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源潤除磷劑處理印染廢水的研究

    發布時間:2022年5月9日     點擊數:1000   【

印染廢水相比城鎮污水呈現高色度、高有機氮、高COD等特點。現行印染廢水直接排放標準中COD、色度、懸浮物、氨氮、總氮、總磷的限值分別為80 mg/L、50倍、50 mg/L 、10 mg/L 、15 mg/L 、0.5 mg/L [4],其中總氮和總磷限值已達到城鎮污水處理廠一級A排放標準 ,造成印染廢水處理難度大、成本高 。序批式反應器(SBR)處理印染廢水具有一定的潛在優勢,但受易降解碳源限制導致總氮總磷難于穩定達到直接排放標準,往往需要投加碳源強化脫氮和混凝劑除磷 。本研究采用缺氧/好氧交替式SBR結合同步化學除磷工藝處理實際印染廢水,通過混凝劑優選和投加量優化以期達到印染廢水直接排放標準。

1. 試驗部分

1.1 材料與儀器

試驗所用印染廢水取自中山市某印染廢水處理廠調節池,經水解酸化預處理之后做為缺氧/好氧交替式SBR的進水,具體水質指標為:COD725±25 mg/L、總氮36.5±2 mg/L、總磷3.4±0.2 mg/L、氨氮19.5±1 mg/L、色度120±20倍、苯胺1.3±0.2 mg/L、懸浮物268±30 mg/L。

化學除磷燒杯試驗用水為缺氧/好氧交替式SBR(未投加除磷劑)出水,具體水質指標為:COD100 mg/L、總氮13.5 mg/L、總磷2.7 mg/L、氨氮小于0.1 mg/L、色度55倍、苯胺0.45 mg/L、懸浮物31 mg/L,其中總磷、COD、色度未達到印染廢水直接排放標準。

FA2104AS電子天平;ST40全自動消解儀;Gl54DWS高壓蒸汽滅菌鍋;島津UV-2550紫外-可見分光光度計;MS-H-ProT磁力攪拌器;島津RF-6000熒光分光光度計。

1.2 試驗裝置及運行方法

本研究采用的缺氧/好氧交替式SBR試驗裝置見圖1(a),主要由機械攪拌反應器、曝氣系統、進出水系統構成。反應器有效容積為2 L,每個周期進、出水各1 L,pH為7~8、攪拌速度為150 r/min、溫度為室溫(25~30℃)、SRT為15 d。周期運行模式為進水8 min、反應12 h、沉淀40 min、排水2 min、待機10 min。反應過程中,通過鼓風機間歇曝氣使反應器中呈現第一缺氧段(3h)→第一好氧段(3h)→第二缺氧段(3h)→第二好氧段(3h)的缺氧和好氧交替狀態。采用分段進水方式,即分別在第一和第二缺氧段初期進水,進水的分配比為800mL: 200mL。同步化學除磷試驗時,混凝劑在反應時間(即第二好氧段)結束前15 min投加至SBR內。

本研究采用的化學除磷燒杯試驗裝置見圖1(b),通過磁力攪拌器和轉子攪拌使投入燒杯中的混凝劑和廢水充分混合。每個投加量試驗的用水量為200mL,廢水中投加相應濃度的混凝劑后,先在500 r/min下快速攪拌5 min,再調至200 r/min緩慢攪拌10 min,較后停止攪拌、靜置沉淀。混凝劑選用含鐵量為21%的聚合硫酸鐵和含鋁量為13.8%的聚合氯化鋁。兩種混凝劑的投加量按照式(1)~(3)計算。兩種混凝劑的投加量見表1。

C1= C2-C3 (1)

C4=N1×M1/ M3×C1÷21% (2)

C5=N2×M2/ M3×C1÷13.8% (3)

式中:C1為需要除去的總磷含量(mg/L);C2為廢水中的總磷含量(mg/L);C3為印染廢水總磷直接排放標準(0.5 mg/L);C4為聚合硫酸鐵投加濃度(mg/L);C5為聚合氯化鋁投加濃度(mg/L);N1為聚合硫酸鐵投加摩爾比;N2為聚合氯化鋁投加摩爾比;M1為鐵的相對原子質量(56)、M2為鋁的相對原子質量(27)、M3為磷相對原子質量(31)。

圖1試驗裝置  

表1 燒杯試驗混凝劑投加量 導出到EXCEL

Tab.1 Dosage of coagulant in the beaker test

 

 

聚合硫酸鐵

 

聚合氯化鋁

投加摩爾比

1.5

2

2.5

3

4

5

6

2.8

5.6

8.4

11.2

14

19.6

25.2

濃度(mg/L)

28.4

37.9

47.3

56.8

75.7

94.6

113.5

 

38.9

77.8

116.7

155.6

194.5

272.3

350.1

 

1.3 分析方法

試驗期間常規水質分析均采用標準方法 [10]:COD采用重鉻酸鉀氧化-硫酸亞鐵銨滴定法測定;總氮采用堿性過硫酸鉀消解-紫外分光光度法測定;總磷采用過硫酸鉀消解-鉬酸銨分光光度法測定;氨氮采用納氏分光光度法測定;苯胺采用N-(1-萘基)-乙二胺偶氮光度法測定;色度采用稀釋目視比色法測定;懸浮物采用灼燒稱重法測定。同步化學除磷前后SBR出水中有機物的熒光特性采用三維熒光光譜儀(島津RF-6000)測量表征 [11]。

2. 結果與討論

2.1 化學除磷燒杯試驗效果

化學除磷燒杯試驗中投加聚合硫酸鐵的處理效果見圖2(a)。隨著聚合硫酸鐵投加摩爾比的增加,燒杯中廢水上清液的總磷、COD、色度均呈逐漸下降的趨勢。當聚合硫酸鐵投加摩爾比達到6(濃度為113.5 mg/L)時,燒杯中上清液的總磷、COD、色度分別為0.49 mg/L、73 mg/L、35倍,均達到印染廢水直接排放標準,相應去除率分別為81.9%、27%、36.4%。該結果與李光輝 等人使用聚合硫酸鐵對印染廢水廠二級生化處理出水的除磷試驗(聚合硫酸鐵投加量為150 mg/L時,總磷從4.19 mg/L下降至0.58 mg/L、去除率為86.2%)接近。

化學除磷燒杯試驗中投加聚合氯化鋁的處理效果見圖2(b)。隨著聚合氯化鋁投加摩爾比的增加,燒杯中廢水上清液的總磷、COD、色度均呈逐漸下降的趨勢。當聚合氯化鋁投加摩爾比達到25.2(濃度為350.1 mg/L)時,燒杯中上清液的總磷、COD、色度分別為0.45 mg/L、60 mg/L、25倍,均達到印染廢水直接排放標準,相應去除率分別為83.3%、40%、54.5%。達到相同除磷效果時,聚合氯化鋁投加量顯著高于聚合硫酸鐵,這與李光輝 [12]等人和賈軍峰 [13]等人的研究結果是一致的,可能與聚合氯化鋁形成的礬花密度較低、沉降性能較差、吸附卷掃除磷效果較差有關。


圖2燒杯試驗投加混凝劑的處理效果  

達到所需除磷效果時兩種混凝劑的投加摩爾比均顯著高于設計規范推薦值1.5~3 ,主要原因可能在于廢水中有機膠體(即部分COD和/或色度物質)被同步混凝去除從而顯著增加混凝劑消耗量。另外,當上清液的總磷、COD、色度均達到印染廢水直接排放標準的情況下,聚合硫酸鐵投加量(113.5 mg/L)顯著低于聚合氯化鋁(350.1 mg/L)。從節省藥劑成本和減少剩余污泥產量角度出發,后續缺氧/好氧交替式SBR結合同步化學除磷試驗選用聚合硫酸鐵。

2.2 缺氧/好氧交替式SBR結合同步化學除磷的處理效果

缺氧/好氧交替式SBR內投加聚合硫酸鐵的連續運行試驗中,總磷去除效果見圖3(a)。聚合硫酸鐵投加摩爾比為6時,出水總磷達到印染廢水直接排放標準(<0.5 mg/L),出水平均總磷為0.42 mg/L,平均去除率為88%。當聚合硫酸鐵投加摩爾比降低為5時,出水總磷小幅上升,超過印染廢水直接排放標準,出水平均總磷為0.73 mg/L,平均去除率為79.3%。燒杯試驗中,當聚合硫酸鐵投加摩爾比為6時,上清液的總磷為0.49 mg/L,與SBR內投加等量聚合硫酸鐵的除磷效果基本一致,顯示燒杯試驗結果可以應用于SBR連續運行試驗。

缺氧/好氧交替式SBR內投加聚合硫酸鐵的連續運行試驗中,COD去除效果見圖3(b)。聚合硫酸鐵投加摩爾比為6時,出水COD達到印染廢水直接排放標準(<80 mg/L),出水平均COD為77 mg/L,平均去除率為89.3%。與總磷變化趨勢一致,當聚合硫酸鐵投加摩爾比降低為5時,出水COD小幅上升,除第7個周期外,其它周期出水均超過印染廢水直接排放標準,出水平均COD為85 mg/L,平均去除率為88.2%。

缺氧/好氧交替式SBR內投加聚合硫酸鐵的連續運行試驗中,色度去除效果見圖3(c)。聚合硫酸鐵投加摩爾比為6和5時,出水色度均達到印染廢水直接排放標準(<50倍)。當聚合硫酸鐵投加摩爾比為6時,出水平均色度為35倍,平均色度去除率為70.8%。與總磷變化趨勢一致,當聚合硫酸鐵投加摩爾比降為5時,出水平均色度小幅上升至40倍,平均色度去除率降為66.7%。

圖3 同步化學除磷條件下污染物的去除效果  

未投加聚合硫酸鐵和投加聚合硫酸鐵的缺氧/好氧交替式SBR出水樣品的三維熒光檢測結果見圖4。圖中A區域為芳香蛋白類物質I、B區域為芳香蛋白類物質Ⅱ、C區域為富里酸類物質、D區域為溶解性微生物代謝產物、E區域為腐殖酸類物質。相對于未投加聚合硫酸鐵的缺氧/好氧交替式SBR出水,投加聚合硫酸鐵的缺氧/好氧交替式SBR出水中C區域的富里酸類物質和E區域的腐殖酸類物質的峰值明顯降低、B區域的芳香蛋白類物質的峰值小幅下降,這是由于聚合硫酸鐵的混凝作用去除了廢水中部分大分子富里酸、腐殖酸和芳香蛋白類類物質所致,與前述聚合硫酸鐵可去除部分COD和/或色度物質的試驗結果一致。,整體來看,富里酸類、蛋白質類和腐殖酸類有機物是SBR出水中的主要成分。

圖4 SBR出水的三維熒光檢測結果  

缺氧/好氧交替式SBR內投加聚合硫酸鐵的連續運行試驗中,聚合硫酸鐵投加摩爾比為6和5時,總氮、氨氮、苯胺以及懸浮物的去除效果無明顯區別,且均達到印染廢水直接排放標準。在8個連續運行周期中,缺氧/好氧交替式SBR出水平均總氮為13.9 mg/L、總氮的平均去除率為61%,出水氨氮均小于0.1 mg/L、氨氮的去除率大于99%,出水平均苯胺為0.37 mg/L、苯胺的平均去除率為72.7%,出水平均懸浮物為19 mg/L、懸浮物的平均去除率為93%。與未投加混凝劑時缺氧/好氧交替式SBR出水的總氮(13.5 mg/L)、氨氮(小于0.1 mg/L)、苯胺(0.45 mg/L)、懸浮物(31 mg/L)相比,聚合硫酸鐵的投加沒有明顯影響缺氧/好氧交替式SBR對印染廢水中總氮、氨氮、苯胺的去除效果,懸浮物因聚合硫酸鐵的混凝作用下降了約12 mg/L。

3. 結論

(1)對處理印染廢水的缺氧/好氧交替式SBR出水(總磷2.7 mg/L、COD 100 mg/L、色度55倍)開展化學除磷燒杯試驗。當聚合硫酸鐵投加摩爾比達到6(濃度為113.5 mg/L)時,上清液的總磷(0.49 mg/L)、COD(73 mg/L)、色度(35倍)均達到印染廢水直接排放標準。當聚合氯化鋁的投加摩爾比達到25.2(濃度為350.1 mg/L)時,上清液的總磷(0.45 mg/L)、COD(60 mg/L)、色度(25倍)均達到印染廢水直接排放標準。從節省藥劑成本和減少剩余污泥產量角度出發,聚合硫酸鐵均優于聚合氯化鋁。有機膠體(即部分COD和/或色度物質)隨化學除磷同步混凝去除是混凝劑投加摩爾比顯著高于理論值的主要原因。

(2)缺氧/好氧交替式SBR內投加聚合硫酸鐵的連續運行試驗中,聚合硫酸鐵投加摩爾比為6時,SBR出水的COD(77 mg/L)、氨氮(小于0.1 mg/L)、總氮(13.9 mg/L)、總磷(0.42 mg/L)、苯胺(0.37 mg/L)、色度(35倍)、懸浮物(19 mg/L)均達到印染廢水直接排放標準。當聚合硫酸鐵投加摩爾比降為5時,SBR出水的COD、總磷、色度分別小幅升高至85 mg/L、0.73 mg/L、40倍,COD和總磷已超過印染廢水直接排放標準。連續運行與燒杯試驗呈現良好的一致性,顯示燒杯試驗可用于混凝劑及其投加量的篩選。投加聚合硫酸鐵能夠有效去除總磷、COD、色度以及懸浮物,同時對總氮、氨氮、苯胺的處理效果無明顯影響。三維熒光分析結果顯示混凝去除的有機物主要為大分子的富里酸、腐殖酸和芳香蛋白類物質。

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