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    印染廢水膜后濃水深度處理技術

    發布時間:2023-11-7 15:13:16  中國污水處理工程網

    印染廢水主要來源于布料的退漿、染色、印花工序,含有染料、漿料、助劑等物質,具有水量大、有機污染物含量高、成分復雜等特點。近年來節能減排推進了印染廢水回用的進程,反滲透膜分離技術被廣泛用于印染廢水的回用處理,但RO膜在回用廢水時也產生了不能達標排放的膜后濃水。

    RO濃水COD、色度、總氮、電導率高,可生化性較差,采用常規的混凝及生化法處理較難達到排放要求。Fenton法是一種常用于難降解有機廢水處理的高級氧化技術,通過.OH的氧化作用能降解大分子有機物,從而降低印染廢水的色度和COD,提高廢水的可生化性。RO濃水總氮較高,且NO3--N約占總氮含量的75%,而反硝化生物濾池(DN池)可利用填料上的微生物,在缺氧條件下以NO3--N為電子受體、以有機底物為電子供體,將NO3--N還原成氮氣。因此本研究針對印染廢水RO濃水的水質特點,采用“Fenton+反硝化生物濾池”的處理工藝進行深度處理研究。

    1、實驗用水與方法

    1.1 實驗用水

    本研究實驗用水為廣東省某印染公司RO濃水,其廢水處理及回用工藝流程見圖1,廢水回用率50%55%,實驗期間RO濃水的水質:COD170190mg/L,TN2125mg/L,硝態氮為1618mg/L,色度70150倍,電導率55009000us/cm。

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    1.2 Fenton實驗方法

    RO濃水500mL于燒杯中,用濃硫酸調節廢水初始pH值至酸性,投加一定量FeSO4.7H2O后快速攪拌,滴加H2O2,最后將水樣放置在攪拌器上,反應一段時間后,加入NaOH調節pH值至7.5,測定上清液COD和色度。通過燒杯實驗研究不同加藥量情況下的廢水COD和色度去除情況。

    Fenton出水采用DN池進行脫氮,添加乙酸鈉作為反應碳源。DN池裝置由生物過濾反應柱、反沖洗系統和碳源投加系統組成,濾池直徑為400mm,總高為1500mm,底部有250mm的空心承托層,濾料采用球形生物陶粒,粒徑為48mm,堆積密度為1.11.4g/cm3。研究不同C/NHRTDN池脫氮的影響。

    1.3 實驗藥品、分析方法與儀器

    藥品:H2O2(30%)、硫酸亞鐵(FeSO4.7H2O)、H2SO498%)、NaOH5%)、陰離子PAM。

    分析方法:COD、總氮、硝態氮、色度按照《水和廢水監測分析方法》(第4版)進行測定,COD采用重鉻酸鉀法,總氮采用過硫酸鉀氧化紫外分光光度法,硝態氮采用紫外分光光度法。

    儀器:pHb-4pH計,AL104型精密電子天平,ZR4-6型混凝實驗攪拌機,756PC紫外可見分光光度儀,XJ-COD消解裝置。

    2、結果與討論

    2.1 Fenton影響因素研究

    2.1.1 H2O2、FeSO4.7H2O加藥量對COD去除效果的影響

    在反應初始pH值為3,H2O2的投加量分別為30mg/L、60mg/L、90mg/L、120mg/L,FeSO4.7H2O的加藥量按與H2O2質量比分別為2:1、3:1、4:1、5:1、6:1加入,反應時間為2h時,研究H2O2、FeSO4.7H2O加藥量對COD去除效果的影響,結果見圖2。

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    從圖2可知,隨著H2O2加入量的增多,對COD的去除率先升高后增幅趨于平緩。這是因為隨著H2O2投加量的增加,.OH的產生量迅速增加,對COD的去除率隨之增大;而當H2O2投量過高時,會將Fe2+氧化成Fe3+,使氧化過程轉化為Fe3+催化的類Fenton反應,.OH的產生效率大大降低,不能進一步降解污染物,對COD去除率的增幅較小。mFeSO4.7H2O/m(H2O2)<5時,COD去除率隨著mFeSO4.7H2O/m(H2O2)的增加而提高;在繼續增大加藥量,COD去除效率降低,因為Fe2+作為Fenton反應的催化劑,是催化產生.OH的必要條件,當mFeSO4.7H2O/m(H2O2)較低時不能產生足夠的.OH,對COD的去除率較低;當mFeSO4.7H2O/m(H2O2)值過高時,過量的Fe2+會與H2O2發生氧化還原反應,導致H2O2被無效分解,也會造成對COD去除率下降,而且大量的Fe2+的加入會增加污泥產量,造成運行費用的增加。

    H2O2加入量為90mg/L時,FeSO4.7H2O加藥量為450mg/L,COD去除率最高,為63%,出水COD68mg/L,色度為15倍。因此確定Fenton反應的H2O2加藥量為90mg/L,FeSO4.7H2O加藥量為450mg/L。

    2.1.2 反應初始pH值對COD去除效果的影響

    H2O2加藥量90mg/L,FeSO4.7H2O加藥量450mg/L,反應時間為2h時,研究初始pH值分別為3、4、5、6,初始pH值對COD去除效果的影響,結果見圖3。

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    由圖3可見,Fenton反應強烈依賴于pH值,在pH3、4COD的去除率較高在pH值為4時對COD的去除率為61%;當pH值為5、6時,FentonCOD的去除率急劇下降。原因是在pH值較高時Fe2+不穩定,極易轉化成Fe3+,形成Fe(OH)3沉淀而失去催化作用,導致對COD的去除率顯著降低。為節約運行成本,因而確定Fenton初始pH值為4。

    2.1.3反應時間對COD去除效果的影響

    在反應初始pH值為4,H2O2加藥量90mg/L,FeSO4.7H2O加藥量450mg/L時,研究反應時間對COD去除效果的影響,結果見圖4。

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    由圖4可見,反應時間從0.5h升至1.5h,COD去除率從34%增加到61%,反應時間從1.5h延長至2.5h,COD去除率增加不明顯,為了降低廢水處理造價成本,因此Fenton氧化RO濃水的最佳反應時間為1.5h。

    RO濃水在初始pH值為4,FeSO4.7H2OH2O2的投加量分別為450mg/L、90mg/L,反應時間為1.5h時,其處理后出水COD和色度已達到排放要求,COD71mg/L,色度15倍,但出水TN2125mg/L,仍需要進一步處理。

    2.2 DN池脫氮效能的影響

    2.2.1 COD/ρ(NO3--N)對DN池的影響

    CERVANTES等認為C/N是微生物代謝過程中反硝化效率的決定因素。乙酸鈉是易被生物降解的低級羧酸,容易被反硝化菌利用,作為反硝化脫氮的碳源效果好于葡萄糖,因此本實驗選用乙酸鈉調節Fenton出水的COD/ρ(NO3--N)。將COD/ρ(NO3--N)分別為5、6、7、8的廢水加入到DN池中,水力停留時間(HRT)為2.5h,具體參數見表1,研究C/NDN池去除NO3--N的影響,結果見圖5。

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    由圖5可知,隨著COD/ρ(NO3--N)的增大NO3--N的去除率持續增加,其中COD/ρ(NO3--N)從6上升到8時,出水NO3--N的質量濃度從7.65mg/L減少到0.52mg/L,去除率從54.5%增加到96.8%,說明此時COD/ρ(NO3--N)是DN池脫氮效能的決定性因素;當COD/ρ(NO3--N)從8上升到9時,出水NO3--N的質量濃度從0.52mg/L減少到0.37mg/L,NO3--N去除率變化了1%,說明此時DN池中COD過量。C/N高于理論值,一方面是因為膜后濃水經過Fenton反應后,出水DO913mg/L,需消耗更多的碳源;另一方面是因為原廢水中有一部分碳源不能利用。

    2.2.2 HRTDN池效能的影響

    HRTDN池脫氮性能的主要影響因素,本實驗在COD/ρ(NO3--N)為8時,連續運行28d,研究HRT分別為1、1.5、2、2.5h,HRTDN池中NO3--N去除效果的影響,結果見圖6。

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    由圖6可知,隨著HRT1h增加至2h時,DN池對NO3--N的平均去除率從提高至96.8%,主要原因是DN池中HRT的增加延長了反硝化作用的時間,從而提高了NO3--N的去除率;HRT2h增加至2.5h時,NO3--N的平均去除率增長不明顯。且在HRT2h時,出水COD小于70mg/L,可穩定達標。

    3、結語

    采用Fenton+反硝化生物濾池深度處理工藝處理印染廢水RO濃水,其出水水質可達到《紡織染整工業水污染物排放標準》(GB4287-2012)表2限值。

    RO濃水在反應初始pH值為4,H2O2加藥量90mg/L,FeSO4.7H2O加藥量450mg/L,反應時間為1.5h后,COD去除率達到62%,出水COD71mg/L,色度15倍,COD和色度已達到排放要求。

    選用乙酸鈉作為碳源,反硝化生物濾池在C/N8,HRT2h時,NO3--N去除率達到96.8%,出水NO3--N降低至0.52mg/L,總氮小于10mg/L。

    采用Fenton+反硝化生物濾池工藝處理印染廢水RO濃水,藥劑成本為1.73/m3。(來源:廣州市佳境水處理技術工程有限公司)

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