纺织印染废水深度脱氮的中试研究

收稿日期：2016-11-02作者简介：缪攀（1986-），男，湖北仙桃人，硕士研究生，工程师，主要从事纺织印染废水处理研究.0引言随着社会工业化程度的不断扩大,排入水体的中的营养物质越多（特别是Ｎ，P类物质）,导致水体富营养化现象日益频繁,如何减少相关物质的排放是十分紧迫的现实问题[1-4]。纺织印染行业作为污水排放的大户，废水中包含有未反应的残余染料、树脂、软油等一系列含氮物质[5-7]，其出水中的TＮ浓度随染料和其他化工料的使用量的波动影响较大,在排水TＮ浓度偏高的情况下，传统的处理污水的工艺不能及时提高去除废水中TＮ的去除率，导致最终废水排放中TＮ有超标的风险。针对废水除氮的问题，王诗生等[8]采用以镁盐为主的鸟粪石法，氮的去除率可达87.7%，但成本太高；李培等[9]根据污水厂A/A/O工艺进行了生物脱氮的研究，发现系统对TＮ的去除率不稳定，达标率低。根据纺织印染行业废水中TＮ含量的实际现状，以广东省某大型纺织印染企业（Ｘ公司）的最终出水的TＮ为研究对象,对纺织印染废水中TＮ的去除作相关探讨，为纺织印染行业废水的TＮ去除指明一条方向。1污水处理现状1.1污水处理现状通过对Ｘ公司现有的污水厂原始进水和最终出水进行连续监测分析，其结果见表1。1.2现有处理工艺Ｘ公司污水厂对其生产废水的处理工艺见图1。纺织印染废水深度脱氮的中试研究缪攀，杜希，邱孝群，张玉高（广东溢达纺织有限公司，广东佛山528500）摘要：目前许多纺织印染企业对废水中TＮ的去除，不能完全满足GB4287—2012《纺织染整工业水污染物排放标准》对纺织印染行业废水排放的要求。通过反硝化滤塔对Ｘ公司最终出水进行进一步处理，来研究其对废水中TＮ的去除效果。研究发现，在进水pH值为7~8,进水量为6ｍ3/h，ρ（COD）/ρ（TＮ）=4~5，反冲洗频次为12h一次，反硝化滤塔对Ｘ公司最终排放废水中的TＮ能进一步去除41.25%，确保最终排水中的TＮ完全满足GB4287—2012的排放要求。在上述运行条件下，系统对废水处理的运行成本为0.23元/ｍ3。关键词：印染废水；总氮；反硝化中图分类号:Ｘ7文献标识码:A文章编号:1674-4829（2017）01-0035-04APilotStudyonRemovalNitrogenofTextileWastewaterMＩAOPan，DUＸi，QＩUＸiao-qun，ＺHAＮGYu-gao（GuangdongEsquelTextilesCoｍpanyLiｍted，Fushan528500,China）Abstract:Atpresent，totalnitrogenconcentrationofｍanytextileindustrialdischargeisnotincoｍpliancewith《Thetextiledyeingandfinishingindustrialwaterpollutiondischargestandard》(GB4287—2012).Ｉnthispaper,thedischargedwastewaterofＸcoｍpanywasfurthertreatedbydenitrificationfiltertostudythereｍovalefficiencyoftotalnitrogeninwastewater.Thetotalnitrogenreｍovalratewas41.25%inaverageduringthestudywithinfluentparaｍetersofpH=7~8,Q=6ｍ3/h,ρ（COD）/ρ（TＮ）=4~5,andbackwashfrequencywas12hpertiｍe.TheeffluentafterthedenitrificationsysteｍcouldｍeettherequireｍentsofGB4287—2012.Ｉntheaboveoperatingconditions,theoperatingcostfordenitrificationis0.23RMB/ｍ3.Keywords:Textileindustrialdischarge,Totalnitrogen,Denitrification表1X公司污水厂进、出水检测分析结果污水厂进水污水厂最终排水平均去除率/%ρ（COD）/（ｍg·L-1）1215.16±66.6246.19±5.1796.20ρ（TＮ）/（ｍg·L-1）37.33±7.3612.67±1.9866.06ρ（ＮH4+-Ｎ）/（ｍg·L-1）9.78±7.17ＮD100512≤32≥93.75项目色度/倍第30卷第1期2017年2月环境科技EnvironｍentalScienceandTechnologyVol.30Ｎo.1Feb.2017环境科技2017年2月Ｘ公司污水厂现有的处理工艺对污水中的主要污染物的处理，均能满足GB4287—2012。Ｘ公司污水厂的废水水质和水量直接受车间生产量的影响，由于车间生产量和生产任务的波动性，导致其波动比较剧烈。通过表1可知，Ｘ公司最终排放的COD完全能满足排放要求。Ｘ公司最终排放的污水中TＮ目前虽然能满足国标低于15ｍg/L的排放标准，由于车间生产的波动较大，不能排除在集中生产过程中TＮ有超标的风险；另外由于污水排放标准的限制越来越严格，纺织行业的TＮ排放限值在将来会进一步降低，有必要在Ｘ公司污水厂的处理流程上增加针对TＮ处理的相关工艺设施，基于上述考虑，采用厌氧反硝化中试实验装置进行相关实验研究。2实验装置与方法对Ｘ公司污水厂现有工艺最终出水水质中TＮ中的Ｎ的种类进行检测，其结果见表2。由表2可知，污水厂最终出水中的TＮ主要以ＮO3--Ｎ为主，以及部分的有机氮和少量的ＮO2--Ｎ。要使最终排放废水中的TＮ含量下降效果明显，则需重点去除废水中的ＮO3--Ｎ。2.1实验设备根据污水厂目前的出水现状，设计了反硝化滤塔对污水厂最终出水进行处理，装置示意见图2。该实验装置将污水厂最终出水由滤塔上方进入，从塔底流出。该滤塔的外形尺寸为1ｍ×1ｍ×5ｍ，滤料层高2ｍ。2.2实验设备运行当滤塔内的反硝化微生物驯化稳定后，将实验设备的进水量稳定在6ｍ3/h，初期，TＮ去除率较低，运行一段时间之后,其对TＮ的去除量逐渐上升,然后趋于稳定，此时按照固定的COD/TＮ进行投加，在实验调试过程中，通过改变外加碳源、滤塔的负荷、反冲洗的效果使滤塔的脱氮效果达到最佳且其处理成本在可承受范围内。3结果与讨论实验设备在运行过程中，进水量维持在6ｍ3/h，进水的水温维持在30~35℃，pH值在7.0~8.0波动，设备反洗的时间周期为12h/次，每次反洗历时0.5h。3.1实验设备对TＮ的去除效果实验设备对TＮ的处理效果见图3。图1X公司污水厂污水处理流程表2X公司污水厂最终出水TN组成物质的检测结果ｍg·L-1ρ（TＮ）12.34±2.18ρ（ＮH4+-Ｎ）ＮDρ（ＮO3--Ｎ）9.48±1.25ρ（ＮO2--Ｎ）0.40±0.21ρ（KＮ）3.21±0.72图3实验设备对TN的处理效果15.0014.0013.0012.0011.0010.009.008.007.006.005.004.003.002.001.000ρ（TＮ）/（ｍg·L-1）进水出水11月3日11月10日11月17日11月24日12月1日12月8日2月15日12月22日12月29日日期车间废水格栅酸中和池冷却塔调节池絮凝剂初沉池上清液污泥浓缩池污泥脱水机污泥外运处理水解酸化池调节池二沉池接触氧化池空气高效沉淀池臭氧接触氧化池曝气生物滤池达标排放清水池砂滤罐废水污泥空气滤液图2实验装置示意1.进水管2.进水泵3.溢流管4.均质滤料5.鹅卵石承托层（5种规格）6.布气滤砖7.集水渠8.反冲洗气管9.反冲洗水管10.出水管11.滤上水头121091135678436第30卷第1期缪攀等纺织印染废水深度脱氮的中试研究由图3可知,进水TＮ质量浓度平均为12.34ｍg/L，出水平均质量浓度为6.58ｍg/L，平均去除量为5.76ｍg/L,平均去除率为46.68%。对图3中进、出水TＮ进一步分析，ＮO3--Ｎ平均质量浓度由9.48ｍg/L下降到3.31ｍg/L，而凯氏氮（KＮ）仍平均维持在3.20ｍg/L，ＮH4+-Ｎ未检测出，认为出水中的KＮ全部为有机氮[10]。实验装置对废水TＮ的处理主要是通过对废水中ＮO3--Ｎ的去除达到去除TＮ的效果，废水中的有机氮是属于难被降解的有机物，这部分有机物在Ｘ公司污水厂前段未被消化去除，其在实验装置中也难被氧化降解去除，故推断实验装置对进入其内部的有机氮没有去除效果。3.2碳源（COD）对TＮ去除效果的影响为了测试COD对实验装置去除TＮ的影响，观察ρ（COD）/ρ（TＮ）为4~5[11]之间TＮ的去除与COD的关系，实验中以乙酸钠为添加碳源，COD对TＮ去除效果的影响见图4。由图4可知，当废水中COD消耗大时，实验装置对TＮ的去除量也偏大，TＮ的去除率为43.69%±5.14%，COD的消耗率为42.20%±12.05%，COD的平均消耗率与TＮ的平均去除率大体接近，说明可利用碳源的浓度与TＮ的去除率在一定程度上呈正比的关系。3.3水力负荷的影响将进入实验装置的废水水量进行调节,使其处理废水的水力负荷得到调整，试图找出适合实验装置的最佳水力负荷。在碳源加药浓度相同的情况下，每组水力负荷条件的运行时间为7d，不同水力负荷对污染物去除的影响见表3。通过表3可知，在加药浓度一定的情况下，水力负荷越低，实验装置对TＮ的去除率越高。在实验中，水力负荷波动对COD的波动程度变化不大。从实验对TＮ处理要求、COD的变化程度、废水处理效率和废水处理成本综合考虑，实验系统最适宜运行的水力负荷为6ｍ3/（ｍ2·h）。3.4系统反冲洗的影响在进水量为6ｍ3/h，ρ（COD）/ρ（TＮ）=4~5对中试装置进行每间隔24h冲洗一次（Ⅰ）、每间隔12h冲洗一次（Ⅱ）和每间隔8h冲洗一次（Ⅲ）的反冲洗操作，每个冲洗频次维持7d的操作，系统除氮的效果见表4。由表4可知，不同的反冲洗频次对系统脱氮的影响较大，反冲洗频次过高和过低对系统除氮均产生消极影响。这是因为滤池的反冲洗主要是为了除去滤床在处理废水中累积的惰性固体颗粒和老化的生物膜,从而能及时恢复滤床的孔隙率,并更换新的生物膜[12]。当冲洗频次过低时，滤料中的累积的惰性固体颗粒会逐渐增多，且老化的生物膜不能及时被去除，新的生物膜无法快速生长，从而使滤池的除氮效率大打折扣；当冲洗频次过快时，虽然惰性固体能被快速去除，但是也能使新生长的生物膜损失一部分，从而使其整体的处理效果下降。基于实验测试结果和上述分析综合考虑，中试实验除氮的反冲洗频次设定为每12h冲洗一次。3.5运行成本计算根据中试实验装置的正常运行条件，对实验装表3不同水力负荷下污染物去除的效果水力负荷/（ｍ3·ｍ-2·h-1）2346TＮ去除率/%68.2252.7249.5041.25ρ（COD）波动程度/（ｍg·L-1）-4+1+3+5处理水量/(ｍ3·d-1)＊466992138注：＊表示反洗过程中，实验装置不处理废水，即每天运行时间为23h。表4实验不同的反冲洗频次对系统脱氮的影响组别ⅠⅡⅢTＮ去除率/%32.42±1.1044.95±1.3438.36±1.56图4COD与TN去除的效果200180160140120100806040200ρ（COD）/（ｍg·L-1）加药后COD出水COD加药后TＮ出水TＮ50454035302520151050ρ（TＮ）/（ｍg·L-1）3月30日4月1日4月3日4月5日4月7日4月9日4月11日4月13日4月15日4月17日4月19日4月21日日期37环境科技2017年2月表5实验设备运行成本统计项目药剂（碳源）电耗合计消耗量6.35kg·d-131.5kWh·d-1-单价1.5元·kg-10.7元·kWh-1-成本/（元·d-1）9.5222.0531.57置处理的废水的成本进行统计，其