CN101139155A - 一种无剩余活性污泥排放的印染废水处理装置及其操作方法 - Google Patents

一种无剩余活性污泥排放的印染废水处理装置及其操作方法 Download PDF

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Abstract

一种无剩余活性污泥排放的印染废水处理装置及其操作方法，属于环保领域。该装置由调节槽(1)、高位槽(2)、一号水解酸化反应槽(3)、二号水解酸化反应槽(4)、除磷槽(17)、多级接触氧化槽(5)、固液分离沉淀槽(6)组成。多级接触氧化槽螺旋载体形成厌氧和兼氧空间，加上好氧工艺前的两级水解酸化段，使厌氧、缺氧和好氧三种不同的环境条件交替运行，不同种类的微生物菌群如反硝化菌和硝化菌能够共存于同一污泥系统中。通过两级水解酸化的运营方式强化厌氧段聚磷菌释磷的作用，并在除磷槽投加化学除磷剂，从而达到高效除磷的目的。本发明工艺简单，运行费用低，可高效脱氮除磷，抗冲击负荷能力强，操作管理方便，无剩余活性污泥排放。

Description

一种无剩余活性污泥排放的印染废水处理装置及其操作方法
技术领域：
本发明属于环保领域，特别涉及了一种水解酸化段的水解作用和利用食物链中微生物的捕食作用处理印染废水的装置及使用方法。
背景技术：
印染行业在我国国民经济中占有重要地位，但是印染废水的治理一直是一项摆在环保界面前的难题。据不完全统计，全国印染行业每年排放废水约0.6×109m3，而其中大部分皆未能实现稳定达标排放。
国内外对印染废水处理法中，仍以生物法为主。由于近年来纺织染整工艺的进步，使PVA浆料、人造丝碱解物(主要是邻苯二甲酸类物质)、新型助剂等难生化降解有机物大量进入印染废水，而使原有的生物处理工艺的处理效果大大下降，难以满足国家排放标准。
近年来，在原有的生物处理技术的基础上发展了一些新型的生物处理方法，在COD和色度的去除方面获得较好的效果，但却产生大量剩余污泥，从而增加了污泥的处理、处置费用。并且，随着处理量的增加、处理标准的提高和处理功能的拓展，剩余污泥的产生量将会大幅度增加。因此，以污泥减量为目标的水处理工艺成为目前污水处理领域的研究热点之一。
公开号CN 1511795A提供的不产污泥的高色度印染废水处理工艺，通过将污泥回流至水解酸化段，使产生的污泥消化，从而达到不产泥的效果。公开号CN1935708及CN1884135提供的一种具有降解生物污泥和脱氮作用的处理装置及利用生物捕食减少剩余污泥产量的装置，都是通过添加填料，使反应器为不同类型的原、后生动物的稳定生长分别提供了一个适宜的栖息地，利用多级接触氧化槽内食物链的形成，从而达到大幅度消减剩余污泥的目的。然而，该装置仅适用于乳制品废水、豆制品废水、餐厅废水、城市污水等可生化性较好的污水的处理，难以处理可生化性差的工业废水。
发明内容：
本发明鉴于印染废水的特点，提供了一种不产剩余活性污泥的高色度印染废水处理工艺，通过水解酸化段的水解作用及多级氧化段的微生物捕食作用达到高效去污脱氮及剩余活性污泥零排放的目的。
本发明首先使污水通过两级不同的水解酸化反应槽，使印染废水中难降解染料大分子及其助剂在水解菌和产酸菌的作用下转化为易生物降解的有机酸、醇等小分子，提高废水的可生化性，同时破坏染料分子的发色基团达到去除部分色度的目的。系统产生的剩余污泥回流至水解酸化槽，通过水解作用使回流污泥降解而再次成为有机负荷进入多级接触氧化段，这部分有机物在被微生物利用的过程中除一部分转化为生物体之外，大部分作为能量释放出去。由于水解酸化段的微生物本身也需要消耗大量的能量，在实际运行中有时会出现水解污泥发生负增长的情况，回流部分污泥还能够起到补充水解污泥的作用。
本发明反应装置中多级氧化段内放置的螺旋生物载体具有独特性能，它不仅为不同类型的微生物提供适宜的生长环境，再配合多级氧化的运行方式，使污水浓度在水流方向上形成梯度，可以形成与重污带、中污带、寡污带分别对应的从低级到高级的微生物优势群落。从而构成细菌(丝状菌、菌胶团等)、原生动物(草履虫、钟虫等)、后生动物(轮虫等)的食物链生态系统。原生动物中的缘毛类纤毛虫等，以及后生动物中的轮虫等均有较强的摄食悬浮性固体的能力，而某些昆虫的幼虫和一些软体动物更能够直接吞食较大的絮状活性污泥或生物膜。因此，通过食物链的消耗，能够大大减少污泥量。
所述水解酸化反应器及多级氧化反应器将厌氧、缺氧和好氧三种不同的环境条件交替运行和不同种类的微生物菌群如反硝化菌和硝化菌共存于同一污泥系统中，从而达到高效脱氮的作用。通过两级水解酸化的运营方式强化厌氧段聚磷菌释磷的作用，并通过在除磷槽投加化学除磷剂，从而达到高效除磷的目的。
本发明的印染废水处理装置有调节槽1，高位箱2，一号水解酸化反应槽3，二号水解酸化反应槽4，除磷槽17、多级接触氧化反应槽5，固液分离沉淀槽6等组成(如图1)；
一号水解酸化反应槽3内主要的微生物是水解菌和产酸菌，其主要作用是对剩余污泥和部分难降解有机物进行水解。反应槽3内设有螺旋式叶片的慢速搅拌器7，以促进水解污泥吸附截留水中的污染物，并起到减缓印染废水水质波动的作用。
二号水解酸化反应槽4内均匀分布着球状厌氧填料8，填料表面生长着均匀的生物膜，在缺氧的环境下，其微生物主要为水解细菌和产酸细菌。一号水解酸化反应槽的出水从底部进入该反应器，废水中所含的有机物及悬浮物同生物膜相接触而被吸附，其停留时间被大大延长。一号水解酸化反应槽中未能被分解的大分子有机物和小颗粒悬浮物在此分解、转化为小分子的脂肪酸，并重新释放到溶液中，且其中一部分通过微生物自身的代谢而消耗，为后续的好氧处理创造了良好的条件。
除磷槽17内设有搅拌器一套18，转速为80～150r/min，搅拌器采用螺旋式叶片。若处理含磷量较低的废水或无需对废水进行除磷处理时，可不设除磷槽17，如图2所示。
多级接触氧化槽如图3所示，底部布置有管式曝气器10，多级接触氧化槽的内部装有不锈钢架15，不锈钢架15上固定有螺旋生物载体16。所述的多级接触氧化槽内部由隔板12依次分隔成第一槽-细菌生长区5-1、第二槽-原生动物生长区5-2、第三槽-后生动物生长区5-3。各槽的进水口14均设有导流板，以防止短路。各槽的出水均通过隔板12上的出水口14流入下一槽。
所述的多级接触氧化槽各槽底部的管式曝气器10与空气泵9之间连接有通气管，每个通气管上设有阀门，可调节各槽阀门的进气量。
本发明所述的水解酸化反应器和多级接触氧化装置的操作方法是将操作过程分为好氧启动阶段、水解酸化启动阶段和连续运行阶段。
好氧启动阶段：接种污泥经过筛后，装入两级水解酸化反应槽及多级氧化反应槽，控制反应器中MLSS为4g/L。用水泵将污水从调节槽1提升至高位槽2，满足后续工段依靠重力流运行的需要水头，靠重力依次流入反应器各槽。从曝气器10向一号水解酸化反应槽3、二号水解酸化反应槽4及多级接触氧化槽5内吹入气体，控制反应器内溶解氧浓度为2.0～4.0mg/L。一号水解酸化反应器3内慢速搅拌器7转速为40～60r/min。多级接触氧化槽的出水经固液分离沉淀槽6沉降后，上清液被排出，而固液分离沉淀槽底部的少量剩余污泥平均分配到各反应槽。当出水水质稳定，又在多级接触氧化槽的第三槽5-3观察到较多后生动物存在时，即可认好氧启动完成。所述污水为印染废水与生活废水的混合液，或是配以少量营养元素并稀释的印染废水，控制反应器进水COD值在500～1500mg/L以内。
水解酸化启动阶段：好氧启动完成后，停止一号水解酸化反应槽3和二号水解酸化反应槽4的曝气，控制多级氧化槽5内溶解氧浓度为2.0～4.0mg/L。以CODcr浓度为1000～2000mg/L的印染废水配以少量营养元素直接启动两级水解酸化-多级接触氧化系统。固液分离沉淀槽底部的少量剩余污泥沿返送管11回流至一号水解酸化反应器3和二号水解酸化反应器4。一号水解酸化反应器3和二号水解酸化反应器4的污泥分配比例为：1∶1～3∶1。当系统出水水质稳定，水解污泥外观呈黑色，结构密实，污泥絮体呈球状，有较好的沉降性能，镜检无原生动物时，即可认为水解酸化反应器启动完成。在培养成熟的水解污泥反应器中平均污泥浓度为4～8g/L，污泥基本沉降在下部，污泥层厚度在15～20cm之间。
连续运行阶段：进水COD浓度控制在500mg/L～5000mg/L，固液分离沉淀槽底部的少量剩余污泥沿返送管11回流至一号水解酸化反应器3和二号水解酸化反应器4。一号水解酸化反应器3和二号水解酸化反应器4的污泥分配比例为：1∶1～3∶1。一号水解酸化反应器3内慢速搅拌器7转速为40～60r/min。除磷槽17搅拌器18转速为80～150r/min。多级接触氧化槽溶解氧浓度为2.0～4.0mg/L。为达到除磷的目的，需根据二号水解酸化反应器出水的总磷浓度，在除磷槽投加Ca盐、Mg盐、Fe盐或Al盐等化学除磷剂。定期排出除磷槽底部的磷酸盐沉淀。
所述的操作方法中采用的生物污泥可以是印染废水处理厂二沉池产生的污泥或浓缩污泥或它们的脱水污泥，也可以是该装置本身产生的回流污泥，还可以是污水处理厂厌氧消化处理后的消化污泥。
本发明可用于印染废水的处理，特别是氮、磷含量较高的印染废水或其他工业废水的处理。它具有如下优点：
1.多级氧化装置在高效处理污水的同时，污泥产量较低，其产生的少量污泥回流到水解酸化段分解，使整个系统无剩余活性污泥排放。
2.螺旋生物载体的独特结构可以在填料聚集束的内环及生物膜内部形成厌氧或是兼氧空间，从而可以使好氧的硝化菌和厌氧的反硝化菌可以共存于同一个系统中，二者分别完成硝化作用和反硝化作用，使装置具有高效生物脱氮的能力。
3.通过两级水解酸化的运行方式强化厌氧段聚磷菌释磷的作用，并通过在除磷槽投加化学除磷剂达到高效除磷的目的，其排放的化学沉淀量少。
4.由于有两级水解段作为缓冲段，使反应器具有较强的抗冲击负荷能力，可以处理COD为500～5000mg/L的印染废水。
5.工艺简单，运行费用低且稳定可靠，操作管理方便，可实现自动化控制。
6.进入沉淀池的污泥沉降和脱水性能好，且无污泥结团现象。
附图说明
图1.本发明所述无剩余活性污泥排放并能够高效脱氮除磷的印染废水处理装置示意图
图2.本发明所述无剩余活性污泥排放并能够高效脱氮的印染废水处理装置示意图
图3.本发明处理装置中多级接触氧化槽的进水管、出水管及连接管示意图；
附图标记
1-调节槽2-高位槽3-一号水解酸化反应槽4-二号水解酸化反应槽5-多级接触氧化槽6-固液分离沉淀槽7-慢速搅拌器8-球状填料9-空气泵10-曝气器11-污泥返送管12-多级接触氧化槽隔板13-导流板14-出水口15-不锈钢架16-螺旋生物填料17-除磷槽18-搅拌器
具体实施方式
实施例1：
如图1，启动阶段：将城市污水厂取回的剩余污泥和少量的生活废水按1∶1的比例混合装入两级水解酸化反应槽及多级氧化反应槽，控制反应器中MLSS为4g/L。以COD为1000mg/L的印染废水与生活废水的混合液启动反应器。一号水解酸化反应器3内慢速搅拌器7转速为50r/min。整个运行过程中保持多级接触氧化槽中的水温为20～25℃，pH为6～9。多级接触氧化槽的出水经固液分离沉淀槽6沉降后，上清液被排出，而固液分离沉淀槽底部的剩余污泥平均分配给各反应槽。一号水解酸化反应器平均污泥浓度为7.65g/L，污泥基本沉降在下部，污泥层厚度在10-15cm之间。二号水解酸化反应器平均污泥浓度为5.94g/L。
连续运行阶段：进水COD浓度控制在1100～1300mg/L，固液分离沉淀槽底部的少量剩余污泥沿返送管11回流至一号水解酸化反应器3和二号水解酸化反应器4。一号水解酸化反应器3和二号水解酸化反应器4的污泥分配比例为：2∶1。一号水解酸化反应器3内慢速搅拌器7转速为40r/min，除磷槽17内搅拌器18转速为80r/min。除磷槽17的CaCO3投加量为：45mg/L。
维持总HRT为30h，其COD、氨氮、色度、苯胺、总磷去除效果如表1所示出水各项水质指标均低于纺织染整工业水污染物排放标准(GB4287-92)一级标准。
表1
水质指标 COD  NH3-N  色度 总磷 苯胺
平均进水浓度 1267.96mg/L  28.76mg/L  148倍 15.35mg/L  1.15mg/L
平均出水浓度 60.94 mg/L  0.422mg/L  15倍 0.98mg/L  0.26mg/L
平均去除率/％ 95.2  98.5  89.9 93.6  77.2
实施例2：
启动阶段与实例1相同。
如图1，连续运行阶段：固液分离沉淀槽底部的少量剩余污泥沿返送管11回流至一号水解酸化反应器3和二号水解酸化反应器4。一号水解酸化反应器3和二号水解酸化反应器4的污泥分配比例为2∶1。一号水解酸化反应器3内慢速搅拌器7转速为40r/min，除磷槽17内搅拌器18转速为80r/min。进水COD浓度控制从1200～1400mg/L增至3800～4500mg/L。维持总HRT为35h，其COD去除效果如表2所示，COD去除率始终高于94％。出水COD指标满足纺织染整工业水污染物排放标准(GB4287-92)二级标准。
表2
运行时间/d  1  4  9  13  16  18
进水COD/(mg/L) 1235.6  1246.9  2897.6  4467.3  3959.2  4584.4
出水COD/(mg/L) 65.8  62.5  73.4  158.4  143.8  172.3
COD总去除率/％ 94.7  95.0  97.5  96.4  96.3  96.2

Claims (8)

1.一种无剩余活性污泥排放的印染废水处理装置，其特征在于所述的污水处理装置由调节槽(1)、高位槽(2)、一号水解酸化反应槽(3)、二号水解酸化反应槽(4)、除磷槽(17)、多级接触氧化槽(5)、固液分离沉淀槽(6)组成。
2.根据权利要求1所述的无剩余活性污泥排放的印染废水处理装置，其特征在于一号水解酸化反应器中置慢速搅拌器一套，转速为40～60r/min，搅拌器采用螺旋式叶片。
3.根据权利要求1所述的无剩余活性污泥排放的印染废水处理装置，其特征在于二号水解酸化反应器中装有由无机矿物质或有机质构成的多孔性填料，其径向尺寸在3mm至50mm之间，其形状为圆形、方形或不规则形状。
4.根据权利要求1所述的无剩余活性污泥排放的印染废水处理装置，其特征在于除磷槽(17)中装有慢速搅拌器(18)，转速为80～150r/min，搅拌器采用螺旋式叶片。
5.根据权利要求1所述的无剩余活性污泥排放的印染废水处理装置的操作方法，其特征在于操作过程分为启动阶段和连续运行阶段；
启动阶段：接种污泥经过筛后，装入两级水解酸化反应槽及多级氧化反应槽，控制反应器中MLSS为4～8g/L；用水泵将污水从调节槽(1)提升至高位槽(2)，然后靠重力依次流入反应器各槽；一号水解酸化反应器(3)内慢速搅拌器(7)转速为40～60r/min从曝气器(10)向多级接触氧化槽内吹入气体，控制多级氧化段的溶解氧浓度为2.0～4.0mg/L；多级接触氧化槽的出水经沉淀槽(6)固液分离后，上清液排放，而底部的剩余污泥平均分配回流到各反应槽；
连续运行阶段：进水COD浓度控制在500～5000mg/L，固液分离沉淀槽底部的剩余污泥沿返送管(11)回流至一号水解酸化反应器(3)和二号水解酸化反应器(4)；一号水解酸化反应器(3)和二号水解酸化反应器(4)的污泥分配比例为：1∶1～3∶1；一号水解酸化反应器(3)内慢速搅拌器(7)转速为40～60r/min；除磷槽(17)内搅拌器18转速为80～150r/min；多级接触氧化槽溶解氧浓度为2.0～4.0mg/L。
6.根据权利要求5所述的无剩余活性污泥排放的印染废水处理装置的操作方法，其特征在于通过两级水解酸化的运营方式强化厌氧段聚磷菌释磷的作用；当总磷浓度高于10mg/L时在除磷槽投加Ca盐或Mg盐或Fe盐或Al盐化学除磷剂，生成磷酸盐沉淀而去除。
7.根据权利要求5所述的无剩余活性污泥排放的印染废水处理装置的操作方法，其特征在于多级接触氧化反应槽在高效处理污水的同时，使污水浓度在水流方向上形成梯度，能形成与重污带、中污带、寡污带分别对应的从低级到高级的微生物优势群落，构成细菌-原生动物-后生动物的食物链，从而大大降低了好氧段的产泥率，其产生的少量剩余污泥回流到水解酸化段，通过水解作用使回流污泥再次成为有机负荷进入多级接触氧化段，最终实现了剩余活性污泥零排放。
8.根据权利要求5所述的无剩余活性污泥排放的印染废水处理装置的操作方法，其特征在于所述污水为印染废水与生活废水的混合液，或是配以营养元素并稀释的印染废水，控制反应器进水COD值在500～1500mg/L以内。
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