高氨氮、高盐度有机颜料废水处理工艺研究
摘 要:为解决高氨氮、高盐度有机颜料废水的治理问题,采用了“混凝2吹脱2中和絮凝2厌氧2接触氧化2生物碳”处理工艺(设计处理能力为50m3/ d) ,经运行检验各项指标均达到国家Ⅱ级排放标准,其中COD、色度、氨氮的去除率分别为96 %、95 %、98 % ,经运行证实该工艺性能稳定,运行成本低,易于管理。
关键词: 高氨氮; 高盐度; 有机颜料废水; 处理工艺
有机颜料废水具有高COD、高色度、高含盐量、有机物难生化降解,再加上废水间歇性排放、水质水量随时间变化较大,给废水处理工艺设计、运行管理增加许多困难[1 ] 。目前,国内外处理这类废水的主要方法有:活性炭吸附、生物降解、离子交换、溶剂萃取、膜分离、化学氧化、电渗析、絮凝法等[2 - 3 ] 。
江苏省某颜料化工厂的产品主要利用三氯乙烯、氯仿、三乙胺、甲醛、三氯化铝等多种无机和有机物为原料来生产多种化工颜料,生产过程中产生大量的有机酸性废水,废水成分复杂,高氨氮、高盐度、高色度、 COD 值高,可生化性差,其水质和水量如表1 所示。
| 表1 废水水质特征 |
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| 注:盐度以氯离子计 |
1 方案选择及处理工艺的确定
1. 1 方案选择
针对该化工厂的生产废水的特点,在考察分析的基础上,选定废水先单独预处理,然后再进行混合,最后进行生物处理的指导原则[4 ] ,对废水进行物化法与生物法多种组合方案试验。由于废水具有COD 值高, 盐度大,氨氮含量高,毒性大,不同车间废液排放不均衡等情况。在预处理阶段采用“混凝2吹脱2中和絮凝” 的工艺,使COD、氨氮、色度得到大量的去除,大大减轻后续生化处理负荷,并设计一套处理能力为50m3/ d 的工程。
1. 2 主体工艺方案及工艺流程
废水处理工艺流程见图1 。
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| 图1 有机颜料废水处理工艺流程图 |
2 处理过程及设备
2. 1 处理过程的技术关键在实验的基础上对该废水进行工艺设计时,主要考虑以下几点:
(1) 由于2 # 废水氨氮含量高,如果直接进入生化系统处理,对后续处理带来较大难度,因此采用空气吹脱的方法,即在碱性条件下先将氨氮转化为NH4OH , 然后经过氨吸收装置吸收氨,碱性吹脱后废水中的氨氮去除率可达到90 %以上,减少后续处理的难度;
(2) 该废水属于高盐度废水,因此生化系统中耐盐细菌的培养是整个生化处理的关键,在驯化过程中,采用投加高效耐盐细菌菌种与普通活性污泥共同驯化的方法,大大缩短了驯化时间,提高了处理能力;
(3) 在兼性厌氧池内,废水中大分子有机物在兼氧菌充分作用下,大分子有机物被分解为易于降解的小分子有机物,废水的可生化性明显提高;
(4) 由于废水有机物含量高,因此选择了生物接触氧化工艺,该方法兼有活性污泥法和生物膜法的特点, 容易在池内实现生物量的控制,且运行稳定,不易产生污泥膨胀,运行管理方便。
2. 2 处理工序的设计及其建(构) 筑物设计
2. 2. 1 空气吹脱工序
空气吹脱工序由空气吹脱塔、风机及氨吸收装置组成。本单元采用不锈钢结构。本工序采用的最佳工艺条件为:用碱石灰调节pH 至10～11 ,停留时间1h , 压缩空气吹脱,空气量为1m3/ min ,氨氮去除率达到 90 %以上。
2. 2. 2 混凝沉淀工序
混凝沉淀工序主要由混凝沉淀池和加药装置、混合装置等附属设计构成。废水进入混凝沉淀池前,通过加药装置将石灰水与废水混合,在管道式静态混合器内完成絮凝反应,以平推流状态进入混凝沉淀池。由于在电化学还原塔内废水中有机物的发色基团被还原,出水在适宜的条件下,有机污染物与Fe (OH) 3 、Fe (OH) 2 等形成矾花而沉淀下来。混凝沉淀池采用钢砼结构,半地上式,有效容积6m3 。至调节池来的废水通过加药络合、絮凝、助凝,使细小的胶体微粒凝聚为较大颗粒而沉淀下来。通过混凝沉淀,COD 去除率 25 % ,色度去除率40 %。最佳工艺条件为:搅拌装置1 中废水pH 值11～12 ,混凝沉淀出水pH 值为10 左右 (与1 # 废水中和) ,0. 1 %复配混凝剂用量1. 5 % ,停留时间3h 。
2. 2. 3 中和沉淀池
中和沉淀池为钢砼结构,有效容积为16m3 ,混凝沉淀池出水与1 # 废水在调节池2 混合后,调节池出水与石灰乳、加药装置2 中的混凝剂在搅拌装置2 混合后进入中和沉淀池。本工序操作条件为:搅拌装置2 中pH 值8～9 ,中和沉淀池出水pH 值为7. 5～8. 0 ,0. 1 %絮凝剂用量0. 1 % ,停留时间8h 。
2. 2. 4 兼性厌氧池
兼性厌氧过程是借助于兼性细菌破坏废水中大分子有机物结构,同时对有机物进行部分降解,提高废水的可生化性。兼性厌氧池为钢砼结构,是全混式生物反应器。由于污泥与废水的接触程度对去除率的影响很大,所以在生物厌氧池的底部设计安装了一台搅拌机,以此使污泥与废水能够充分的混合,但由于均匀混合,出水中必然会带有大量的污泥。为了克服上述缺点,设计了一套污泥自回流系统,在实际运行中发现新的设计是必要和可靠的,出水中只带有少量的污泥。经过驯化培养后的厌氧污泥处理废水可以达到良好的处理效果,废水COD 去除率可以达到25 %～30 % ,出水的COD 可以达到1000mg/ L 左右。
2. 2. 5 生物接触氧化池
利用池底污泥床和填料生物膜共同组成的生物菌群系统在好氧环境条件下降解废水中低浓度的污染物质。钢砼结构,半地上式,有效容积1000m3 ,弹性填料 80m3 ,采用微孔曝气装置。经过生物接触氧化池的处理后,废水的COD 可以降到350mg/ L 左右,COD 去除率达75 %以上。
2. 2. 6 生物碳池
生物碳过程是充分利用活性炭的吸附作用将废水中的有机物吸附,附着在活性炭表面的微生物将有机物降解达到去除的目的。同样该池采用钢砼结构,有效容积100m3 ,COD 去除率45 %。
生物碳池后是一个终沉池,以沉淀剩余污泥,并将部分剩余污泥回流,以维持各生物过程中的污泥量。
3 处理效果比较
该废水处理工程经两个月的污泥培养和驯化,现在已正常运行。处理出水可以达到国家《污水综合排放标准》( GB897821996) 二级标准。终沉池出水水质指标与原水水质指标及排放标准比较见表2 。
| 表2 终沉池出水水质与原水水质及排放标准比较 |
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4 主要技术经济指标
(1) 该废水处理站工程总投资87. 1 万元,具体分配见表3 。
| 表3 废水处理工程投资构成 |
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(2) 吨水造价:19795 元/ m3 废水;
(3) 废水处理站装机负荷: 28. 5KW ,实际运行负荷:14. 5KW。
(4) 吨废水处理成本: 电费为每小时耗电量14. 5 KW/ h ,以0. 60 元/ KWh 计,则废水电费4. 67 元/ t ;药剂费为3. 22 元/ t 废水;废水处理站设计定员3 人,工资水平600 元/ (人·月) ,则为1. 46 元/ t 废水;日常运行管理费用为9. 35 元/ t 废水(不含设备维修费和设施折旧费) 。
5 结论
采用“混凝2吹脱2中和絮凝2厌氧2接触氧化2生物碳”工艺处理有机颜料废水效果良好。COD、色度、氨氮的去除率分别为96 %、95 %、98 %,并均能达标排放。
处理工艺运行稳定、工作可靠、操作维修简单方便。本工程处理能力为50m3/ d ,投资为87. 10 万元(包括土建投资) ,并且运行费用较低,因此,可在类似有机颜料废水的处理中推广应用。
[参考文献]
[1 ] 李家珍. 染料、染色工业废水处理[M] . 北京:化学工业出版社,1998 ,5 ,71276.
[2 ] 乌锡康. 有机水污染治理技术[M] . 上海:华东化工学院出版社,1989 ,2712276.
[3 ] 刘俊峰. 中小型印染厂废水的处理方法[J ] . 工业水处理, 1996 ,16 (5) .
[4 ] 宋乐平,顾国维. 混合化工废水集中预处理提高可生化性的研究[J ] . 上海环境科学,1996 ,15 (11) .
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