高含氮印染废水强化脱氮处理组合工艺

第30卷第8期2017年8月环境科学研究ResearchofEnvironmentalSciencesV〇1.30,N〇.8Aug.,2017操家顺，周仕华，李超.高含氮印染废水强化脱氮处理组合工艺[J].环境科学研究,2017,30(8):1262-1270.CAOJiashun,ZHOUShihua,LIChao.Combinedprocesstreatmentofprintinganddyeingwastewater[J].ResearchofEnvironmentalSciences,2017,30(8)：1262-1270.高含氮印染废水强化脱氮处理组合工艺操家顺12,周仕华2,李超11.河海大学，浅水湖泊综合治理与资源开发教育部重点实验室，江苏南京2100982.河海大学环境学院，江苏南京210098摘要：为考察UASB-A/L0/0(缺氧/低氧/好氧）组合工艺的实际应用效果，将该工艺应用到规模为6000t/d的实际工程中，考察其对高含氮印染废水处理效果，同时采用微生物高通量测序对A/L0/0工艺中的微生物菌群结构进行解析.结果表明：在前处理废水进水流量为100m3/h，染色废水进水流量为150m3/h，同时A/L0/0工艺污泥回流比为50%左右情况下，C0D&、NH3-N和TN的去除率分别达到91.6%、95.5%和73.5%;染色和前处理废水在改良UASB内均实现了高效厌氧氨化，染色废水厌氧出水中p(NH3-N)/p(TN)保持在80%以上，前处理废水厌氧出水保持在85%以上；调节UASB运行参数可对VFAs(挥发性脂肪酸）进行有效调控，从而为后段反硝化工艺提供高品质碳源，实现高效脱氮；A/L0/0系统对C0D&、NH3-N、TN有较好的去除效果，其脱氮性能主要靠变性菌门（Pnrteobateria)发挥作用，该系统中低氧池的微生物种类最为丰富且发生短程硝化反硝化，对污染物去除贡献最大，当低氧池Ap(COD&)/Ap(TN)在18.6左右时，TN去除率最高，达到82%.研究显示，该组合工艺对工程中高含氮印染废水的脱氮效果良好.关键词：印染废水；UASB;VFAs;高效氨化；缺氧/低氧/好氧组合工艺中图分类号：X703.1文章编号：1001-6929(2017)08-1262-09文献标志码：ADOI：10.13198/j.issn.1001-6929.2017.02.39CombinedProcessTreatmentofPrintingandDyeingWastewaterCAOJiashun1’2,ZHOUShihua2,LIChao1’2*1.KeyLaboratoryofIntegratedRegulationandResourceDevelopmentonShallowLakes,MinistryofEducation,HohaiUniversity,Nanjing210098,China2.SchoolofEnvironment,HohaiUniversity,Nanjing210098,ChinaAbstract：TheeffectsofAnoxia/Hypoxia/Aerobic(UASB-A/LO/O)combinedprocessonprintinganddyeingwastewatercontaininghighconcentrationofnitrogenwithcapacityof6000t/dwerestudied.Undertheconditionsofinflowrates100m3/hand150m3/hforpretreatmentanddyeingwastewaterinimprovedUASBanaerobictank,respectively,andthesludgerefluxratioat50%,thefinalpollutantremovalperformedwell.TheremovalefficienciesofC0DCr,NH3-NandTNreached91.6%,95.5%and73.5%,respectively.ThewastewaterwastreatedbyhighefficientanaerobicammoniationintheimprovedUASBprocesssection.Ammonianitrogenoccupiedmorethan80%and85%ofTNintheanaerobiceffluentofthedyeingandpretreatmentwastewater,repsectively.Inordertoenhancethedenitrification,volatilefattyacids(VFAs)couldbecontrolledbyadjustingtheoperatingparametersofUASB,whichcouldprovidehigh-qualitycarbonsourcesforthefollowinganoxicdenitrification.A/LO/OprocessperformedwellforC0DCr,NH3-NandTNremovalinprintinganddyeingwastewater,andProteobacteriaplayedanimportantroleinthedenitrificationprocess.Themostabundantmicrobialspeciesandshortcutnitrificationanddenitrificationwereobservedinthemicro-oxygenpool,whichplayedanimportantroleinthepollutantremovalperformancetosomeextent.Inaddition,itwasconsideredthattheoptimalnitrogenremovalreachedabout82%whentheratioofAp(C0DCr)/Ap(TN)wasaround18.6.The收稿日期：2016-11-18修订日期：2017-03-18基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项（2012ZX07101-〇〇3);国家重点实验室开放基金项目（2〇155052412)作者筒介：操家顺（1964-)，男，浙江嵊州人，教授，博士，博导，主要从事水处理技术研究，[e-mail].*责任作者，李超（1984-)，男，辽宁沈阳人，副教授，博士，主要从事水处理生物技术研究，[e-mail]ombinedprocesshadagoodeffectonprintinganddyeingwastewatercontaininghighconcentrationofnitrogen.Keywords：printinganddyeingwastewater；UASB；VFAs；highefficientammoniation；anoxia/hypoxia/aerobicprocess第8期操家顺等：高含氮印染废水强化脱氮处理组合工艺1263印染废水成分复杂，难降解有机物含量高，同时由于企业在印染过程中大量使用含氮染料及助剂，废水中有机氮含量增高[1_3]，大量的氮化物排入河流湖泊会引发严重的氮污染.然而对于高含氮的印染废水，TN去除十分困难且成本较高，原因包括：①印染废水有机氮化学结构稳定，难以氨化[4];②印染废水p(BOD5)/p(CODa)偏低，可生化性差，碳源品质较差，可用于反硝化的易降解小分子碳源较少.因此，高含氮印染废水强化脱氮处理成为亟待解决的难题[5_7].高含氮染料废水的处理方法较多，传统的废水脱氮方法有物理化学法和生化法[8].物理处理法中最常用的是吸附法[9_1()]，其中，活性炭是大部分染料最好的吸附剂，然而活性炭再生困难，成本也高.化学法处理（如混凝和化学氧化法，以及近年来的光催化氧化、电化学法[11_12]和高级氧化法[13]等）对印染废水具有效果好、速度快等优势，但其花费大、能耗高.相比之下，生物处理方法经济性良好，并且反应条件温和，在印染废水处理工艺中使用更为广泛.生物处理法主要包括厌氧法和好氧法，洪俊明等[14]对活性染料废水采用A/0MBR组合工艺进行处理发现，偶氮脱色主要发生在厌氧段，进一步降解发生在好氧段，厌氧可增加好氧段可生化降解性.竺建荣[15]在厌氧段采用UASB反应池，好氧段采用普通活性污泥法对染料废水进行处理，取得较好效果.LIANG等[16]采用好氧生物接触氧化与铁碳合金微电解耦合工艺对偶氮染料茜素黄进行处理，结果表明，当水力停留时间为6h，回流比为1和2时，茜素黄降解率可达96.5%.在前期的小试以及中试[17_19]基础上，该研究将技术成果进一步改进并投入到实际印染废水处理工程中运行，工程规模为6000t/d，工程中将前处理废水和染色废水进行分质收集，然后分别通入改良UASB(上流式厌氧污泥床）预处理，混合后的出水再进至A/L0/0(缺氧/低氧/好氧）工艺进行强化脱氮，研究改良UASB-A/L0/0工艺对高含氮印染废水处理效果，并分析其实现高效脱氮的原理，同时采用微生物高通量测序对A/L0/0工艺中的微生物菌群结构进行解析，以期为该工艺在印染废水脱氮工程中的推广应用提供可靠的依据.1材料与方法1.1UASB-A/L0/0组合工艺针对高含氮印染废水，该研究构建了UASB-A/L0/0组合工艺的工程装置，工艺流程见图1.其中，工程所采用的改良UASB反应池为一种处理高有机氮印染废水的改良上流式厌氧氨化反应池，其塔体自上而下依次设有含三相分离池的气体收集系统、塔体出水口、厌氧污泥反应区、布水系统、进水泵以及连接塔体上下的内循环系统；其特征在于还包括由填料、填料衬托架和填料上形成的厌氧生物膜所组成的厌氧生物膜反应区，该厌氧生物膜反应区设置在塔体出水口与厌氧污泥反应区之间；内循环系统的进水端与内循环接口连接，内循环系统的出水端通过回流泵与进水管连接.图1实际工程工艺流程Fig.1Schematicdiagramofengineering工程中的UASB厌氧池采用颗粒污泥，P(MLSS)为3400〜3600mg/L，种泥为黑色，平均粒径范围为1〜3mm;工程中的UASB厌氧水解池采用絮状污泥，p(MLSS)为2100〜2300mg/L，平均粒径范围为0.15〜0.35mm.两座UASB厌氧池和两座UASB厌氧水解池的外形尺寸均为20000mm(少）x10000mm()，有效水深为9500mm.缺氧池、低氧池和好氧池均为方形，尺寸（长x宽x高）分别为26000mmx10000mmX5500mm、11500mmX13500mmX9500mm和11500mmx13500mmx9500mm，有1264环境科学研究第30卷效水深分别为5、9、91«，有效容积分别为2600、1397、4191m3,数量分别为2、1、1座.1.2试验水质试验对象为某印染企业的印染废水，废水分为前处理废水和染色废水.前处理废水主要是退浆、煮练、漂洗工艺产生的废水，含有较高浓度的聚乙烯醇(PVA)浆料.染色废水主要是染色、牛仔布生产和印花等工艺产生的废水，氮素含量较高.这两股废水各自经过UASB厌氧处理后，汇合共同进人后续A/LO/〇工段（见图1).两股废水来源不同，水质差别较大，调节池废水水质见表1.1.3运行参数表1调节池废水水质Table1Wastewatercharacteristicsofregulationpool废水类型p(C0DCr)/(mg/L)p(B0D5)/(mg/L)pHp(TN)/(mg/L)色度/倍p(SS)/(mg/L)前处理废水3500~5000945~13509-1160~1001024~2048300-550染色废水1200~18002