印染废水治理中的若干问题
1 前言
我国印染废水处理现行工艺与国外大体相仿,主要以生化处理为主,但在设计参数上有很大差异。
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由表可知,欧洲采用的设施具有占地大、池容充足的特点。我国在工艺设计参数的确定上与国外水平差距较大。这是一个需要重视的问题,这与国内外在废水处理方面的观念有关。这个差距在项目设计和建设中就已经形成。国内的建设单位出于造价方面的原因希望最大限度地“节省”资金,而一些环保企业为了“竞争”的需要,也去适应“节省”,致使生化处理工艺有机负荷偏高,生化池容积和供氧量明显不足,相当一批印染企业治理不能达标或不能稳定达标。
当然,与国外(欧洲)相比,处理工艺还有多方面的差异。例如,欧洲大多采用活性污泥法,而国内(与日本靠近)大多采用接触氧化法;国外自动化程度高,管理人员显著减少,选用管道、阀门都是不锈钢材质,工程质量好,寿命周期长,甚至有相当比例的废水回用率等。
2 提高可生化性
众所周知,印染废水中ＢＯＤ5和ＣＯＤＣｒ比值是描述或界定其可生化性的重要依据,一般来说,其值小于0.2或0.25,认为可生化性较差。
2.1 影响印染废水可生化性的原因
印染厂的生产工艺对其废水的可生化性影响很大。通常废水中化学药剂、无机盐的含量过高,有机物含量相对较少,原水缺乏合成微生物合成所必须的营养,可生化性差。此外,染色废水由于染料品种复杂、季节性变化较大,其可生化性也有所变化,从而使生化处理(主要是指好氧)难以达到预期效果。
2.2 前置不完全厌氧生物处理
随着对印染废水处理达标要求提高,仅依靠好氧生化工艺(如接触氧化法或活性污泥法)处理可生化性较差的印染废水很难达到预期效果。如果在好氧生化工艺处理之前进行厌氧(兼氧)水解处理,使好氧处理较难去除的许多污染物质,如化纤原料、染料等利用厌氧(兼氧)菌作用强的特点,将废水中的大分子有机物转化为小分子有机物,难降解物质转化为易降解物质,从而提高废水的可生化性,为后续好氧处理创造条件。其脱色效果(包括活性染料类)及去除有机物污染能力比单纯采用好氧处理工艺均有所提高。同时,中高浓度印染废水采用厌氧(兼氧)生化预处理可大幅度降低成本,其手段主要是增设水解酸化池和中沉池等。
推广和应用不完全厌氧生物处理工艺有利于提高废水的可生化性,是处理中高浓度印染废水的有效手段。
2.3 提高生化处理的运行水平
控制(或创造)良好的生态条件是提高生化处理运行水平所追求的目标.其中涉及水质的均化与调节;温度、营养料、污泥的沉降性能、充氧、污泥膨胀、活性污泥培养和驯化;以及微生物相等多种因素,目前曝气池控制条件中较为突出的问题主要是温度、充氧和填料等。
此外,相当多的污水处理厂(站)提供的情况表明,即使控制条件好,但缺乏有效管理,处理效果也不佳。
2.3.1 温度
在一定温度范围内,温度高,微生物活力强,处理效果好;反之,则会抑制微生物的生命活动。就江苏省地理纬度而言,出现微生物受抑制的情况并不显著,但会出现温度过高造成处理效果不佳的情况。如某厂废水处理站在2003年7～8月的持续高温下,水温达到或超过45℃,曝气池的水色由棕色转化成黑色,微生物死亡,处理效果大幅度下降。据推测,可能是嗜温菌与嗜热菌之间的相互竞争,以及溶解氧(ＤＯ)的减少,造成生物膜脱落,使有机负荷率降低所致。所以采取夏季降温是印染废水处理不可忽视的一项措施。
2.3.2 充氧
氧气是保持微生物正常活动的一个必要条件。一般来说,印染废水生化处理系统中保持混合液的ＤＯ在40ｍｇ/Ｌ左右。在曝气池中充氧系统大多为鼓风曝气结合微孔曝气管、散流曝气头或膜片微孔曝气器。其存在的普遍问题是氧的转化效率较低,仅为8%～25%。而国外的微孔曝气器,膜片选用ＥＰＤＭ材料,采用激光打孔,孔小而精致,其氧的转化效率为30%～60%,且降低电能消耗。研制或选用具有较高氧转化效率的曝气装置,选择性能优良的低能耗鼓风机,以及确定合理的充氧条件(气水比),是提高生化处理运行水平的重要方面。
2.3.3 填料
填料作为膜法处理工艺中的生物载体,广泛应用于印染废水治理。根据接触氧化工艺需要,填料应具备良好的强度和使用寿命;分布均匀、有空隙可变性,对气泡有充分的切割能力,提高氧利用率;具有较高的比表面积;具有良好的挂膜、脱膜更新效果等。国内填料的应用推广大致经历了硬性填料、软性填料、半软性填料以及弹性填料等四个过程。填料作为生物膜法工艺的核心部分,直接影响着运行周期、处理效果和投资费用。因此,选择优质、高效的填料,使气、水、生物膜充分混渗接触交换,提高传质效果,才能确保良好的新陈代谢。弹性波纹立体填料是目前的首选材料。
3 降低污泥产量
某印染厂废水处理站由于工艺设计不尽合理,污泥产量较大,致使多台板框压滤机来不及处理,而已处理的污泥(因施放农田有可能造成二次污染)出路成了棘手难题。如何减少印染废水处理中的污泥产量已成为印染行业一个普遍值得重视的问题。
目前国内印染废水处理通常是对ＣＯＤＣｒ低于1000的废水采用生化 物化处理工艺;ＣＯＤＣｒ高于1000则采用物化-生化相结合的工艺路线。如某印染厂物化预处理中投加了硫酸亚铁(ＦｅＳＯ4·7Ｈ2Ｏ)、聚铁(ＰＦＳ)、助凝剂(ＰＡＭ)以及石灰,虽然通过沉淀分离,在去除ＳＳ、ＣＯＤＣｒ等方面有一定效果,但污泥量相当大。此外,由于水中无机盐(特别是Ｃａ2+)浓度增加,经过一段时间运行,后续曝气池中组合填料上出现板结,沾满了较硬的泥垢,比表面积大大降低,从而阻碍了微生物膜的形成和脱落,降低了生化处理效果。
由此看来,中高浓度(即ＣＯＤＣｒ>1000)的印染废水应慎用先物化处理的工艺路线,而采用厌氧(水解) 好氧生化工艺路线较妥。厌氧(水解)处理一方面有利于将废水中难降解的物质转化为易降解的物质,提高废水的可生化性,为后续好氧处理创造条件;另一方面运用硝化和反硝化技术实现污泥的消化,大大降低了污泥的产量;此外,还减少了混凝剂用量,降低了处理成本。
4 碱减量、退浆废水的局部预处理
聚酯的碱减量工艺、ＰＶＣ浆料织物碱退浆,其废水具有特殊性。经测定,其中碱减量废水ＣＯＤＣｒ可达20000以上,ＢＯＤ5达15000以上,ｐＨ≈13;退浆废水ＣＯＤＣｒ可达15000,ＢＯＤ5达3000～4000,ｐＨ≈12。这两种废水约占全部印染废水的10%左右,属高浓度混合废水。如果按照传统方法把它们与其他印染废水混合处理,将会提高混合后的ＣＯＤＣｒ值,显然不科学,也不经济。本人认为,把碱减量、退浆废水分流后进行局部(酸中和之后)预处理,然后再与其他印染废水混合处理是明智之举。
4.1 升流式厌氧污泥床(ＵＡＳＢ)反应器预处理
升流式厌氧污泥床(ＵＡＳＢ)反应器是从荷兰引进的一种处理高浓度有机废水的设备。它集生化反应、沉淀、沼气收集于一体。其工作原理是废水从反应器底部进入,向上依次通过污泥床区、悬浮污泥区,并进行生物降解反应,使废水中的有机物浓度大幅度降低,最后进入三相分离区。通过三相分离器,使气、固、液三相得到有效分离,分离后的污泥可自行回流到污泥床区,并使污泥床区保持很高的污泥浓度。ＵＡＳＢ反应器具有很高的容积负荷率,它在投资、占地、运行费用和操作管理方面都有一定的优势和竞争力,从实际使用情况来看,将其作为碱减量、退浆废水预处理是可行的。
4.2 ＰＴＡ回用技术的尝试
碱减量废水、退浆废水都属聚酯水解废水,主要组分有对苯二甲酸钠、乙二醇以及丙烯酸酯类水解物等。
从预处理条件看,直链烃化合物较易被微生物降解,而对苯二甲酸钠的苯环组成较为稳定,很难降解为二氧化碳和水。有人提出,聚酯水解废水在酸性条件下,对苯二甲酸钠经化学方法置换(酸析)出对苯二甲酸(ＰＴＡ),对苯二甲酸是固体有机物,可用物理方法将它从水中分离。反应式如下:
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根据理论计算,在加酸至ｐＨ值为3的条件下,经上述酸析分离,ＣＯＤＣｒ去除率可达80%。此外,因为退浆和碱减量工艺中已有3.5%～28%的聚酯化合物被分离后溶入水中,因此,以上酸析的预处理方法还构成了一项具有实用性的ＰＴＡ回用技术。目前已有一些印染厂在试用。尽管ＰＴＡ回收纯度问题、回收后的销售方向,回收得益与成本的平衡,酸析之后废水必须再加碱将其ｐＨ值进行调整的经济性,以及水中含盐量增加可能对后续处理带来新的影响等一系列问题有待进一步探索,但毕竟不失为一种有益的尝试。
5 讨论
5.1 我国印染废水处理工艺目前与国外大体相仿,但在工艺参数的确定上,还存在差距,要提高达标水平,修正设计参数标准十分重要。
5.2 推广应用不完全厌氧生物处理工艺有利于提高废水的可生化性,对处理中高浓度印染废水十分有效。
5.3 采用夏季降温,研制或选用具有高氧转化率的曝气装置和低能耗风机,确定合理的充氧条件以及选择性能优良的填料,是提高生化处理运行水平的重要方面。
5.4 中高浓度(即ＣＯＤＣｒ>1000)的印染废水采用厌氧(水解) 好氧生化工艺的优点是能够实现污泥的消化,大大降低污泥产量。
5.5 升流式厌氧污泥床(ＵＡＳＢ)反应器用于碱减量和退浆废水处理是可行的;采用对苯二甲酸(ＰＡＴ)回用技术对碱减量、退浆废水预处理亦是有益的尝试。
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