印染廢水集中處理廠的工藝選擇與設(shè)計(jì)參數(shù)
摘要：廢水中的有機(jī)物分為可生物降解與不可生物降解兩類。在可生物降解有機(jī)物中，又有易生物降解、慢速生物降解和難生物降解之分。印染廢水可生化處理性較差的主要原因是慢速生物降解有機(jī)物和難生物降解有機(jī)物所占比例較高。
1污水處理廠的水量、水質(zhì)
浙江省某污水處理廠一期(近期)工程建設(shè)規(guī)模為20×10~4m3/d，其中95%以上的污水為印染行業(yè)污水。污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)見(jiàn)表1。
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為了解該污水處理廠的進(jìn)水水質(zhì)特性，以確定合理適用的處理工藝，在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)取自一期截污工程污水收集系統(tǒng)的現(xiàn)狀污水進(jìn)行了化學(xué)分析和可生化處理性試驗(yàn)測(cè)定。
原污水水質(zhì)測(cè)定結(jié)果表明，BOD5/COD約為0.26，可生化性尚可。試驗(yàn)結(jié)果還表明，單純采用長(zhǎng)停留時(shí)間的好氧處理，COD有可能達(dá)標(biāo)，但不穩(wěn)定，去除率一般在85%左右，對(duì)色度的去除率低，約50%，難以達(dá)標(biāo)；采用混凝沉淀(氣浮)法處理，脫色和COD去除效果均不理想；通過(guò)厭氧處理與好氧處理相結(jié)合，COD去除率可提高到93%，色度去除率可提高到62%，出水水質(zhì)滿足要求。
2工藝選擇的主要考慮因素
廢水中的有機(jī)物分為可生物降解與不可生物降解兩類。在可生物降解有機(jī)物中，又有易生物降解、慢速生物降解和難生物降解之分。印染廢水可生化處理性較差的主要原因是慢速生物降解有機(jī)物和難生物降解有機(jī)物所占比例較高。
一般好氧生物處理對(duì)色度和難降解有機(jī)物的去除率不高，這是因?yàn)槟承┤玖、中間產(chǎn)物和添加劑在單純的好氧條件下分子結(jié)構(gòu)很難破壞，生物降解半衰期很長(zhǎng)；投加化學(xué)藥劑和生物曝氣法相結(jié)合能增強(qiáng)其對(duì)色度和難降解有機(jī)物的去除能力，但運(yùn)行費(fèi)用依然較高。
厭氧生物處理的主要作用是使印染廢水中的難降解有機(jī)物及其發(fā)色基團(tuán)解體、被取代或裂解(降解)，從而降低廢水的色度，改善可生化處理性。即使不能直接降低色度，由于分子結(jié)構(gòu)或發(fā)色基團(tuán)已發(fā)生改變，也可使其在好氧條件下容易被降解并脫色。另外，通過(guò)選育、馴化和投加優(yōu)良脫色菌也能提高色度的去除率。
在污水生物處理系統(tǒng)中，一種有機(jī)物能否得到降解以及降解率高低取決于系統(tǒng)內(nèi)是否存在相應(yīng)的能夠降解該有機(jī)物的微生物及其數(shù)量。而系統(tǒng)中相應(yīng)微生物的存在與否及數(shù)量取決于系統(tǒng)的固體停留時(shí)間(泥θc)及微生物的比生長(zhǎng)速率μi。如果處理系統(tǒng)的θc/μi<1，則該有機(jī)物在處理系統(tǒng)中得不到降解。θc/μi越大，該有機(jī)物的降解率越高。在污水處理系統(tǒng)的進(jìn)水中存在多種有機(jī)物，其對(duì)應(yīng)的降解微生物的比生長(zhǎng)速率和降解速率也不同。
長(zhǎng)泥齡的延時(shí)曝氣系統(tǒng)正是利用上述原理，使活性污泥微生物生態(tài)系統(tǒng)具有生物種類多、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，強(qiáng)化慢速和難生物降解有機(jī)物的去除，從而提高COD和色度的去除率。
通過(guò)往曝氣池中投加鋁鹽、鐵鹽或粉末活性炭的方法可提高曝氣池對(duì)有機(jī)物特別是對(duì)難降解有機(jī)物的去除率。其原理一是絮凝作用，既提高曝氣池的污泥濃度和生物滯留性能，又提高了生物種群的多樣性；二是吸附作用，直接吸附部分難降解有機(jī)物。
但對(duì)投加鐵鹽來(lái)說(shuō)，除絮凝作用外，還有增強(qiáng)污泥活性的作用(能提高污泥中的微生物對(duì)有機(jī)物的降解速率)以及可能轉(zhuǎn)化部分難降解有機(jī)物的作用。
試驗(yàn)結(jié)果表明，生物鐵法用于處理難生物降解的印染廢水，有機(jī)物去除率高于普通活性污泥法，COD去除率提高10%～15%，并且因其MLSS高而具有良好的抗沖擊負(fù)荷能力，其剩余污泥沉降性能好、含水率低、便于處理。從經(jīng)濟(jì)和處理效果上考慮，投加鐵鹽的生物鐵法是首選。
3工藝流程的確定
3.1水質(zhì)水量的均衡調(diào)節(jié)
該污水處理廠集中處理70多家印染廠排放廢水，水質(zhì)非常復(fù)雜，但緩解了水量水質(zhì)的波動(dòng)。特別是污水處理廠的進(jìn)水來(lái)自管網(wǎng)系統(tǒng)的8級(jí)加壓泵站，各泵站均設(shè)有調(diào)節(jié)池，根據(jù)最后一級(jí)泵站連續(xù)10d的水量監(jiān)測(cè)結(jié)果，每小時(shí)的出流量沒(méi)有大的波動(dòng)，因此污水處理廠不設(shè)調(diào)節(jié)池，僅設(shè)置一穩(wěn)壓井。
3.2PH值的調(diào)節(jié)
活性污泥處理工藝最有效和正常運(yùn)行的pH值操作范圍為6.5～8.5。在活性污泥微生物中，厭氧菌比好氧菌對(duì)pH值有更強(qiáng)的耐受力，特別是對(duì)高pH值的污水，厭氧菌經(jīng)一段時(shí)間培養(yǎng)馴化后能夠適應(yīng)。在厭氧生物過(guò)程中，由微生物呼吸作用而產(chǎn)生的二氧化碳將會(huì)與氫氧根離子發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生碳酸氫根離子，厭氧反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸也能中和部分氫氧根離子，從而使處理系統(tǒng)的pH值緩沖到8.0左右。
對(duì)該處理廠進(jìn)水的試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，處理工藝流程中的厭氧池對(duì)pH值確有很大的調(diào)節(jié)作用，不需要設(shè)置連續(xù)加酸調(diào)節(jié)pH值的裝置，但啟動(dòng)期需要對(duì)pH值作必要的調(diào)節(jié)。
3.3推薦處理工藝流程
推薦處理工藝流程如圖1所示。
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4設(shè)計(jì)要點(diǎn)
4.1進(jìn)水和預(yù)處理段
為了充分利用已有污水收集管網(wǎng)和泵站的能力，減少污水處理廠的能耗，處理廠內(nèi)不設(shè)泵房，處理廠所需的水頭由加壓泵站提供。管網(wǎng)系統(tǒng)中數(shù)座泵站已經(jīng)設(shè)有調(diào)節(jié)池，因此處理廠內(nèi)不設(shè)水量均衡調(diào)節(jié)池、沉砂池和粗格柵，降低投資。設(shè)一穩(wěn)壓井以緩解進(jìn)水對(duì)處理系統(tǒng)的沖擊，并在進(jìn)水渠道中設(shè)立細(xì)格柵，去除漂浮物和粗大懸浮物。
4.2厭氧處理段
4.2.1厭氧處理工藝的選擇
經(jīng)過(guò)分析論證，推薦采用懸浮生長(zhǎng)型厭氧生物處理工藝，其特點(diǎn)是運(yùn)行靈活性好、處理效果穩(wěn)定可靠、適合大規(guī)模污水處理廠。
這里的厭氧從宏觀表現(xiàn)上來(lái)說(shuō)，與水解(酸化)相似，但所要控制的主要反應(yīng)過(guò)程和對(duì)象與水解(酸化)過(guò)程有所不同。水解(酸化)過(guò)程主要體現(xiàn)為慢速生物降解有機(jī)物的水解和快速生物降解有機(jī)物的酸化，最終電子受體主要為低分子有機(jī)酸。
在該工程中，厭氧處理的主要目的是通過(guò)水解和非水解作用實(shí)現(xiàn)難生物降解有機(jī)物的轉(zhuǎn)化，通過(guò)分子結(jié)構(gòu)改變(開(kāi)環(huán)、斷鍵、裂解、基團(tuán)取代、還原等)，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜難生物降解的有機(jī)物分子轉(zhuǎn)化成可慢速或快速生物降解的有機(jī)物，從而明顯改善污水的可生物處理性和脫色效果，使最終電子受體包括難生物降解有機(jī)物(分子結(jié)構(gòu)中的基團(tuán)或化學(xué)鍵)。
微生物的共代謝作用是近幾年的最新研究成果，當(dāng)存在或加入易降解物后，難降解的有機(jī)物可與易降解物構(gòu)成微生物的共代謝關(guān)系，從而提高脫色和有機(jī)物去除率。投加比例適當(dāng)時(shí)，像活性黑K—BR這種典型的生物難降解染料脫色的時(shí)間可縮短一半。共代謝的結(jié)果甚至可將部分難降解物在厭氧時(shí)也徹底分解。
慢速和快速生物降解有機(jī)物的水解酸化(發(fā)酵)過(guò)程有助于形成難降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化與水解所需的厭氧還原性環(huán)境，可提供剩余還原力(NADH+H+)和電子，使芳香族化合物為代表的難降解有機(jī)物的可生物處理性得到明顯改善，這也是厭氧水解(酸化)能夠改善污水可生物處理性的本質(zhì)原因之一。
在實(shí)際應(yīng)用上的另一個(gè)重要問(wèn)題是盡量提高反應(yīng)器中活性生物濃度、加長(zhǎng)污泥泥齡和改善微生物的滯留能力，厭氧活性污泥與生物膜兩種生物處理法的結(jié)合可較好地完成這一作用。
4.2.2厭氧池的設(shè)計(jì)考慮
整個(gè)厭氧處理工段包括厭氧池、沉淀池及污泥回流系統(tǒng)。厭氧池分格，內(nèi)設(shè)有攪拌器，使生物量與污染物充分接觸并維持生物量的懸浮。因生物膜法填料價(jià)格較高，不宜在大型污水廠中應(yīng)用，故僅中間一格(約占厭氧池體積的20%～30%)裝填自由擺動(dòng)彈性立體填料，提高生物量；池的最后一格設(shè)計(jì)成短時(shí)(水力停留時(shí)間約1h)曝氣區(qū)。試驗(yàn)證明，呈分散狀態(tài)的厭氧污泥經(jīng)短時(shí)間曝氣后能有效地改善厭氧活性污泥的絮凝和沉降性能，減少污泥流失。
在設(shè)計(jì)中，還設(shè)置回流設(shè)施，將好氧段的一部分剩余污泥送到厭氧區(qū)，增加厭氧區(qū)易生物降解有機(jī)物的產(chǎn)生能力，以進(jìn)一步促進(jìn)厭氧區(qū)的生物共代謝作用和厭氧還原作用。
4.3好氧處理段
好氧段的主要作用是氧化分解厭氧反應(yīng)后的產(chǎn)物，包括轉(zhuǎn)化成較易降解的分子較小的有機(jī)物。例如，芳香族化合物的完全氧化、完成脫色和COD的去除。染料主要靠其發(fā)色基團(tuán)產(chǎn)生各種顏色，某些在厭氧時(shí)未能脫去的發(fā)色基團(tuán)在好氧段可進(jìn)一步被去除。
由于厭氧段的主要作用在于有機(jī)物的轉(zhuǎn)化，按COD度量的去除率并不高，這就使好氧段的進(jìn)水COD濃度依然很高，如果直接采用延時(shí)曝氣系統(tǒng)，則所需的曝氣池池容很大，工程投資和運(yùn)行費(fèi)用會(huì)明顯增加。
因此，好氧工段采用兩段法工藝，即第一好氧段采用中負(fù)荷，第二好氧段采用低負(fù)荷的延時(shí)曝氣系統(tǒng)，以達(dá)到提高COD、色度去除率和降低工程投資與運(yùn)行費(fèi)用的目的。經(jīng)濟(jì)分析表明，好氧段采用兩段法要比一段法節(jié)省投資5000萬(wàn)元左右，并在處理效果的穩(wěn)定可靠、運(yùn)行調(diào)節(jié)的靈活方便、抗沖擊負(fù)荷的能力等方面更有保證。
為防止由于絲狀菌的過(guò)量繁殖而造成的污泥膨脹，一段好氧池(好氧池Ⅰ)采用分格推流式設(shè)計(jì)。
在二段好氧池中，增加生物鐵法作為備用(投加硫酸亞鐵或氫氧化鐵)，起增強(qiáng)微生物滯留能力和處理效果的作用。當(dāng)進(jìn)水水質(zhì)發(fā)生變化，或污水處理廠所承擔(dān)的污染負(fù)荷高于設(shè)計(jì)負(fù)荷時(shí)，在不需改動(dòng)原有設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，向好氧池中投加鐵鹽。由于鐵鹽對(duì)活性污泥的絮凝和催化作用，可提高有機(jī)物特別是難降解有機(jī)物的色度去除率。
4.4沉淀池
對(duì)沉淀池出水懸浮物的控制是保證出水標(biāo)準(zhǔn)排放的關(guān)鍵因素之一。在該處理廠設(shè)計(jì)方案中，對(duì)傳統(tǒng)輻流式沉淀池的出水堰進(jìn)行改進(jìn)，在出水堰底部增設(shè)擋板，該擋板可引導(dǎo)上向懸浮固體遠(yuǎn)離出水堰板處，有效防止出水帶走懸浮污泥，以保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放。
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