曝气生物滤池—纳滤深度处理印染废水的研究
目前,国内对印染废水的处理仍以常规工艺为主,处理对象主要为SS、COD和色度;较成熟的印染废水再生回用工艺尚不多见,其主要困难在于对低浓度、难降解有机物和无机盐的去除。
曝气生物滤池(BAF)可用于处理低悬浮物浓度和低浓度、难降解有机废水;纳滤(NF)是使水溶液中的某些组分在压力的推动下选择性地透过半透膜的一种分离技术。笔者以某印染厂废水处理站排放口出水为原水,采用曝气生物滤池—纳滤工艺进行了印染废水再生回用处理研究。
1 试验部分
1.1 试验背景
广东某大型针织印染厂使用的染料以活性染料为主,偶尔使用硫化染料;其印染废水主要来自针织棉染色、漂洗等工艺单元。该厂原废水处理站的排放量约为1 ×104 m3 /d,采用混凝沉淀处理工艺,其中阳离子型季胺盐混凝剂的投加量为120 mg/L,阴离子型聚丙烯酰胺的投加量约为1 mg/L,出水基本达到国家排放标准。现在厂方希望能实现废水回用,但目前我国对印染工业废水的再生回用水质尚无标准,根据厂方建议并参考国内外资料,提出了本试验的再生回用水水质。试验以该印染厂废水处理站排放口出水为原水,排放口出水的水质情况及再生回用水的水质如表1所示。
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1.2 工艺流程
试验的工艺流程见图1。
曝气生物滤池的设计流量为0. 5 m3 /h, 反应器的长和宽均为0. 7 m, 高为3. 2 m, 水力停留时间约为2 h; 滤料选用粒径为2~ 5 mm 的陶粒, 气水比为3 ：1。纳滤系统的预处理采用混凝沉淀加机械过滤工艺, 混凝剂选用PAC ( 80 ~ 100 mg /L )和PAM (约1mg /L) , 同时投加; 机械搅拌机的转速为80 r/min,反应时间为20m in; 沉淀池采用多斗式静压排泥平流沉淀池, 池体为钢板结构, 总高度为1. 2 m, 宽为0. 4 m, 长为1. 5 m, 当流量为0. 5 m3 /h 时, 沉淀池的表面负荷为1.0 m3/( m2·h)。机械过滤器的滤速≤10m /h, 滤料采用直径为1~ 3 mm的精选石英砂。保安过滤采用DJ型PE 微孔过滤器, 过滤精度为5μm。膜组件采用美国TriSepTM公司的特种纳滤膜, 型号及主要性能见表2。试验采用连续进水, 在各单元之间设取样口。
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纳滤系统的初始运行条件: 进水流量约为16. 7L/min, 进水压力为0. 92MPa; 浓水流量为14. 2 L/min,浓水压力为0. 92MPa; 产水流量为2. 5 L /m in, 初始水回收率约为15%。
1.3 分析方法
色度、pH值、COD、SS、硬度和无机盐等指标均参照《水和废水监测分析方法》(第4版)中的标准方法进行测定;金属阳离子采用火焰原子吸收法测定。
2 结果与讨论
2.1 曝气生物滤池对COD的去除效果
BAF的接种污泥取自某污水处理厂的二沉池污泥。运行约1个月后,系统对COD的去除率趋于稳定,镜检观察反冲洗时带出的污泥,发现污泥中的生物相较为丰富,有累枝虫、钟虫、纤毛虫和轮虫等,认为生物膜已基本成熟,填料挂膜成功。曝气生物滤池稳定运行后,其进水水力负荷与COD去除率的关系如表3所示。
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由表3 可知, 水力负荷升高, BAF 去除COD的能力下降。水力负荷为1. 02 m3/(m2·h)时, BAF对COD的去除率为31. 4% 。在后续的试验中, 所采用的水力负荷均为1. 02m3 / (m2·h)。
2.2 预处理系统的处理效果
纳滤的预处理工艺对浊度具有良好的去除效果,在进水平均浊度为5. 8 NTU 的情况下,出水平均浊度达到了1. 64 NTU,平均去除率为71. 7%。经过预处理后, 出水的SD I值为3. 5 ～4. 8, 平均为4. 1。预处理出水经保安过滤器过滤后,可基本满足纳滤膜进水的水质要求。但试验中发现,精密过滤器的污染情况较为严重,一般10～12 d需更换1次滤芯。
2.3 纳滤系统的处理效果
2.3.1 水回收率随时间的变化
初始时的进水压力为0. 92MPa,膜通量约为19L/(m2·h) ,系统的初始水回收率约为15%。纳滤膜系统的水回收率随运行时间的变化如图2所示。
由图2可见, 随着运行时间的延长, 纳滤系统的水回收率不断下降, 在系统运行的前8 d, 水回收率从15%下降到11. 34% , 下降速度较快; 系统运行至28 d时, 水回收率已降到9. 96%。这表明纳滤系统的膜污染已较严重, 需进行化学清洗。化学清洗后纳滤系统在相同的操作条件下, 水回收率恢复至14. 1% , 为运行初期的94. 0% 。
2.3.2 压力差随时间的变化
压力差是进水压力与浓水压力之间的差值,即进水流经膜元件的压力降低值。在连续流下,如果压力差增加,则意味着膜孔的堵塞加剧。试验中纳滤膜系统的压力差随运行时间的变化见图3。
由图3可见, 纳滤系统的压力差随运行时间的延长而不断上升。在系统运行的前8 d, 压力差从零上升到0. 052MPa, 上升速度较快。系统运行至28d时, 压力差上升至0. 11MPa。可见, 系统压力差的上升与水回收率的下降存在一定的对应关系。
2.3.3 脱盐率随时间的变化
纳滤系统的脱盐率随时间的变化如图4所示。
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由图4可知, 当进水TDS为3 750~4 280mg /L时, 纳滤系统的脱盐率为95. 4%~96. 6% , 平均为96. 1%。另外, 试验中发现化学清洗前纳滤系统的脱盐率约为96. 12% , 清洗后为96. 06%, 可见清洗前、后纳滤系统的脱盐率没有明显变化, 表明该膜的性质较稳定。
2.4 各单元出水水质情况
各单元的出水水质指标的平均值见表4。
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从表4可以看出,经该工艺处理后出水中二价以上的离子均未检出,一方面表明纳滤系统对二价以上的离子具有很高的去除率,另一方面也可能与进水的二价离子浓度较低有关。经组合工艺处理后出水中各主要水质指标均满足设计的回用水水质要求。
3 结论
① 以某大型印染厂废水处理站排放口出水为原水,采用曝气生物滤池—纳滤工艺进行印染废水的再生回用处理,结果表明,曝气生物滤池对原水具有较好的处理效果,在水力负荷为1.02 m3/(m2·h)时,其对COD的去除率为31. 4%。
② 纳滤系统的预处理工艺采用混凝沉淀加机械过滤工艺,对浊度的平均去除率为71.7% ,出水平均浊度为1.64 NTU;出水SD I值平均为4.1;预处理工艺出水经保安过滤器过滤后可基本满足纳滤膜进水水质要求。
③ 纳滤系统的水回收率随运行时间的延长而下降;压力差则随运行时间的延长而上升; 在进水TDS为3750～4280 mg/L时,纳滤系统的脱盐率为95.4%～96.6% ,平均为96.1%。系统运行28d时进行化学清洗,清洗后的水回收率可恢复至运行初期的94%;清洗前、后其脱盐率没有明显变化。
④ 组合工艺的出水水质可满足设计的回用水质要求,处理效果较为稳定。
参考文献:
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