不完全厌氧技术用于棉针织印染废水处理的应用研究 7页

不完全厌氧技术用于棉针织印染废水处理的应用研究*国家水体污染控制与治理科技重大专项2008ZX07313-005周律李涛杨海军白滨（清华大学环境学院，北京100084）摘要：通过不完全厌氧完全混合反应器(HCSTR)和不完全厌氧移动床反应器(HMBBR)的中试装置的连续运行，对棉针织印染废水不完全厌氧生物预处理工艺进行了研究，探讨了工艺条件对废水处理效果的影响。根据试验结果，设计完成了集反应-分离为一体的不完全厌氧反应器，处理规模为2000m3/d。运行的结果表明，各项指标到达设计要求。与现有混凝沉淀预处理工艺相比，不完全厌氧预处理技术运行成本下降60%，污泥产量下降75%，出水的生化性提高，BOD5/CODCr为0.35。关键词:不完全厌氧预处理棉针织印染废水中试研究生产应用1.引言棉针织印染废水具有水质变化大、高CODCr、高色度、高盐度、可生化性差等特点，是难处理工业废水之一[1]。不完全厌氧过程是废水生物厌氧处理过程的一个阶段，具有一定的COD转化能力[2]。采用不完全厌氧方法可提高印染废水的可生化性，有利于后续的好氧处理[3]。不完全厌氧处理过程要求无氧的条件，同时为保障生物反应的效果，必须保障反应过程有较好的传质条件。但目前，类似的不完全厌氧处理单元实际使用中，常采用水力配水提供传质手段[4、5]，还有采用曝气进行搅拌以提高传质效果[6]，这两种方式从混合强度和保持厌氧条件分析，都有缺陷[7]。针对目前不完全厌氧处理过程存在的问题，本研究对不完全厌氧完全混合反应器(HydrolyticContinuousStirredTankReactor,HCSTR)和不完全厌氧移动床反应器(HydrolyticMovingBedBiofilmReactor,HMBBR)进行试验研究，分析比较它们对印染废水处理的预效果，并在此基础上，完成生产规模的不完全厌氧预处理反应器设计和实际运行，取得了比较好的处理效果。2.材料和方法2.1棉针织废水水质棉针织企业废水组成复杂，废水中难生物降解有机质主要来自前处理废水和染色废水，前处理废水中有机质主要来自棉织物前处理后的各类天然高分子杂质；而染色废水中有机质主要由可溶性活性染料和不溶性分散染料构成，COD贡献相对较低，企业废水水质特征如表1所示。此外，废水中含有大量的残余染化助剂、碱类和无机盐，以及微量的有毒物质，对印染废水生物处理效果有重要影响。由于实际废水水质变化大，试验采用部分自配水，将工厂实际前处理废水（组成比较稳定）与染化料按工艺处方混合配制，电导率维持在4500μS/cm，试验水质如表2。-7-n表1棉针织印染废水水质特征废水构成杂质组成水量CODCr贡献BOD5/CODCr色度贡献前处理废水果胶、纤维素、短纤维、棉原坯布杂质等30%～36%65%～70%0.12～0.1814%～20%染色废水活性染料、助剂50%～60%20%～30%0.07～0.0958%～66%分散染料、助剂8%～10%4%～5%0.01以下20%～22%表2试验用废水水质废水温度（℃）pH色度（倍）SS（mg/L）CODCr（mg/L）BOD5（mg/L）典型实际废水40±28.5±0.5900±100200±201000±200150±30模拟废水36±28.0±0.2920±50160±201050±50120±202.2试验装置不完全厌氧在两个有效容积为45.5L的不完全厌氧完全混合反应器(HCSTR)和不完全厌氧移动床反应器(HMBBR)中进行，后续均设各自独立的固液分离和污泥回流系统。废水中加入适当的营养盐后连续进水。水质分析均采用文献所提供的方法[8]。2.3污泥接种、培养及启动接种污泥取自当地污水厂酸化池池底污泥，控制反应器中的MLSS=3500mg/L，采用逐渐减量添加工业用葡萄糖，控制水力停留时间从24h向16h过渡。HMBBR选用聚乙烯圆形蜂窝填料，总表面积约为500m2/m3，密度约0.95g/cm3，投料比40%。启动近1各月，当反应器CODCr的去除率保持在40％左右，酸化污泥保持在3.2g·MLSS/L～3.5g·MLSS/L，启动成功。3.结果与讨论3.1HRT对不完全厌氧处理的效果影响分别控制水力停留时间(HRT)为16、12、8、6、4小时，每次均待不完全厌氧完全反应器稳态运行后进行分析项目的测定，每组HRT分析持续3周，阶段结果取平均值，列于表3～表7。表3HRT=4h的处理结果反应器类型BOD5/CODCr酸化率[9]（%）脱色率（%）出水pHCODCr去除率（%）MLSS（mg/L）HCSTR0.22±0.0419.4±0.530±57.4±0.130±23.4±0.2HMBBR0.24±0.0422.0±0.530±57.4±0.133±23.2±0.2表4HRT=6h的处理结果反应器类型BOD5/CODCr酸化率（%）脱色率（%）出水pHCODCr去除率（%）MLSS（mg/L）HCSTR0.25±0.0427.4±0.530±57.3±0.136±23.5±0.2-7-nHMBBR0.24±0.0430.0±0.530±57.2±0.136±23.3±0.2表5HRT=8h的处理结果反应器类型BOD5/CODCr酸化率（%）脱色率（%）出水pHCODCr去除率（%）MLSS（mg/L）HCSTR0.24±0.0428.1±0.535±57.2±0.141±23.6±0.2HMBBR0.25±0.0429.1±0.535±57.3±0.142±23.4±0.2-7-n表6HRT=12h的处理结果反应器类型BOD5/CODCr酸化率（%）脱色率（%）出水pHCODCr去除率（%）MLSS（mg/L）HCSTR0.36±0.0230.2±0.540±57.2±0.146±25.2±0.2HMBBR0.32±0.0231.8±0.540±57.2±0.147±23.5±0.2表7HRT=16h的处理结果反应器类型BOD5/CODCr酸化率（%）脱色率（%）出水pHCODCr去除率（%）MLSS（mg/L）HCSTR0.32±0.0425.5±0.545±57.4±0.154±24.6±0.4HMBBR0.31±0.0426.2±0.545±57.5±0.152±23.2±0.4通过比较各阶段平均数据可知，不完全厌氧过程对CODCr和色度有一定的去除，CODCr去除在30%～50%之间，而色度去除在30%～40%之间，去除率都随着HRT增加而增大；BOD5/CODCr值随着HRT增加先增大而后减少，最佳值都出现在HRT=12h时，比较废水水质，BOD5/CODCr值从0.12增加到0.37～0.39；酸化率和出水pH值呈现相同变化，但与BOD5/CODCr值不同的是HRT在6h到12h之间时，酸化率和出水pH值变化不明显，保持在30%和7.2左右。最佳HRT确定方法比较：单纯依据最低pH和最大酸化率的方法来确定不完全厌氧最佳HRT显然不准确，HRT在6h～12h之间，是个范围；依据最佳BOD5/CODCr值可确定最佳HRT=12h；而从不完全厌氧的处理效果考虑，当HRT=16h时，色度和CODCr去除效果最好。因此，在通过改变HRT进行不完全厌氧试验研究时，很难依靠单参数确定最佳HRT。3.2反应器最佳HRT分别将上面各阶段稳定出水经进行好氧处理，对不完全厌氧结合好氧过程的处理效果进行分析，可得出不完全厌氧过程的最佳HRT。好氧处理试验采用SBR反应器，好氧过程在相同条件下运行，系统内污泥维持在2.5g·MLSS/L～2.8g·MLSS/L。各工序时间为：进水同时曝气5h，沉淀2h，出水1h，充放比60%。不完全厌氧和好氧SBR的联合处理效果如图1所示。从图1可以看出，不完全厌氧HRT在6h～16h之间时，不完全厌氧+好氧工艺对总CODCr的去除率很高，维持在82%～86%之间，其中不完全厌氧过程对总CODCr去除贡献随着HRT的增大而增大，从30%上升到50%，而好氧对CODCr去除的贡献随着HRT增大而下降，从40%下降到25%。当HRT=4h时，总CODCr去除率有下降，HCSTR下降明显，总CODCr去除率65%，而HMBBR对总CODCr去除接近75%，处理效果要好于HCSTR。-7-n图1不完全厌氧联合好氧工艺对CODCr去除效果在达到处理目标基础上，工程控制要尽量缩短HRT。因此，对于HCSTR和HMBBR，分别选择6h和4h作为不完全厌氧最佳HRT，这与最佳效果法确定的HRT=16h，酸化率最大法和BOD5/CODCr值最大法确定的HRT=12h比较，HRT值小很多。3.3反应器运行稳定性确定HCSTR和HMBBR的HRT分别是6h和4h，其它控制参数如前。连续运行近2各月，两反应器出水CODCr随运行时间的变化如图2所示。HMBBR和HCSTR有相近的CODCr去除效果，且随进水水质变化而变化，总体HMBBR的抗负荷冲击能力略好于HCSTR反应器。图2HMBBR和HCSTR进出水CODCr随时间变化图3HMBBR和HCSTR出水酸化率随运行时间变化HMBBR和HCSTR的出水酸化率随运行时间变化如图3所示。从图3可知，酸化率随运行时间延长有逐渐增加趋势，而HMBBR的酸化率更稳定。试验证明，对于采用HMBBR和HCSTR反应器进行不完全厌氧，HRT分别控制在4h和6h，反应器的CODCr去除率基本维持在30%左右，酸化率维持在27%左右。比较两种反应器，HMBBR的CODCr去除率和色度去除率、酸化率和BOD5/CODCr比值都比HCSTR稳定，在HRT大于8h时，处理能力略低于HCSTR；当在短HRT时，其稳定性和处理能力要优于HCSTR，这与反应器的流体力学性能、传质效果等有关，有待深入研究。4.生产应用及效果针对中试研究的结果，由于HCSTR和HMBBR两者的功效差别不大，且采用HCSTR可以节约填料。因此生产性装置采用HCSTR反应器类型。考虑减小占地、降低造价，生产应用中采用反应-沉淀于一体的不完全厌氧反应器。-7-n一体化不完全厌氧反应器需要解决三个关键环节：1）在一个反应器内实现不完全厌氧生化反应与泥水分离，两者之间的相互干扰尽量小；2）不完全厌氧生化反应需要充分的泥-水混合；3）维持较高的污泥浓度。设计的主要工艺参数如下：设计处理水量为2000m3/d；设计进水CODCr为1000mg/L；回流比不低于100%；MLSS不低于4.0g/L；设计总水力停留时间不小于8h，其中反应时间6h，废水在分离区的沉淀时间为2h；单方水的搅拌功率大于5W/(m3·h)。图4为不完全厌氧反应器运行期间对CODCr、色度、SS的去除效果，其中CODCr的平均去除率为30%，色度平均去除率为52%，SS的去除率为63%。与现有混凝沉淀预处理工艺相比，不完全厌氧预处理技术运行成本下降60%，污泥产量下降75%，出水生化性得到提高BOD5/CODCr值从最初的0.12上升到0.35以上，。（a）CODCr处理效果（b）色度处理效果（c）SS处理效果图4生产装置一体式不完全厌氧反应器处理效果5.结论HRT是连续流反应器不完全厌氧过程的关键控制参数之一，通过不完全厌氧+SBR好氧试验，确定HCSTR和HMBBR反应器的最佳HRT分别是6h和4h；废水经两阶段处理，总CODCr去除达到82%～86%，色度65%～75%，SS去除75%～80%。连续试验结果表明，对于棉针织印染废水不完全厌氧过程，HCSTR最适宜控制参数：HRT=6h、温度32±5℃、初始pH=8.0±5、半连续搅拌，污泥回流比100%；HMBBR最适宜控制参数，HRT=4h、温度32±5℃、初始pH=8.0±5、连续搅拌，污泥回流比200%；两个不完全厌氧反应器能够在各自最佳HRT条件下可稳定运行，处理效果基本相同，CODCr去除率维持在30%，色度去除30%，BOD5/CODCr值大于0.35，酸化率=0.30，但HMBBR比HCSTR运行稳定性更好。根据中试研究成果，完成了2000m3/d规模的一体化装置设计和运行，建成后的结果表明处理效果达到预期的要求，与现有混凝沉淀预处理工艺相比，经济性较好。参考文献[1]奚旦立;马春燕.印染废水的分类、组成及性质.印染.2010,14,51-53.[2]田猛;周律.城市污水的不完全厌氧过程工艺分析.环境工程.2003,21(6),27-30.[3]杨虹;李道棠;朱章玉.不完全厌氧—好氧同反应器工艺处理印染废水的研究.上海环境科学.1998,17(12),31-32.[4]徐灏龙;白俊跃;王付超等.升流式复合水解酸化工艺处理印染废水.环境工程-7-n.2009,27(S1),617-619[5]彭永臻;王建龙;王淑莹等.污水复合式厌氧水解酸化预处理试验研究.北京工业大学学报.2008,34(1),80-84.[6]庞春虎;许新芳;范喜频.生物制药和糖业废水处理工程改造.工业水处理.2010,30(2),68-70.[7]田猛;周律.HSBR反应器处理生活污水的试验研究.给水排水.2004,30(1),40-42.[8]国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法(第四版)(增补版).北京:中国环境科学出版社,2002.[9]王宝泉;方正.厌氧酸化法的启动及控制因素的探讨.西安建筑科技大学学报,1997,29(2),142-146.-7-