废水中各类氮源的去除情况见表4。部分氨氮经过BAF的同步硝化反硝化后得到去除。部分有机氮经过BAF后由于被生物膜吸附和利用及BAF的反冲洗从而被去除。3.2深床滤池的总氮去除效果经过臭氧-BAF处理后的废水BOD5已经非常低，需要通过投加外来碳源进行反硝化。该企业选择三水乙酸钠为外加碳源，乙酸钠与硝酸盐的反应式如下：0.87CH3COONa+NO3-+H+→0.87Na++0.085C5H7NO2+0.46N2+0.869HCO3-+0.444CO2+1.07H2O+0.87Na+如上式计算，去除1g氮所需的三水乙酸钠质量为8.46g。经过BAF硝化后，深床滤池进水DO质量浓度为5mg/L，在此条件下，进出水总氮的浓度及总氮去除率见图5。深床滤池进水总氮质量浓度平均为17.7mg/L，出水总氮质量浓度平均为10.2mg/L，对总氮的平均去除率为40.9％。深床滤池进水总氮负荷平均为0.23kg/（m3·d），最大负荷为0.53kg/（m3·d）。三水乙酸钠耗用量与脱除总氮质量的关系见图6。表3污水厂改造后各段水质情况水质格栅混凝沉淀池出水水解酸化池出水接触氧化池出水（总氮）42302827（氨氮）17172016（COD）1500750580120图3臭氧-BAF进出水氨氮浓度及氨氮去除率图4臭氧-BAF进出水总氮浓度及去除率表4各类型氮源经过臭氧-BAF的变化项目臭氧-BAF进水臭氧-BAF出水（总氮）26.517.7（氨氮）17.31.0（NO3--N）011.6（有机氮）9.25.1mg·L-1图5深床滤池进出水总氮浓度及总氮去除率353025201510507月14日日期进水氨氮浓度9月2日10月22日12月11日353025201510501009080706050403020100出水氨氮浓度氨氮去除率7月14日日期进水氨氮浓度8月23日10月2日11月11日10090807060504030201006050403020100出水氨氮浓度氨氮去除率12月21日7月14日日期进水氨氮浓度8月23日10月2日11月11日6050403020100706050403020100出水氨氮浓度氨氮去除率12月21日48第31卷第3期由于市售乙酸钠质量波动