印染廢水相比城鎮污水呈現高色度、高有機氮、高COD等特點(diǎn)?,F行印染廢水直接排放標準中COD、色度、懸浮物、氨氮、總氮、總磷的限值分別為80 mg/L、50倍、50 mg/L 、10 mg/L 、15 mg/L 、0.5 mg/L
1. 試驗部分
1.1 材料與儀器
試驗所用印染廢水取自中山市某印染廢水處理廠(chǎng)調節池,經(jīng)水解酸化預處理之后做為缺氧/好氧交替式SBR的進(jìn)水,具體水質(zhì)指標為:COD725±25 mg/L、總氮36.5±2 mg/L、總磷3.4±0.2 mg/L、氨氮19.5±1 mg/L、色度120±20倍、苯胺1.3±0.2 mg/L、懸浮物268±30 mg/L。
化學(xué)除磷燒杯試驗用水為缺氧/好氧交替式SBR(未投加除磷劑)出水,具體水質(zhì)指標為:COD100 mg/L、總氮13.5 mg/L、總磷2.7 mg/L、氨氮小于0.1 mg/L、色度55倍、苯胺0.45 mg/L、懸浮物31 mg/L,其中總磷、COD、色度未達到印染廢水直接排放標準。
FA2104AS電子天平;ST40全自動(dòng)消解儀;Gl54DWS高壓蒸汽滅菌鍋;島津UV-2550紫外-可見(jiàn)分光光度計;MS-H-ProT磁力攪拌器;島津RF-6000熒光分光光度計。
1.2 試驗裝置及運行方法
本研究采用的缺氧/好氧交替式SBR試驗裝置見(jiàn)圖1(a),主要由機械攪拌反應器、曝氣系統、進(jìn)出水系統構成。反應器有效容積為2 L,每個(gè)周期進(jìn)、出水各1 L,pH為7~8、攪拌速度為150 r/min、溫度為室溫(25~30℃)、SRT為15 d。周期運行模式為進(jìn)水8 min、反應12 h、沉淀40 min、排水2 min、待機10 min。反應過(guò)程中,通過(guò)鼓風(fēng)機間歇曝氣使反應器中呈現缺氧段(3h)→好氧段(3h)→第二缺氧段(3h)→第二好氧段(3h)的缺氧和好氧交替狀態(tài)。采用分段進(jìn)水方式,即分別在和第二缺氧段初期進(jìn)水,進(jìn)水的分配比為800mL: 200mL。同步化學(xué)除磷試驗時(shí),混凝劑在反應時(shí)間(即第二好氧段)結束前15 min投加至SBR內。
本研究采用的化學(xué)除磷燒杯試驗裝置見(jiàn)圖1(b),通過(guò)磁力攪拌器和轉子攪拌使投入燒杯中的混凝劑和廢水充分混合。每個(gè)投加量試驗的用水量為200mL,廢水中投加相應濃度的混凝劑后,先在500 r/min下快速攪拌5 min,再調至200 r/min緩慢攪拌10 min,較后停止攪拌、靜置沉淀?;炷齽┻x用含鐵量為21%的聚合硫酸鐵和含鋁量為13.8%的聚合氯化鋁。兩種混凝劑的投加量按照式(1)~(3)計算。兩種混凝劑的投加量見(jiàn)表1。
C1= C2-C3 (1)
C4=N1×M1/ M3×C1÷21% (2)
C5=N2×M2/ M3×C1÷13.8% (3)
式中:C1為需要除去的總磷含量(mg/L);C2為廢水中的總磷含量(mg/L);C3為印染廢水總磷直接排放標準(0.5 mg/L);C4為聚合硫酸鐵投加濃度(mg/L);C5為聚合氯化鋁投加濃度(mg/L);N1為聚合硫酸鐵投加摩爾比;N2為聚合氯化鋁投加摩爾比;M1為鐵的相對原子質(zhì)量(56)、M2為鋁的相對原子質(zhì)量(27)、M3為磷相對原子質(zhì)量(31)。
表1 燒杯試驗混凝劑投加量 導出到EXCEL
Tab.1 Dosage of coagulant in the beaker test
|
聚合硫酸鐵 |
|
聚合氯化鋁 |
||||||||||||
投加摩爾比 |
1.5 |
2 |
2.5 |
3 |
4 |
5 |
6 |
2.8 |
5.6 |
8.4 |
11.2 |
14 |
19.6 |
25.2 |
|
濃度(mg/L) |
28.4 |
37.9 |
47.3 |
56.8 |
75.7 |
94.6 |
113.5 |
|
38.9 |
77.8 |
116.7 |
155.6 |
194.5 |
272.3 |
350.1 |
1.3 分析方法
試驗期間常規水質(zhì)分析均采用標準方法
2. 結果與討論
2.1 化學(xué)除磷燒杯試驗效果
化學(xué)除磷燒杯試驗中投加聚合硫酸鐵的處理效果見(jiàn)圖2(a)。隨著(zhù)聚合硫酸鐵投加摩爾比的增加,燒杯中廢水上清液的總磷、COD、色度均呈逐漸下降的趨勢。當聚合硫酸鐵投加摩爾比達到6(濃度為113.5 mg/L)時(shí),燒杯中上清液的總磷、COD、色度分別為0.49 mg/L、73 mg/L、35倍,均達到印染廢水直接排放標準,相應去除率分別為81.9%、27%、36.4%。該結果與李光輝
化學(xué)除磷燒杯試驗中投加聚合氯化鋁的處理效果見(jiàn)圖2(b)。隨著(zhù)聚合氯化鋁投加摩爾比的增加,燒杯中廢水上清液的總磷、COD、色度均呈逐漸下降的趨勢。當聚合氯化鋁投加摩爾比達到25.2(濃度為350.1 mg/L)時(shí),燒杯中上清液的總磷、COD、色度分別為0.45 mg/L、60 mg/L、25倍,均達到印染廢水直接排放標準,相應去除率分別為83.3%、40%、54.5%。達到相同除磷效果時(shí),聚合氯化鋁投加量顯著(zhù)高于聚合硫酸鐵,這與李光輝
達到所需除磷效果時(shí)兩種混凝劑的投加摩爾比均顯著(zhù)高于設計規范推薦值1.5~3
2.2 缺氧/好氧交替式SBR結合同步化學(xué)除磷的處理效果
缺氧/好氧交替式SBR內投加聚合硫酸鐵的連續運行試驗中,總磷去除效果見(jiàn)圖3(a)。聚合硫酸鐵投加摩爾比為6時(shí),出水總磷達到印染廢水直接排放標準(<0.5 mg/L),出水平均總磷為0.42 mg/L,平均去除率為88%。當聚合硫酸鐵投加摩爾比降低為5時(shí),出水總磷小幅上升,很過(guò)印染廢水直接排放標準,出水平均總磷為0.73 mg/L,平均去除率為79.3%。燒杯試驗中,當聚合硫酸鐵投加摩爾比為6時(shí),上清液的總磷為0.49 mg/L,與SBR內投加等量聚合硫酸鐵的除磷效果基本一致,顯示燒杯試驗結果可以應用于SBR連續運行試驗。
缺氧/好氧交替式SBR內投加聚合硫酸鐵的連續運行試驗中,COD去除效果見(jiàn)圖3(b)。聚合硫酸鐵投加摩爾比為6時(shí),出水COD達到印染廢水直接排放標準(<80 mg/L),出水平均COD為77 mg/L,平均去除率為89.3%。與總磷變化趨勢一致,當聚合硫酸鐵投加摩爾比降低為5時(shí),出水COD小幅上升,除第7個(gè)周期外,其它周期出水均很過(guò)印染廢水直接排放標準,出水平均COD為85 mg/L,平均去除率為88.2%。
缺氧/好氧交替式SBR內投加聚合硫酸鐵的連續運行試驗中,色度去除效果見(jiàn)圖3(c)。聚合硫酸鐵投加摩爾比為6和5時(shí),出水色度均達到印染廢水直接排放標準(<50倍)。當聚合硫酸鐵投加摩爾比為6時(shí),出水平均色度為35倍,平均色度去除率為70.8%。與總磷變化趨勢一致,當聚合硫酸鐵投加摩爾比降為5時(shí),出水平均色度小幅上升至40倍,平均色度去除率降為66.7%。
未投加聚合硫酸鐵和投加聚合硫酸鐵的缺氧/好氧交替式SBR出水樣品的三維熒光檢測結果見(jiàn)圖4。圖中A區域為芳香蛋白類(lèi)物質(zhì)I、B區域為芳香蛋白類(lèi)物質(zhì)Ⅱ、C區域為富里酸類(lèi)物質(zhì)、D區域為溶解性微生物代謝產(chǎn)物、E區域為腐殖酸類(lèi)物質(zhì)。相對于未投加聚合硫酸鐵的缺氧/好氧交替式SBR出水,投加聚合硫酸鐵的缺氧/好氧交替式SBR出水中C區域的富里酸類(lèi)物質(zhì)和E區域的腐殖酸類(lèi)物質(zhì)的峰值明顯降低、B區域的芳香蛋白類(lèi)物質(zhì)的峰值小幅下降,這是由于聚合硫酸鐵的混凝作用去除了廢水中部分大分子富里酸、腐殖酸和芳香蛋白類(lèi)類(lèi)物質(zhì)所致,與前述聚合硫酸鐵可去除部分COD和/或色度物質(zhì)的試驗結果一致。,整體來(lái)看,富里酸類(lèi)、蛋白質(zhì)類(lèi)和腐殖酸類(lèi)有機物是SBR出水中的主要成分。
缺氧/好氧交替式SBR內投加聚合硫酸鐵的連續運行試驗中,聚合硫酸鐵投加摩爾比為6和5時(shí),總氮、氨氮、苯胺以及懸浮物的去除效果無(wú)明顯區別,且均達到印染廢水直接排放標準。在8個(gè)連續運行周期中,缺氧/好氧交替式SBR出水平均總氮為13.9 mg/L、總氮的平均去除率為61%,出水氨氮均小于0.1 mg/L、氨氮的去除率大于99%,出水平均苯胺為0.37 mg/L、苯胺的平均去除率為72.7%,出水平均懸浮物為19 mg/L、懸浮物的平均去除率為93%。與未投加混凝劑時(shí)缺氧/好氧交替式SBR出水的總氮(13.5 mg/L)、氨氮(小于0.1 mg/L)、苯胺(0.45 mg/L)、懸浮物(31 mg/L)相比,聚合硫酸鐵的投加沒(méi)有明顯影響缺氧/好氧交替式SBR對印染廢水中總氮、氨氮、苯胺的去除效果,懸浮物因聚合硫酸鐵的混凝作用下降了約12 mg/L。
3. 結論
(1)對處理印染廢水的缺氧/好氧交替式SBR出水(總磷2.7 mg/L、COD 100 mg/L、色度55倍)開(kāi)展化學(xué)除磷燒杯試驗。當聚合硫酸鐵投加摩爾比達到6(濃度為113.5 mg/L)時(shí),上清液的總磷(0.49 mg/L)、COD(73 mg/L)、色度(35倍)均達到印染廢水直接排放標準。當聚合氯化鋁的投加摩爾比達到25.2(濃度為350.1 mg/L)時(shí),上清液的總磷(0.45 mg/L)、COD(60 mg/L)、色度(25倍)均達到印染廢水直接排放標準。從節省藥劑成本和減少剩余污泥產(chǎn)量角度出發(fā),聚合硫酸鐵均優(yōu)于聚合氯化鋁。有機膠體(即部分COD和/或色度物質(zhì))隨化學(xué)除磷同步混凝去除是混凝劑投加摩爾比顯著(zhù)高于理論值的主要原因。
(2)缺氧/好氧交替式SBR內投加聚合硫酸鐵的連續運行試驗中,聚合硫酸鐵投加摩爾比為6時(shí),SBR出水的COD(77 mg/L)、氨氮(小于0.1 mg/L)、總氮(13.9 mg/L)、總磷(0.42 mg/L)、苯胺(0.37 mg/L)、色度(35倍)、懸浮物(19 mg/L)均達到印染廢水直接排放標準。當聚合硫酸鐵投加摩爾比降為5時(shí),SBR出水的COD、總磷、色度分別小幅升高至85 mg/L、0.73 mg/L、40倍,COD和總磷已很過(guò)印染廢水直接排放標準。連續運行與燒杯試驗呈現良好的一致性,顯示燒杯試驗可用于混凝劑及其投加量的篩選。投加聚合硫酸鐵能夠有效去除總磷、COD、色度以及懸浮物,同時(shí)對總氮、氨氮、苯胺的處理效果無(wú)明顯影響。三維熒光分析結果顯示混凝去除的有機物主要為大分子的富里酸、腐殖酸和芳香蛋白類(lèi)物質(zhì)。
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