发布于 2017年10月31日
概述印染废水深度处理工艺
印染废水具有色度高、有机物含量高、成分复杂和可生化性能差等特点是一种难处理的工业废水。同时还面临排放量大回用率较低的问题 。常用的印染废水处理方法为结合物化及生化的二级处理工艺该工艺可去除废水中的大部分色度和有机物。但该二级生化出水的色度、COD 等指标仍不能满足污水排放及回用水水质标准需进一步处理。
臭氧氧化能力强使用经济方便常被用于印染废水的深度处理工艺。但是传统的臭氧曝气方式存在传质效率不够高反应器体积较大容易出现液泛、乳液和泡沫等问题。膜接触反应器是一种新型的气液接触装置。在膜接触反应器中含臭氧气体与待处理废水分别在膜两侧独立流动在浓度差的作用下臭氧从气相侧穿过膜孔扩散到液相侧并发生反应。此臭氧传递过程无气泡产生因此可有效避免传统反应器易出现的问题。同时由于膜接触反应器具有极大的比表面积无泡传质过程具有很高的体积传质系数。
SHEN 等较早应用膜接触反应器进行臭氧传质研究。研究表明膜接触反应器的体积传质系数kL a为3. 4 ~ 4. 4 min - 1 比传统的鼓泡反应器大1 ~ 2 个数量级。JANKNECHT 等进而对膜接触臭氧反应器的体积和能耗进行了测算。结果表明膜接触臭氧反应器的能耗与传统反应器相当而其体积仅为传统反应器的1 /50。这些研究表明膜接触臭氧反应器具有紧凑、传质效率高的优势。近年来不少研究者应用膜接触臭氧反应器进行模拟废水的处理研究如于苦咸水中回收单质碘水中腐殖酸降解 以及印染废水的处理等。BAMPERNG 等利用膜接触臭氧反应器对直接红、酸性蓝和活性红等模拟废水进行降解实验。而ZHANG 等利用膜接触反应器进行臭氧传质并联合过氧化氢的高级氧化技术对酸性橙进行降解研究。研究结果显示模拟废水的色度、COD 等指标得到了较好的降解。
而在实际印染废水二级生化出水中除了残留的染料物质还有较多的微粒、胶体和大分子有机物。这些物质会影响废水的回用以及臭氧氧化的效果。因此本工作使用超滤和膜法臭氧氧化组合工艺对印染废水二级生化出水进行处理。首先使用前置的超滤工艺去除废水中的大分子有机物等物质以达到减轻臭氧氧化阶段有机物负荷减少臭氧投加量提高氧化效率的目的。继而利用膜接触反应器进行臭氧氧化以提高臭氧的利用效率。本工作首先对影响该组合工艺的参数进行优化选择然后在优化的工艺条件下进行8 d 的连续实验以观察其处理效果。本研究为高效低耗印染废水深度处理提供了一个新的工艺尝试。
超滤膜切割分子量的选择需综合考虑产水水质、产水通量及膜污染等因素。如 所示印染废水二级生化出水中有48. 7% 为分子量小于1 kDa 的小分子物质而有24. 8% 为分子量大于100 kDa 的大分子有机物以及胶体和微粒等物质。从生化出水的分子量分布来看超滤可以去除部分有机物。切割分子量为100、30、10、3 和1 kDa 的5 种超滤膜COD 的去除率分别为24. 8% 、27. 9% 、38. 3% 、49. 3% 和51. 3% 。超滤产水水质随着切割分子量的减小而逐渐提高。为获得较理想的水通量选择的超滤压力随着切割分子量的减小而增大。而在较高的跨膜压差下膜表面污染层较致密影响膜清洗频率和使用寿命。令100、30、10、3、和1 kDa 5 种超滤膜分别在0. 5、1. 0、2. 0、3. 0 和4. 0 bar 压力过滤生化出水。如 所示各超滤膜产水通量均迅速下降30 min 后的通量分别为分别为64. 6、56. 6、41. 0、22. 2 和6. 9 L·(m2 ·h) - 1 。切割分子量较小的超滤膜其水通量较小。考虑到印染废水二级生化出水的浊度、COD 含量较高在超滤膜选择时应特别注意其膜污染的问题因此优选切割分子量较大的超滤膜此工艺选择的超滤膜切割分子量为100 kDa。
在膜接触反应器中臭氧传质以无泡方式进行需要保证气体压力小于水压力与跨膜压差之和。膜组件的最小浸没深度为0. 1 m其受到的水压力为1 kPa。气泡首先产生位置为膜组件入口处。通过测试最小的气泡产生压力为1. 5 kPa。此压力为安全压力实验过程气相侧压力需小于1. 5 kPa。在相同的气体流速下气体压力随着膜长度的增加;而在相同膜反应器内气体压力随气体流速的增加而增加;实验结果如如 所示。因此为保证无泡传质的条件在对膜接触反应器的膜丝长度和臭氧气体流量等变量进行控制使得选定的参数下的气相侧压力小于安全压力。
膜长、气体流量等因素同时会影响臭氧的利用效率和膜反应器的臭氧传质通量。臭氧利用效率为溶解于水中的臭氧占投加到反应器的臭氧的比。臭氧的传质通量为膜反应器内单位时间进入到水体的臭氧量。通过参数优化选择使得满足无泡条件臭氧利用效率较高的情况下实现臭氧通量的最大化。如 和 所示臭氧利用效率随膜长的增加而增加随气体流量和臭氧浓度的增加而减小。为达到较高的臭氧利用效率需尽量增加膜长并减少气体流量和臭氧浓度。而臭氧通量随着气体流速和臭氧浓度的增加而增加。为保证反应器的臭氧氧化效率需维持较高的气体流量和臭氧浓度。臭氧利用效率和臭氧通量的优化方式是相反的不能相统一。本实验中人为选定50% 左右的臭氧利用效率下优化臭氧通量同时满足无泡条件。则选择的气体流量为0. 6 L·min - 1 膜长为2 m臭氧浓度为10 mg·L - 1 。在此条件下臭氧通量最高为2. 93 mg·min - 1 臭氧利用效率为48. 9% 气相侧压力为1. 1 kPa。相比于同样条件下的鼓泡反应器其臭氧利用效率仅为5. 4% (见)有显著的提高。
在较大的水力停留时间下臭氧投加量小但水质较差;而在较小的水力停留时间下水质较好但臭氧投加不经济。为得到合适的水力停留时间在上述优化的条件下(超滤膜切割分子量为100 kDa膜接触反应器膜长2 m气体流量0. 6 L·min - 1 和臭氧浓度10 mg·L - 1 )对二级生化出水进行序批式氧化降解实验反应器中废水体积为40 L。结果如所示 经过超滤工艺 色度没有变化 而COD 从134. 6 mg·L - 1 降到了105. 4 mg·L - 1 . 在臭氧氧化工艺阶段随着通入臭氧时间的延长(臭氧投加量的增加)有机物逐渐被降解。COD 在80 mg·L - 1 后降解速度变慢而色度在20°后降解速度变慢。臭氧与芳香环、不饱和键等官能团反应活性很高而与醇类、醛类等物质反应活性较差。反应初始阶段臭氧将大分子有机物及发色基团氧化分解成较小分子量物质而后续的矿化速度较慢需要消耗大量臭氧。选择废水色度降至20 所需要的水力停留时间(见)为28 h计算得到产水速率为1. 4 Lh - 1 。在本实验中膜接触反应器中的膜丝表面积为2. 64 m2 反应器体积为42 L反应器内膜丝填充率为2. 5% 。由于反应器中膜丝填充比例较低膜面积相对较少因而臭氧通量较小致使废水的水力停留时间较长。通过提高反应器内膜丝填充率提高反应器内的膜面积可大大减少其水力停留时间。
臭氧工艺不仅可消除色度部分矿化有机物而且可以提高废水的可生化性能。由1 可见废水经过超滤工艺后其BOD5 由22. 5 mg·L - 1 降低到21 mg·L - 1 而B / C 值由0. 167 提高到0. 199。超滤工艺去除水中大分子有机物通常大分子有机物的可生化性较差。因此反映在数值上超滤工艺后COD 和BOD5 均有去除效果COD 去除得更多。废水经过臭氧氧化之后BOD5 进一步下降到19 mg·L - 1 而B / C 值提高到0. 244 臭氧的氧化同时削减COD 和BOD5 同时有部分COD 转化成了BOD5 。因此臭氧工艺后COD 和BOD5 均减小了而B / C 值却得到了提高。可见该工艺过程可一定程度的提高废水的可生化性能。
新型的超滤与膜接触臭氧氧化组合工艺对印染废水二级生化出水进行了深度处理研究。实验对该组合工艺多个参数包括:超滤膜切割分子量、膜接触反应器膜长、臭氧浓度、气体流量和产水速率等进行了优化选择并进行了8 d 的连续实验。产水水质得到了较大的提升平均COD 由131 mg·L - 1 降到70 mg·L - 1 L平均色度由130 度降到20度平均浊度由11 NTU 降到2. 3 NTU B / C 值也由0. 167 提高到0. 244。本实验为高效臭氧氧化处理印染废水提供了一个新的尝试。在以后的时间里我们将不断发布最新的和的行业资讯，相信里面一定会有您需要的内容。如您有任何疑问欢迎您前来了解。