高效混凝膜生物反应器工艺处理印染废水的研究

高效混凝膜生物反应器工艺处理印染废水的研究
印染废水中主要含有染料、浆料、纤维杂质及少量的无机盐等, 属于成分复杂、高浓度、难降解的工业废水之一。

国内对印染废水的处理进行了大量的研究工作, 生物法、混凝法、强氧化等很多方法已得到应用。

而其中应用最广的是混凝法, 混凝法最关键的是要选择合适的混凝剂, 目前混凝剂主要有聚铝、聚铁及其复合聚合物, 并采用聚丙烯酰胺等高分子化合物为助凝剂。

但印染废水成分复杂, 特别是活性染料和阳离子染料, 利用一种混凝剂或简单的混凝剂根本达不到处理的效果, 为此, 开发出一种新型高效廉价混凝剂, 该混凝剂对混合印染废水及活性染料或阳离子染料都具有明显的处理效果。

本工作将研究该混凝剂的最佳用量、混凝条件及对混凝出水进行膜生物反应器处理, 使之达到部分回用标准的工艺参数优化, 最终为印染废水的处理提供一套新的高效廉价工艺。

1试验部分
1. 1废水来源和指标
印染废水来自南京某印染厂, 具体水质见表1。

1. 2混凝剂
将若干廉价的天然和废弃无机粉料(如粉煤灰、黏土等矿物, 其中主要含硅、镁、钙和铁等) 进行简单的活化, 并和极少量的高分子絮凝剂复配而成新型的混凝剂。

应用时即将其配成水的悬浊液, 投加到废水中即可。

1. 3工艺流程
工艺流程见图1。

图1混凝-膜生物反应器工艺流程
1. 4分析方法及仪器COD Cr测定: 重铬酸钾法; 色度: 稀释倍数法; 浊度: 分光光度法,UV 2100 紫外分光光度计; 透过率:分光光度法,UV 2100 紫外分光光度计。

2结果和讨论
2. 1中 和
用硫酸对原废水进行中和, 将pH 调至7～ 8。

2. 2混 凝
混凝剂配成6% 的悬浊溶液。

取中和过的印染废水200 L 于混凝器中, 加2. 5 L 混凝剂悬浊液于混凝器中, 搅拌, 调节体系pH 为10～ 11, 搅拌1m in (转速120 röm in) 后, 停止, 可以看到大量的絮状物出现, 并立即沉降。

等待30 s 后, 同样转速再搅拌2 m in 后停止, 静沉。

随着絮状物的沉降, 印染废水逐渐变清, 大约5 m in 后, 沉降基本完成, 底部污泥量约占总体积的10%。

下面根据印染废水的COD Cr、色度、浊度、透过率和污泥产生量等几个参数, 对混凝的最佳作用条件进行讨论。

2. 2. 1混凝pH
悬浊液投加量15 mL öL , 在不同的pH 下, 试验混凝剂的混凝效果。

结果如图2 所示。

图2pH 对混凝效果的影响
从图2 可看出, 该混凝剂的作用pH 为碱性, pH在10～ 11 时混凝效果最好。

2. 2. 2混凝剂悬浊液投加量
选定混凝pH 在10～ 11。

从表2 及表3 结果可见, 混凝剂悬浊液的最佳投加量为20 mL /L。

2. 2. 3污泥沉降速度
从200 L 混凝器中取出约500 mL 经过搅拌的混凝印染废水, 加到500 mL 的量筒中, 观察混凝污泥的体积变化和沉降速度(以占总体积的百分比计算) , 由图3 可以选定5 m in 为最佳沉降时间, 5 m in后, 污泥约占总体积的10%。

2. 2. 4污泥含水率
利用真空抽滤沉降的污泥, 得到一定含水率的泥饼, 在105 ℃烘干, 每隔1 h 称重一次, 直至恒重,比较烘干前后的重量差。

湿泥饼重6. 10 g, 烘干后泥饼重2. 41 g, 所以含水率为(6. 10- 2. 41) / 6. 10×100% = 60. 5%。

比较常规生物活性污泥的含水率(90% 以上) , 说明
本混凝剂所产生的污泥有良好的压缩性。

图3污泥沉降速度曲线
2. 2. 5混凝剂的再利用
混凝悬浊液的投加量为20 m g/L , 作用pH 为10～ 11。

混凝最终产生的污泥约占总体积的10%。

本混凝剂除了有良好的COD Cr、色度等去除作用外,另一个最大的特色是可以重复利用。

去掉混凝器的上清液, 保留底部的湿混凝污泥,再向混凝器中加入等量的印染废水, 调节pH 为10～ 11, 并进行搅拌, 又产生大量的絮状物, 并立即沉降。

5 m in 后, 沉降结束, 上清液同样达到第一次的指标, 而底部的污泥量仍约为总体积的10%。

连续重复三次, 均达到较好的处理效果, 并且湿污泥的体积基本不增加。

将吸附饱和的湿污泥在马福炉中灼烧(800℃) 1 h, 可以看到混凝粉料又恢复原来的灰白色, 并再进行简单活化及加入极少量的高分子助凝剂, 将其再配成6% 的混凝悬浊液, 其再生的混凝剂效果与原来的相当(见表4)。

这就可以实现混凝无污泥排放。

本试验是针对印染废水中具有代表性的活性染料和阳离子染料废水, 经过本混凝剂的处理, 均得到了较好的出水水质。

另外, 将该混凝剂用于苏南吴江中盛和毕盛两家印染厂的废水处理, 其COD Cr的去除率高达81. 6%。

可见该混凝剂对印染废水的处理有广谱性, 改变了过去针对不同成分的印染废水需选择相应的混凝剂或几种混凝剂复合使用的局面。

2. 3仿生膜生物反应器处理
混凝后印染废水呈现一定的碱性, 需对处理后的水进行中和后才能进入生物反应器。

根据混凝后的出水将生物反应器的进水COD Cr控制在300 m g/L 左右, 采用自行开发的仿生膜生物反应器进行进一步的生化处理。

仿生膜材料主要为动物的下脚料及少量的有机高分子辅料, 它比有机膜在耐酸碱、耐有机溶剂、耐生物降解等性能方面有显著的改进和提高。

膜组件为管式膜, 仿生膜生物反应器采用浸没一体式。

2. 3. 1进水COD Cr为300 m g/L , 考察不同的水力停留时间(HRT ) 下的COD Cr去除情况
图4HRT 对COD Cr去除的影响
由图4 选定HRT 为9 h 为最佳的停留时间。

2. 3. 2HRT 为9 h, 考察系统对COD Cr的去除稳定性
图5膜生物反应器的运行
从图5 看出, 仿生膜生物反应器对混凝后印染废水COD Cr 的去除有明显的作用, 能始终保持COD Cr 的去除率在85% 以上, 出水COD Cr 达到50m g/L 以下。

2. 3. 3仿生膜的出水浊度和色度
由分光光度法分析, 得出仿生膜的出水浊度在5 度以下, 出水无色, 无异味, 所以经过混凝2膜生物反应器处理的印染废水可以达到部分回用水的标准。

2. 3. 4仿生膜生物反应器的长效运行
在仿生膜生物反应器内, 活性污泥浓度控制在6 g/L 以上。

经过长时间(半年以上) 运行, 仿生膜通量始终能保持80 L / (h ·m 2 ) 以上, 膜无需化学清洗, 只需定时开启空气压缩机进行膜组件的反曝以达到膜的清洗, 半年后进行适当的化学清洗, 利用阴离子表面活性剂、酸、碱等交替冲洗, 膜通量能恢复到原来的97% 以上, 比较起无机膜和有机膜, 这大大降低了操作费用。

2. 4成本核算
经过一步混凝处理, 印染废水的COD Cr从1 200m g /L 降到300 m g /L 左右, 达到国家污水综合排放三级标准, 此时的成本主要是混凝剂的消耗和搅拌的动力消耗, 成本为0. 31 元/t。

再进一步应用膜生物反应器法进行处理, 可以使出水达到部分回用水标准。

处理成本为
0. 76元/t。

3结 论
(1) 新型混凝剂对印染废水的处理具有广谱性, 能适应不同印染废水成分的变化。

(2) 新型混凝剂能使印染废水的COD Cr去除率平均达到75. 1% , 色度去除率高达97. 6%。

(3) 采用混凝2膜生物反应器相结合的处理技术, 印染废水出水COD Cr低于50 m g/L , 去除率达96. 2%。

浊度低于5 度, 无色无异味, 使得印染废水达到部分回用水标准。

(4) 新型混凝剂能重复使用而泥量基本不增加, 并经再生后可长时间重复使用, 实现混凝无污泥排放。

(5) 一步混凝能使印染废水达到国家污水排放标准, 处理成本为0. 31 元/ t, 混凝2膜生物反应器处理成本为0. 76 元/ t。