高濃度染料廢水處理工藝

　　1、工程概況

　　江蘇某化工有限公司主要采用化學(xué)合成工藝生產(chǎn)發(fā)散性染料等產(chǎn)品。由于生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量的高COD、高氨氮和高色度廢水，如果處理不達(dá)標(biāo)將會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境造成嚴(yán)重污染。該公司已建一座3000m3/d的廢水處理站，但由于該廠產(chǎn)量增加及染料產(chǎn)品變化，產(chǎn)生的廢水污染物濃度升高，原有工藝處理能力和效果有限，無(wú)法達(dá)到排放要求。

　　根據(jù)該公司提供的資料，廢水水量、水質(zhì)及排放要求見(jiàn)表1。

　　原工藝流程見(jiàn)圖1。原工藝是將高濃度廢水與低濃度廢水混合后進(jìn)行處理，致使后續(xù)工藝的有機(jī)負(fù)荷承載過(guò)大，同時(shí)該廢水的COD、氨氮很高，現(xiàn)有的處理工藝無(wú)法使出水水質(zhì)達(dá)到接管標(biāo)準(zhǔn)。染料廢水可生化性差，原有的生化系統(tǒng)處理效果不明顯，故需進(jìn)行升級(jí)改造。改造后工藝流程見(jiàn)圖2。

　　改造后的工藝流程適應(yīng)性更強(qiáng)，耐沖擊負(fù)荷更大，經(jīng)過(guò)高級(jí)氧化與物化處理后的高濃度染料廢水的可生化性提高，同時(shí)也減小了對(duì)后續(xù)生化系統(tǒng)的沖擊負(fù)荷。

　　相較于原有工藝單一的廢水收集處理方式，改造后采用分質(zhì)分流的收集處理方式。同時(shí)將部分高濃度的含氮廢水預(yù)先采用脫氨膜系統(tǒng)處理，可將染料廢水的氨氮降至100mg/L以下，混合后的廢水經(jīng)過(guò)氨吹脫法和硝化反硝化處理后，其氨氮能達(dá)到出水標(biāo)準(zhǔn)。混合后的高濃度廢水再經(jīng)過(guò)鐵碳微電解和芬頓反應(yīng)高級(jí)氧化進(jìn)行預(yù)處理，相對(duì)改造前的鐵碳芬頓池，改造后的鐵碳芬頓池更換了新的鐵碳填料和鐵碳比，并通過(guò)小試計(jì)算出了芬頓反應(yīng)中FeSO4和H2O2的最佳投加比例。改造后的前段預(yù)處理工藝對(duì)COD的去除率比原工藝提高了30%，極大地緩解了后續(xù)生化系統(tǒng)的處理壓力。

　　改造后的生化系統(tǒng)采用厭氧+缺氧+厭氧+兩級(jí)好氧的工藝組合方式。由于分散性染料在水中呈溶解度極低的非離子狀態(tài)，且廢水可生化性極差，故現(xiàn)有工藝選擇ABR+微氧池+UASB的厭氧工藝組合，以加強(qiáng)其厭氧作用，強(qiáng)化水解酸化效果，提高廢水可生化性，以利于后續(xù)好氧處理。相較于原工藝的A/O生化系統(tǒng)，改造后的生化系統(tǒng)對(duì)COD的去除率提高了50%。同時(shí)，為使好氧池出水指標(biāo)進(jìn)一步降低，在末端采用了后芬頓+UV紫外催化氧化的深度處理工藝，保證出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

　　2、改造后的構(gòu)筑物及主要設(shè)備參數(shù)

　　改造后的構(gòu)筑物及主要設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表2。

　　3、實(shí)際運(yùn)行結(jié)果及分析

　　3.1 主要反應(yīng)器的運(yùn)行效果

　?、貯BR反應(yīng)器經(jīng)過(guò)2個(gè)月的調(diào)試運(yùn)行后，ABR反應(yīng)器的出水趨于穩(wěn)定，其對(duì)COD的去除效果如圖3所示。

　　ABR反應(yīng)器由3個(gè)串聯(lián)的ABR罐構(gòu)成，為了減少進(jìn)水中有毒物質(zhì)對(duì)微生物的毒害作用，通過(guò)污泥回流使ABR罐3的污泥回流到罐1。接種污泥來(lái)自江蘇某污水處理廠的厭氧顆粒污泥，其接種量控制在30gVSS/L左右。在實(shí)際運(yùn)行中，將ABR進(jìn)水COD穩(wěn)定在5000mg/L左右，NH3-N控制在500mg/L以下，罐內(nèi)水溫控制在35～36℃，pH值控制在7.0～8.0。由于該廢水中磷酸鹽濃度較低，為了保證進(jìn)水營(yíng)養(yǎng)元素比例均衡，需按C∶N∶P=200∶5∶1的比例人工投加Na3PO4。由于該廠進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)較大，導(dǎo)致ABR進(jìn)水水質(zhì)不太穩(wěn)定，其COD波動(dòng)范圍為4000～5500mg/L，COD去除率穩(wěn)定在20%～35%。該ABR反應(yīng)器的良好運(yùn)行很好地緩解了后續(xù)處理工藝的有機(jī)負(fù)荷，并提高了廢水的可生化性。

　?、赨ASB反應(yīng)器

　　該工藝的UASB反應(yīng)池由2組反應(yīng)器并聯(lián)而成，接種污泥來(lái)自江蘇某同類染料廠的UASB反應(yīng)器排出的新鮮顆粒污泥。在調(diào)試過(guò)程中，當(dāng)可降解污泥負(fù)荷率達(dá)到0.3kgCOD/(kgVSS?d)時(shí)，顆粒污泥開(kāi)始形成，此時(shí)將污泥負(fù)荷率提高到0.6kgCOD/(kgVSS?d)有利于顆粒污泥的加速形成。在運(yùn)行維護(hù)過(guò)程中，將COD保持在4000mg/L左右，氨氮濃度<350mg/L。圖4是UASB反應(yīng)池在2017年11月的水質(zhì)數(shù)據(jù)。從圖4可知，UASB反應(yīng)器的出水COD保持在2400～3200mg/L，其對(duì)COD的去除率為16%～30%。隨著處理工藝流程的變長(zhǎng)，容易被微生物利用的有機(jī)物也變少，相較于ABR反應(yīng)器，UASB對(duì)COD的去除率有所下降。

　?、蹆杉?jí)好氧曝氣池

　　接種污泥來(lái)自某生活污水處理廠的好氧剩余污泥，在調(diào)試期間往好氧池加滿沉淀池的澄清液，同時(shí)投加適量面粉。為保證好氧微生物所需的代謝營(yíng)養(yǎng)元素，按C∶N∶P=100∶5∶1的比例投加Na3PO4。加泥后每次悶曝0.5d，悶曝3d后連續(xù)小水量進(jìn)水，每次提高污泥負(fù)荷20%，直至設(shè)計(jì)負(fù)荷。

　　在經(jīng)過(guò)大半年的運(yùn)行后，好氧池的污泥流失比較嚴(yán)重，為了保證好氧池的正常運(yùn)行，又進(jìn)行了第二次接種，總共向2座好氧池投加了100t生活污水處理廠的新鮮污泥。在經(jīng)過(guò)一個(gè)月的運(yùn)行后，好氧池1的污泥沉降比(SV30)從5%上升到25%，好氧池2的SV30則穩(wěn)定在30%～40%，且污泥由暗黑色變成黃褐色并伴有大量菌膠團(tuán)。為了保證好氧池的污泥正常生長(zhǎng)，控制好氧池1的DO值在2.0mg/L左右，好氧池2的DO為2.0～4.0mg/L，污泥回流比為75%，MLSS穩(wěn)定在3500mg/L。圖5是2017年11月好氧系統(tǒng)的運(yùn)行效果。好氧池2的出水COD為1200～1500mg/L，兩級(jí)好氧池對(duì)COD的去除率保持在50%左右。

　　3.2 組合工藝的運(yùn)行效果

　　該工程于2017年初開(kāi)始調(diào)試，已正常運(yùn)行一年多。該組合工藝運(yùn)行效果良好，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到園區(qū)納管要求。2018年3月的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

　　由表3可知，進(jìn)水的污染物濃度很高，但經(jīng)過(guò)鐵碳芬頓、混凝沉淀、ABR、UASB反應(yīng)器和兩級(jí)生化曝氣池處理和末端深度處理后，其出水水質(zhì)趨于穩(wěn)定，證明該高級(jí)氧化+物化+生化+高級(jí)氧化的組合工藝抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。鐵碳芬頓+混凝沉淀對(duì)COD的去除效果很好，能使COD為10000mg/L左右的進(jìn)水經(jīng)其預(yù)處理后，COD穩(wěn)定在5000～6000mg/L。在未安裝脫氨膜系統(tǒng)對(duì)超高氨氮車(chē)間廢水預(yù)處理之前，其進(jìn)水氨氮濃度能達(dá)到1500mg/L左右，而通過(guò)對(duì)超高氨氮廢水預(yù)處理之后，進(jìn)水氨氮濃度可穩(wěn)定在600～800mg/L。除了氨吹脫系統(tǒng)、生化系統(tǒng)和高級(jí)氧化系統(tǒng)對(duì)氨氮去除發(fā)揮主要作用外，為了保證出水氨氮達(dá)標(biāo)，實(shí)際運(yùn)行時(shí)在三沉池出水中按0.2%的比例投加次氯酸鈉，以保證出水氨氮<40mg/L。該染料廢水TP濃度很低，不含有機(jī)磷，為保證生化效果，在ABR反應(yīng)器和好氧池中按比例人工投加磷酸三鈉，且廢水中的含磷物質(zhì)在整個(gè)工藝中處于低水平，并可被厭氧菌和好氧菌消耗利用，三沉池出水TP穩(wěn)定在1mg/L以下。整套工藝對(duì)COD的去除率穩(wěn)定在92%以上，對(duì)氨氮的去除率保持在95%以上，出水pH值也穩(wěn)定在7左右。出水各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到園區(qū)污水處理廠的接管標(biāo)準(zhǔn)。

　　4、運(yùn)行中的問(wèn)題及分析

　?、俜翌D池藥劑比例的投加控制。

　　通過(guò)小試確定硫酸亞鐵和雙氧水的最佳投加比例，但在運(yùn)行中由于人工控制流量誤差很大，過(guò)量雙氧水流入中和沉淀池會(huì)產(chǎn)生大量氣泡，影響沉淀效果。在生產(chǎn)中，將硫酸亞鐵投加量在計(jì)算比例基礎(chǔ)上適量增加，以消耗過(guò)量的雙氧水。

　　②好氧池1中DO的控制。

　　由于好氧池1直接受到UASB出水的厭氧沖擊，導(dǎo)致好氧池DO一直處于2.0mg/L左右，且風(fēng)機(jī)耗能比較大。若將好氧池1改造為缺氧池，與好氧池2構(gòu)成A/O一體池，不僅可以去除COD，也可以強(qiáng)化脫氮效果。

　?、凵到y(tǒng)的可生化性利用問(wèn)題。

　　隨著工藝鏈的延長(zhǎng)，微生物易降解的有機(jī)物變少，導(dǎo)致兩級(jí)生化曝氣池生化去除效果不是特別高，為了提高廢水可生化性，建議將后芬頓系統(tǒng)設(shè)置在好氧池2前端。

　　5、經(jīng)濟(jì)分析

　　該工程的處理水量為2000m3/d，設(shè)備材料及電氣儀表合計(jì)400萬(wàn)元，工程設(shè)計(jì)調(diào)試及菌種費(fèi)總計(jì)150萬(wàn)元。藥劑投加費(fèi)為4.10元/m3，人工費(fèi)為1.23元/m3，水電費(fèi)為1.15元/m3，污泥處置費(fèi)為0.6元/m3，則廢水直接處理成本為7.08元/m3。

　　6、結(jié)論

　　采用RANS脫氨膜系統(tǒng)+Fe-C/Fenton+混凝沉淀+ABR+UASB+兩級(jí)好氧池+高級(jí)氧化深度處理工藝處理高氨氮、高COD的有機(jī)染料廢水，工藝運(yùn)行效果很好，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，系統(tǒng)出水穩(wěn)定，對(duì)COD和NH3-N的去除率分別達(dá)到92%、95%，其出水水質(zhì)指標(biāo)完全符合該化工園區(qū)的污水處理廠接管標(biāo)準(zhǔn)。(來(lái)源：南昌大學(xué)資源環(huán)境與化工學(xué)院 鄱陽(yáng)湖環(huán)境與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)