深度处理印染废水填料的优选

环保水处理工程就找“武汉格林环保深度处理印染废水填料的优选摘要:采用间歇式曝气生物滤池(IABF)对印染废水进行深度处理，从6种填料中优选出活性炭－火山岩混合填料进行工况研究并与常规陶粒曝气生物滤池(BAF)进行对比，结果表明:活性炭填料和火山岩填料在水中发挥了良好的协同作用，为不同微生物菌群的构建和负载提供了良好载体。采用粒径为3～5mm的混合填料，气水比为4∶1，HＲT=10h，曝停周期为3h，曝气停曝时间比为3∶1，进水COD为80～110mg/L，色度为70～90度，氨氮为8～11mg/L，TN为15～20mg/L时，混合填料间歇式曝气生物滤池对COD、色度、氨氮、TN的去除率分别为63.2%、70.4%、86.2%、55.3%。相比常规陶粒填料曝气生物滤池在COD、色度、TN方面提升了9.8%、12.8%、39.9%，同时节省了部分能源。为难降解印染废水的深度处理提供了新思路。0引言印染废水是一种较难处理的工业废水，经过常规工艺处理后水质能够满足排放标准，但随着我国对工业废水的排放日趋严格以及要求回用比例的提高，对印染废水进行进一步处理很有必要［1-3］。相对于传统曝气生物滤池(BAF)来说，间歇式曝气生物滤池(IABF)通过间歇曝气、间歇进水，使反应器中交替出现好氧－缺氧－厌氧的环境［4］。经实践发现，对于废水中难降解有机物以及总氮［5］，有良好的去除效果，还能节省部分能源，适用于印染废水的深度处理。由于填料的性能对反应器的处理效能、工程造价等影响较大［6］，因此选择适合的滤池填料显得极为重要。本研究通过选取陶粒、活性炭、火山岩1、火山岩2、活性炭－火山岩(1∶1混合)填料、沸石这6种材料作为IABF填料，对盛泽镇某污水厂二级生化出水进行深度处理，优选出适合的填料，对优选填料进行工况研究并与传统陶粒BAF单元进行对比。以期为污水厂升级改造提供基础数据。1实验部分1.1实验水质实验用水取自盛泽某污水厂，该污水为印染废水与生活污水的混合废水，出水COD为80～110mg/L，氨氮为8～11mg/L，TN为15～20mg/L，色度为70～90度，温度为20～25℃，pH为6～8。1.2实验装置与流程采用6个IABF并联的实验装置，每个IABF均如图1所示，高度1300mm，直径100mm，进水由储水箱通过计量泵以上向流方式进入，以空压机曝气，气水比4∶1，采用曝气阶段进水、停曝阶段停止进水的运行方式，在曝气阶段增加有机负荷，有利于有机物的去除。计量泵和空压机均串联时间控制开关，自动控制启停。反冲洗用水来自储水箱，气水联合反冲洗，冲洗时间10min。环保水处理工程就找“武汉格林环保1.3分析方法COD采用重铬酸钾法测定，色度采用DＲ890分光光度计测定，TN采用过硫酸钾氧化－紫外分光光度法测定，氨氮浓度采用纳氏试剂－分光光度法测定，生物量采用干热恒重法。1.4实验方法1.4.1IABF的启动挂膜启动，通过复合式三步挂膜［7］对6个IABF反应器同时进行启动。首先，投加适量好氧污泥进入滤池，使用生活污水进行闷曝，每隔24h更换1次污水，保证微生物有充足的营养。污水中含有大量SS，经过滤池后大部分被截留，同时水中微生物附着于填料表面，连续闷曝3d后，保持气水比4∶1，采用印染废水二级出水以5mL/min小流量连续进水;用6～7d慢慢增大流量直至流量为10mL/min，期间滤池底部渐渐出现淡绿色物质，表明生物膜初步形成。最后投加厌氧污泥引入各种兼性和厌氧微生物，通过间歇曝气，间歇进水使得各种微生物能够正常运作，此阶段持续10d左右，23d后各反应器基本启动完成。1.4.2生物量与处理效果的比较启动完成后，在温度为20～25℃，HＲT=8h，曝停周期为3h，曝气停曝时间比为3∶1，气水比为4∶1时，观察填料上生物膜的生长情况，测定各反应器的总生物量，并比较各反应器出水水质。1.4.3混合填料IABF影响因素的研究在温度20～25℃，曝停周期3h，曝气停曝时间比为3∶1，气水比为4∶1时，以不同水力停留时间(HＲT)(8，10，12h)、不同曝停周期(2，3，4h)、不同填料粒径(2～3，3～5，5～8mm)作为参照，进行影响因素的研究。1.4.4混合填料IABF与常规陶粒BAF对比在温度20～25℃，填料粒径为3～5mm，HＲT=10h，曝停周期为3h，曝气停曝时间比为3∶1，气水比为4∶1的最佳工况下与常规陶粒填料BAF单元处理效果作对照，进行出水处理效果的对比分析和研究。环保水处理工程就找“武汉格林环保2结果分析与讨论2.1挂膜实验图2显示，在挂膜的前2d，各滤池均有较高的COD去除率，主要是由于填料的吸附阻流作用。由于填料的吸附逐步趋向饱和，以及微生物尚未完全生长，从第3天开始，COD去除率明显下降，之后随着填料表面生物膜的日趋成熟，COD去除率逐渐回升。在挂膜中期，随着流量的逐渐增大，去除率出现略微波动，在23d左右，各反应器COD去除率逐步趋于稳定，表明挂膜成功。2.2不同填料IABF生物量与处理效果对比由于填料的存在，各IABF内的固定态微生物量显著高于悬浮态微生物量(图3)，填料上固定态生物量排序分别为:活性炭－火山岩混合填料＞活性炭填料＞火山岩1填料＞陶粒填料＞火山岩2填料＞沸石填料。对于废水中COD和色度的去除率，由图4可知:活性炭－火山岩混合填料＞活性炭填料＞火山岩2填料＞陶粒填料＞火山岩1填料＞沸石填料，表明活性炭－火山岩混合填料在挂膜量和处理效果方面要好于传统陶粒填料、单纯活性炭填料以及其他填料(图4)。环保水处理工程就找“武汉格林环保从比表面积的角度分析，IABF对污染物质的去除依靠填料的吸附截留以及微生物吸附降解的联合作用，由于活性炭的比表面积要显著高于陶粒、火山岩、沸石等其他填料，有利于微生物的附着生长，因此填料表面的微生物含量较高，其余填料间生物量的大小规律类似。但是图3显示，单纯的活性炭填料上生物量要少于活性炭－火山岩混合填料，小粒径的火山岩2填料上生物量少于大粒径的火山岩1填料。通过进一步研究发现，填料对物质分子的吸附除了与接触材料的比表面积有关外，还与填料表面孔径的大小和孔的分布相关，混合填料中活性炭填料以微孔为主［8］，火山岩填料以中孔和大孔居多，不同孔径的孔道除了能吸附对应分子量的有机污染物质外，还为降解对应污染物质的微生物提供了避免水流剪切力的栖身之所。同时，由于进水中有机物较为贫乏，限制了微生物的生长，而火山岩填料含有丰富的微量元素以及矿物质［9］，对微生物的生长起到了促进作用。这样，在两种材质填料的协同作用下，建立起了一个具有稳定高效降解能力的生态系统，具有较高的生物量和处理效果。对火山岩2填料表面观察发现，火山岩2填料表面较为光滑，对水和微生物的附着不如火山岩1填料，因此填料上微生物量较少。活性环保水处理工程就找“武汉格林环保炭－火山岩混合填料IABF对氨氮的去除率为83.5%，高于陶粒填料IABF的去除率80.2%，比沸石填料IABF的去除率88.7%要低。这是由于沸石填料具有较强的吸附和离子交换能力，许多研究表明沸石填料具有耐氨氮冲击负荷的良好特性［10］，但由于本实验进水中氨氮含量较少，沸石优势并不明显，且由于沸石比重较高，反冲洗时能耗较高。考虑到实验用水具有氨氮和TN含量较低，COD和色度较难去除的特性，综合来看活性炭－火山岩混合填料适宜此种印染废水的深度处理。2.3HＲT对混合填料IABF处理效果的影响随着HＲT的延长，活性炭－火山岩混合填料IABF内污染物去除率逐渐升高(图5)，原因在于，由于停留时间延长，IABF中流速降低，填料上微生物与水中污染物质接触时间更加充裕。有研究显示，对于一些难生物降解的污染物质，可通过延长停留时间使之被微生物分解利用［11］。当HＲT从10h增至12h后，出水COD增加并不明显，表明该印染废水中某些污染物质很难被微生物彻底矿化。Ｒivas［12］等人的研究也证明了这点。当HＲT=10h时，COD、色度、氨氮、TN的去除率较高，分别为64.3%、66.7%、86.4%、54.6%。当HＲT=12h时，去除率分别提高了1.7%、4.1%、0.2%、1.4%，因此从处理效果和经济因素考虑最佳HＲT为10h。2.4曝停周期对混合填料IABF处理效果的影响在曝停周期为2h时，IABF对COD、色度、氨氮、TN的去除率分别为64.2%、66.3%、80.3%、49.4%。随着曝停周期的延长，IABF的出水COD、色度和氨氮去除率逐渐递增，但当曝停周期＞3h后，去除率增幅较小(图6)。而TN去除率先升高后降低，在曝停周期3h时，TN去除率最高。分析认为，曝停周期的延长使得污染物在好氧条件下时间较为充裕，有利于微生物降解有机物，但同时，在好氧条件下过久，造成了厌氧条件下碳源不足，影响了反硝化反应的顺利进行，使得TN的去除率下降。有研究认为，BOD/TN＜3时，会导致反硝化反应进行缓慢［13］。此外，好氧－缺氧－厌氧交替过于频繁，对COD和TN的去除均不利，表现为在曝停时间2h的条件下，COD和TN去除率均较低。综合来看，曝停周期选择3h可以满足出水水质的要求。环保水处理工程就找“武汉格林环保2.5粒径对混合填料IABF处理效果的影响图7为粒径对污染物去除的影响。当粒径为2～3mm时，反应器对COD、色度、氨氮、TN的去除效果最好，分别为70.5%、73.4%、89.2%、60.2%。粒径为3～5mm时处理效果次之，分别为64.3%、66.7%、86.4%、53.2%。表明不同填料粒径对处理效果影响较大，证实了田文华［14］等人的结论，粒径是滤池硝化性能影响的重要因素，同时粒径对IABF去除COD和色度有明显影响。分析原因认为，填料粒径的缩小增大了填料的比表面积，在一定程度上增强了填料对有机污染物和微生物的吸附能力，同时，填料对气泡的切割能力也得到改善，增强了IABF在好氧曝气阶段的充氧性能，使废水中溶解氧升高，生物膜内有效活性生物量比例增大，加速了生物氧化的进程，提高了生物降解的效率。数据显示，填料粒径减小后，填料间结合的更紧密，除了在停曝阶段改善了反硝化效果外，还在曝气过程中促进了同步硝化反硝化效果。有研究表明，填料粒径过小使得微生物难以附着，适中的粒径可以增加填料上的微生物量和微生物种类，且对冲洗和反冲洗较为有利。陆少鸣［15］等人的研究表明，过小的填料粒径会导致反冲洗后水头损失变化偏大，不利于反应器的稳定运行，因此在满足处理效果的同时，综合考虑采用粒径为3～5mm。2.6混合填料IABF与常规BAF对比污染物去除率比较如图8所示。对于COD为80～110mg/L，氨氮为8～11mg/L，TN环保水处理工程就找“武汉格林环保为15～20mg/L，色度为70～90度的印染废水二级生化出水，混合填料IABF对废水中COD、色度、氨氮、TN的平均去除率分别为63.2%、70.4%、86.2%、55.3%。出水平均COD、色度、氨氮、TN分别为35.7mg/L、23.7度、1.3mg/L、8.0mg/L，达到了GBT18920—2002《城市杂用水标准》，比传统陶粒BAF的COD、色度、TN的平均去除率高了9.8%、12.8%、39.9%。分析其原因认为，一方面，混合填料相对于陶粒填料具有更大的比表面积，负载了更为丰富高效的微生物菌群，在发挥物理吸附作用的同时，有良好的生物降解作用。在混合填料的表面，由于填料的不均匀性、保护胶体、化学键等作用，表面的物理吸附力、化学引力所形成的结合力远大于亲疏互斥力所形成的排斥力，使微生物菌群和填料紧密的结合在一起，并可承受一定程度的水力负荷。物理吸附和生物降解的联合作用具有长期稳定和高效的特点。另一方面，采用了间歇曝气，间歇进水的运作模式，使反应器中交替出现好氧－厌氧－缺氧的环境，使得原本在单纯好氧环境下难以降解的有机污染物质在兼氧和厌氧菌的协同作用下得以去除或部分去除。3总结本研究对6种填料的间歇式曝气生物滤池(IABF)深度处理印染废水进行了研究，研究结果如下:1)活性炭－火山岩混合填料要优于其他填料