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PU合成革廢水除氮處理工藝

中國(guó)污水處理工程網(wǎng) 時(shí)間:2015-5-18 8:21:02

污水處理技術(shù) | 匯聚全球環(huán)保力量,降低企業(yè)治污成本

PU 合成革廢水中含有DMF(二甲基甲酰胺),DMF 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,有毒性,化學(xué)式為(CH3)2NHCHO,DMF 在合成革生產(chǎn)上作為有機(jī)溶劑使用,生產(chǎn)過程中大量的DMF 進(jìn)入合成革廢水中。因此,對(duì)PU 合成革廢水的有效處理中必須考慮對(duì)DMF 的有效降解。而DMF 在生化等降解過程中,產(chǎn)物之一就是氨氮,因此,有效消除和降解氨氮將成為合成革廢水處理的難點(diǎn)之一。

目前,制革廢水除氮工藝方法主要有化學(xué)氧化法、離子交換法、化學(xué)沉淀法、吹脫法、膜法、生物法等,這些技術(shù)方法對(duì)制革廢水除氮都有一定的效果〔1, 2, 3, 4, 5, 6〕,但都普遍存在一些缺陷,如產(chǎn)生二次污染、運(yùn)行費(fèi)用高、排放廢水氨氮不能達(dá)標(biāo)等等。

MBBR(Moving Bed Bio-film Reactor Process) 內(nèi)懸浮填料的內(nèi)外表面均能附著生長(zhǎng)生物膜,填料在曝氣或機(jī)械攪拌作用下,在反應(yīng)池內(nèi)呈流化狀態(tài),生物膜與廢水接觸充分,因此,MBBR 對(duì)難降解的高強(qiáng)度工業(yè)廢水具有很好的處理效果。

MBR(Membrane Bioreactors)依靠微濾或超濾膜的過濾作用,實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)器內(nèi)微生物完全的截留作用,對(duì)生長(zhǎng)繼代長(zhǎng)的細(xì)菌,如硝化菌,實(shí)現(xiàn)快速的富集,從而促進(jìn)氨氮的完全硝化降解過程。

筆者根據(jù)MBBR 和MBR 的特點(diǎn),試驗(yàn)研究采用厭氧MBBR-好氧MBR 組合工藝處理杭州富陽(yáng)興業(yè)合成革有限公司的生化工藝出水,并重點(diǎn)考察了該工藝對(duì)氨氮等氮化物的去除作用。

1 試驗(yàn)與方法

1.1 材料與方法

試劑:重鉻酸鉀、硫酸亞鐵銨、硫酸亞鐵、水楊酸、亞硝基鐵氰化鈉、硫酸銀、硫酸汞、次氯酸鈉、過硫酸鉀、氫氧化鈉、鹽酸、硫酸,上述試劑均為分析純。

儀 器:JJ-1 型精密增力電動(dòng)攪拌器,江蘇省金壇市江南儀器廠;HBA-100 型標(biāo)準(zhǔn)COD 消解器,江蘇江環(huán)分析儀器有限公司;SP-150A 型生化培養(yǎng)箱,南京恒裕儀器設(shè)備制造有限公司;ET99724A 型微電腦BOD 測(cè)定儀,北京艾諾威商貿(mào)有限公司;UV-2550 型紫外可見分光光度計(jì),日本島津公司;HI2400 溶氧儀;便攜式pH 計(jì);壓力蒸汽消解器。

厭氧MBBR 反應(yīng)器: 外觀尺寸為200 mm ×220 mm×500 mm,8 mm 有機(jī)玻璃制作;填料為聚乙烯材質(zhì),外觀呈空?qǐng)A柱體,高7 mm,直徑10 mm,內(nèi)部有十字支撐,密度小于水,空隙率88%,可供生物膜附著的比表面積約500 m2/m3。填料的填充率為30%,氣水比約為20∶1,整個(gè)池的填料呈良好的流化狀態(tài),接種污泥來自宜興市清源市政污水處理廠厭氧段。

好氧MBR 反應(yīng)器: 外觀尺寸為290 mm ×220 mm×400 mm,8 mm 有機(jī)玻璃制作;內(nèi)置平板膜3 片,膜片為江蘇大孚膜科技有限公司生產(chǎn)的有機(jī)高分子平板膜,尺寸300 mm×200 mm,有效膜面積為0.05 m2,孔徑0.1~0.4 μm,最大膜通量0.2 m3/(m2·d);微孔曝氣; 間歇抽吸;HRT 為20 h;MLSS 8.0~10.0 g/L。接種污泥來自宜興市清源市政污水處理廠好氧段。

分析方法:COD 采用重鉻酸鉀法(GB 11914—1989); 氨氮采用水楊酸- 次氯酸鹽光度法(GB7481—1987);總氮采用過硫酸鉀氧化紫外分光光度法(GB 11894—1989)。

1.2 廢水來源及特性

試驗(yàn)中所用PU 合成革廢水的水質(zhì)指標(biāo):COD約59.35~416 mg/L,氨氮約48.5~311.74 mg/L,總氮約203.1~360.63 mg/L。

試驗(yàn)中所用厭氧MBBR-好氧MBR 組合工藝流程如圖 1 所示。

圖 1 厭氧MBBR-好氧MBR 組合工藝流程

合成革廢水進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)池首先進(jìn)行厭氧反應(yīng),將廢水中的有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮,同時(shí)經(jīng)過反硝化反應(yīng),將廢水中的NO2--N、NO3--N 轉(zhuǎn)化為N2,厭氧反應(yīng)池的HRT 是15 h; 然后廢水經(jīng)過厭氧反應(yīng)池溢流進(jìn)入好氧MBR 反應(yīng)池進(jìn)行硝化反應(yīng),廢水中的氨氮被轉(zhuǎn)化為NO2--N、NO3--N,MBR 反應(yīng)器中廢水回流至厭氧反應(yīng)器完成廢水脫氮過程,或通過膜出水。

廢水運(yùn)行試驗(yàn)可大致分為兩個(gè)階段,啟動(dòng)階段(1~32 d)和穩(wěn)定運(yùn)行階段(33 d 以后)。初期對(duì)好氧池悶曝、厭氧池?cái)嚢杓s5 d,5 d 以后組合工藝間歇進(jìn)水和出水,進(jìn)水COD 210.9~1 276.2 mg/L,氨氮136.8~280.4 mg/L,總氮242.2~572.8 mg/L。至32 d后,組合工藝開始進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段,該階段進(jìn)水COD 258.0~512.0 mg/L,氨氮40.1~255.6 mg/L,總氮133.2~328.2 mg/L,維持整個(gè)組合工藝的連續(xù)進(jìn)水和出水。

2 運(yùn)行結(jié)果分析

2.1 組合工藝對(duì)COD 的去除效果

組合工藝對(duì)有機(jī)物的去除效果如圖 2 所示。

圖 2 厭氧MBBR-好氧MBR 工藝對(duì)合成革廢水中COD 的降解效果

由圖 2 可見,在啟動(dòng)階段(1~32 d),進(jìn)水中加入約300 mg/L 的葡萄糖作為補(bǔ)充碳源,連續(xù)進(jìn)水,對(duì)組合工藝內(nèi)的厭氧MBBR 進(jìn)行機(jī)械攪拌、填料掛膜和馴化;對(duì)好氧MBR 內(nèi)的污泥進(jìn)行悶曝和馴化,包括硝化菌在內(nèi)的微生物將在MBR 內(nèi)停留任意長(zhǎng)的時(shí)間,污染物將會(huì)得到充分的降解。由圖 2 可見,啟動(dòng)階段調(diào)試進(jìn)水COD 從1 276.2 mg/L 降至210.9mg/L,出水COD 在100~158 mg/L 之間,出水COD 大于100 mg/L,在啟動(dòng)階段,總體上,COD 去除率呈下降趨勢(shì),平均去除率僅64.3%。穩(wěn)定運(yùn)行階段(33~105 d),進(jìn)水COD 平均維持在358.8 mg/L,而出水COD 平均為45.5 mg/L,組合工藝對(duì)COD 的去除率平均為72.4%,出水COD 基本低于50 mg/L。

上述分析說明,當(dāng)控制進(jìn)水COD 維持在400mg/L 以下時(shí),該工藝對(duì)PU 制革廢水中的COD 有良好去除作用,可將出水COD 維持在50 mg/L 以下。

厭氧MBBR 和好氧MBR 組合工藝對(duì)COD 的直接作用是在好氧MBR 部分實(shí)現(xiàn)的。厭氧MBBR對(duì)進(jìn)水COD 的去除率為25.9%; 而好氧MBR 對(duì)厭氧MBBR 出水中COD 的去除率則達(dá)到平均約83.6%。厭氧MBBR 階段僅對(duì)合成革廢水中的難降解物質(zhì)做了較為充分的厭氧水解作用,對(duì)COD 的去除作用則不明顯。

2.2 組合工藝對(duì)氨氮的去除效果

控制厭氧MBBR 中的pH 在7.90~8.40,溫度在25~26 ℃; 控制好氧MBR 中的pH 在6.80~7.30,溫度在25~27℃,溶解氧控制在2~4 mg/L 左右,測(cè)定組合工藝中各單元對(duì)氨氮的去除效果,結(jié)果如圖 3所示。

圖 3 厭氧MBBR 和好氧MBR 對(duì)氨氮的去除效果

由圖 3 可見,厭氧MBBR+好氧MBR 組合工藝中,每一個(gè)工藝單元對(duì)氨氮都有一定的去除效果,其中厭氧MBBR 階段、好氧MBR 及組合工藝整體對(duì)氨氮的去除率平均分別為54.6%、62.6%和80.4%,但由于進(jìn)水氨氮在1~72 d 的時(shí)間里,整體氨氮質(zhì)量濃度在200 mg/L 左右,出水氨氮質(zhì)量濃度波動(dòng)較大,平均約47 mg/L,難以穩(wěn)定地低于10 mg/L?梢娸^高濃度的氨氮對(duì)氨氮降解菌的活性形成了一定的抑制作用;從73~103 d,進(jìn)水合成革廢水中的氨氮質(zhì)量濃度降至約50 mg/L,則出水氨氮質(zhì)量濃度穩(wěn)定地低于8 mg/L,均值為3.9 mg/L,可見MBR 對(duì)硝化菌的截留富集效果較好。

2.3 組合工藝對(duì)總氮的去除效果

組合工藝中各單元反應(yīng)器對(duì)總氮的去除效果如圖 4 所示。

圖 4 厭氧MBBR 和好氧MBR 對(duì)總氮的去除效果

由圖 4 可見,雖然進(jìn)水總氮的濃度波動(dòng)較大,但好氧MBR 出水總氮濃度一直在穩(wěn)定降低,厭氧MBBR+好氧MBR 組合工藝對(duì)總氮的去除率也隨之繼續(xù)提高至90%以上。當(dāng)進(jìn)水氨氮質(zhì)量濃度處于150~300 mg/L 時(shí),出水總氮的質(zhì)量濃度穩(wěn)定低于10mg/L,達(dá)到了排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.4 運(yùn)行成本分析

試驗(yàn)工藝的運(yùn)行成本僅具體包括: 電費(fèi)和試劑費(fèi),不包括人工成本。關(guān)于材料的參考計(jì)算價(jià)格見表 1。

污水的運(yùn)行成本=電費(fèi)+鹽酸費(fèi)用+氫氧化鈉費(fèi)用+葡萄糖費(fèi)用。因此,由表 1 可知,按照材料的參考價(jià)格和試驗(yàn)過程中的用量,每噸廢水的處理運(yùn)行費(fèi)用大約為9.9 元/m3。

3 結(jié)論

采用厭氧MBBR-好氧MBR 反應(yīng)器處理PU 合成廢水試驗(yàn)表明:

(1)維持PU 合成革廢水中氨氮和總氮的質(zhì)量濃度分別小于40 mg/L 和150~300 mg/L 時(shí),組合工藝的總出水中的氨氮質(zhì)量濃度可穩(wěn)定低于8 mg/L,總氮質(zhì)量濃度可穩(wěn)定低于15 mg/L,均達(dá)到《合成革與人造革工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 21902—2008)的要求。

(2)可以采用厭氧MBBR+好氧MBR 反應(yīng)器處理含DMF 的PU 合成革廢水,在有效降解COD 的同時(shí),氨氮等各種氮化物也可以得到有效的降解。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。