CN110776219A

CN110776219A - 一种印染废水污染物深度处理装置及其应用

Info

Publication number: CN110776219A
Application number: CN201911261361.0A
Authority: CN
Inventors: 李激; 郑凯凯; 王燕; 吕金泽; 王硕
Original assignee: Jiangnan University
Current assignee: Jiangnan University
Priority date: 2019-12-10
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2020-02-11

Abstract

本发明公开了一种印染废水污染物深度处理装置及其应用，属于污水处理技术领域。本发明设计了MBBR/硫铁自养反硝化/活性焦吸附的印染废水处理组合工艺。该发明通过MBBR作为有机物去除和氨氮降解的主要场所；硫铁自养反硝化实现硝态氮和磷酸盐的去除，完成脱氮除磷目标；活性焦进一步吸附去除残余的有机物，实现出水COD的稳定达标排放。该组合工艺运行费用较低，具有污染物高效去除和短流程的特征，符合当前印染废水处理高效便捷的发展方向。

Description

一种印染废水污染物深度处理装置及其应用

技术领域

本发明涉及一种印染废水污染物深度处理装置及其应用，属于污水处理技术领域。

背景技术

纺织染整行业是我国国民经济重要的民生产业和传统的支柱产业，其产品除了在印染行业外，在食品和造纸等行业发挥着重要作用。纺织染整行业与多个行业密切相关，其对淡水的需求不断增大，从而产生大量的废水进入环境中，纺织染整的COD年排放量高达129.6万吨，占据排污总量的18.11％，其中印染废水占废水总排放量的十分之一。印染废水主要由退浆、煮练、漂白、丝光、染色和印花废水等构成，各工艺阶段工艺及使用化学药剂的不同导致排放到废水中的污染物种类繁多，废水水质之间存在的巨大差别增加了印染废水的处理难度。印染废水中主要污染物的可生化性较差，是一种典型的难降解有机废水。

2018年6月1日，《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》(DB 32/1072-2018)颁布实施，将纺织染整工业废水处理厂出水COD、总氮、氨氮、总磷等主要污染物排放标准分别提高至60mg/L、12mg/L、5mg/L、0.5mg/L，污水处理难度显著提高。为实现出水的达标排放，大部分污水处理厂在生化池需保障足够的水力停留时间，其中厌氧、缺氧和好氧段的水力停留时间一般分别不低于1h、3h和8h，且为实现氮磷的深度去除，生化池出水一般需要设置反硝化滤池进行深度脱氮、混凝沉淀过滤或气浮工艺，实现深度除磷，导致污水处理工艺流程过长，占地面积较大，且碳源、除磷药剂投加量较大，增加了运行费用，不利于低碳排放和循环经济发展模式。

发明内容

为了解决上述问题，本发明设计了MBBR/硫铁自养反硝化/活性焦吸附的印染废水处理组合工艺。该发明通过MBBR(Moving Bed Biofilm Reactor)作为有机物去除和氨氮降解的主要场所；硫铁自养反硝化实现硝态氮和磷酸盐的去除，完成脱氮除磷目标；活性焦进一步吸附去除残余的有机物，实现出水COD的稳定达标排放。该组合工艺运行费用较低，具有污染物高效去除和短流程的特征，符合当前印染废水处理高效便捷的发展方向。

本发明的第一个目的是提供一种印染废水污染物深度处理装置，所述装置依次设置有 MBBR池、沉淀池、中间水池、S-Fe滤池和活性焦吸附池；所述硫铁自养反硝化滤池设置填料层，填料层自下向上分布石粒和硫铁填料层；所述硫铁填料层包括硫粒和铁填料层，所述铁填料层上下设有承托层，中间设置筛网，所述承托层中设有布水孔；所述铁填料层是将铁屑放置于筛网中，所述铁填料层的侧面还设有铁填料置换开口。S-Fe滤池的作用是同时脱氮除磷。铁屑和硫粒直接形成混合层，容易使得铁屑和硫粒的板结，导致短流，不利于氮磷去除。以塑料球包裹的形式放置于硫填料中的填料结构虽能避免板结情况，但是这种结构不利于进行铁填料的更换。硫填料层中投加石粒的作用是均匀布水。

在本发明一种实施方式中，所述硫粒和铁填料层以交替排布的方式布置。本发明中的铁屑放置于筛网中，且以多级硫-铁排布方式布置，利于充分发挥铁化学除磷的效果，且当铁屑有所消耗不能满足除磷要求时，可通过置换开口进行铁填料的更换，方便快捷，有效避免了填料的板结和更换问题。

在本发明一种实施方式中，所述MBBR池下端设有进水泵，通过进水管与进水泵连接；所述曝气装置位于MBBR池底部，包括风机、曝气管和曝气器，所述风机位于MBBR池外部，通过曝气管与曝气器相连；所述曝气装置上方设有拦截网，所述拦截网为顶部敞口的箱型结构，所述拦截网被焊接固定在MBBR池上；所述拦截网内部设有悬浮填料。所述拦截网是防止悬浮填料进入沉淀池并堵塞污泥回流泵。

在本发明一种实施方式中，所述悬浮填料材质为高密度聚乙烯，填料结构为空心圆柱体，表面呈波纹褶皱状，内部由三层结构组成，内表面设有鳍片，填料内部构型表面和圆柱体外部受保护的褶皱处为填料的有效表面积，填料尺寸为Φ25*10mm，密度为0.96g/cm³，堆积密度为70.5kg/m³，空隙率＞90％，填充率为40％，比表面积为500m²/m³。悬浮填料所起的作用是在其表明附着生长生物膜，生物膜中生长有具有硝化及有机物降解功能的微生物，提高了单位容积生物量，可显著提高氨氮及COD的降解效率。

在本发明一种实施方式中，所述沉淀池呈倒锥形，所述沉淀池包括导流管、出水堰和集泥斗；所述导流管位于沉淀池中轴线，通过导管与MBBR池的出水口相连，所述出水堰位于沉淀池顶部，通过顶部出水口与中间水池相连；所述集泥斗位于沉淀池底部；所述沉淀池底部设置回流管，通过污泥回流泵，沉淀池与MBBR池形成双向连接。沉淀池的作用是实现泥水分离和回流；污泥回流泵的作用是将污泥回流至MBBR池，维持MBBR池的污泥浓度。

在本发明一种实施方式中，所述中间水池通过二次提升泵与S-Fe滤池相连。中间水池的作用是暂存沉淀池出水，以便连续泵入S-Fe滤池。

在本发明一种实施方式中，所述S-Fe滤池通过出水管与活性焦吸附池相连，所述活性焦吸附池内含有活性焦填料。

在本发明一种实施方式中，所述S-Fe滤池和活性焦吸附池均是下端进水，上端出水。

本发明的第二个目的是提供一种上述装置在印染废水处理中的应用。

本发明的第三个目的是提供一种印染废水污染物深度去除方法，所述方法是采用上述装置处理印染废水。

在本发明一种实施方式中，所述方法的具体条件为：MBBR的HRT(Hydraulicretention time，HRT)为8-10h，SRT(Sludge retention time，SRT)为20-25d，DO浓度为3-5mg/L， MLSS维持在7000-9000mg/L；沉淀池HRT为2.4-3h，表面水力负荷为1.0-1.25m³/(m²·h)；中间水池的HRT为0.8-1h；硫铁滤池的HRT为1.6-2h，滤速为0.39-0.48m/h；活性焦吸附池的HRT为0.8-1h，滤速为0.6-0.75m/h。

本发明的有益效果：

(1)本发明中悬浮填料所起的作用是在其表明附着生长生物膜，生物膜中生长有具有硝化及有机物降解功能的微生物，提高了单位容积生物量，可显著提高氨氮及COD的降解效率。

(2)现有技术中铁屑和硫直接形成混合层，容易使得铁屑和硫粒的板结，导致短流，不利于氮磷去除。以塑料球包裹的形式放置于硫填料中的填料结构虽能避免板结情况，但是这种结构不利于进行铁填料的更换。本发明中的铁屑放置于筛网中，且以多级硫-铁排布方式布置，利于充分发挥铁化学除磷的效果，且当铁屑有所消耗不能满足除磷要求时，可通过置换开口进行铁填料的更换，方便快捷，有效避免了填料的板结和更换问题。

(3)本发明在硫铁滤池后设置活性焦吸附池，是为了进行COD的深度去除。硫铁和活性焦吸附的双滤池深度处理工艺组合方式，可充分利用垂直空间，综合占地面积较传统工艺可节省30％以上，无需投加除磷药剂和有机碳源，运行费用节省40％左右，且无有毒有害副产物产生，是印染废水领域具有极大应用前景的新型高效处理技术。

(4)本发明将MBBR、硫铁自养反硝化和活性焦吸附三种工艺有机结合，形成互补的组合工艺，利用某印染工业园区废水处理厂原水作为反应器的进水进行试验，取得了良好的有机物及氮磷去除效果。MBBR工艺段实现COD的去除及氨氮的硝化；硫铁自养反硝化实现硝态氮及磷酸盐的去除，完成脱氮除磷过程。实验结果表明，该组合工艺出水COD、总氮、氨氮、总磷等主要污染物指标分别低于30mg/L、6mg/L、1.5mg/L、0.5mg/L，实现了污染物深度去除目标，可满足新一轮提标改造需求。此外，硫铁和活性焦吸附的双滤池深度处理工艺组合方式，可充分利用垂直空间，综合占地面积较传统工艺可节省30％以上，无需投加除磷药剂和有机碳源，运行费用节省40％左右，且无有毒有害副产物产生，是印染废水领域具有极大应用前景的新型高效处理技术。

附图说明

图1为本发明MBBR/硫铁自养反硝化/活性焦吸附组合工艺流程；

图2为本发明中硫铁填料的结构示意图；

其中，1：进水泵；2：风机；3：污泥回流泵；4：曝气器；5：悬浮填料；6：拦截网；7：MBBR池；8：沉淀池；9：石粒；10：硫粒；11：布水孔；12：承托层；13：铁填料置换开口；14：铁屑；15：S-Fe滤池；16：活性焦吸附池；17：活性焦填料；18：导流管；19：出水堰；20：集泥斗；21：中间水池；22：二次提升泵。

图3为MBBR工艺段对COD的去除效果。

图4为MBBR工艺段对总氮的去除效果。

图5为MBBR工艺段对氨氮的去除效果。

图6为MBBR工艺段对总磷的去除效果。

图7为组合工艺对总氮、氨氮、总磷及COD的去除效果。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解实施例是为了更好地解释本发明，不用于限制本发明。

总氮采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定(HJ636-2012)；总磷采用钼酸铵分光光度法测定(GB/T 11893-1989)；氨氮采用纳式试剂分光光度法测定(HJ535-2009)；化学需氧量COD采用重铬酸钾法测定(GB11914-1989)。

实施例1：MBBR/硫铁自养反硝化/活性焦吸附组合工艺装置

如图1和2所示，一种印染废水污染物深度处理装置，所述装置依次设置有MBBR池7、沉淀池8、中间水池21、S-Fe滤池15和活性焦吸附池16；所述MBBR池7下端设有进水泵 1，通过进水管与进水泵1连接；所述曝气装置位于MBBR池7底部，包括风机2、曝气管和曝气器4，所述风机2位于MBBR池7外部，通过曝气管与曝气器4相连；所述曝气装置上方设有拦截网6，所述拦截网6为顶部敞口的箱型结构，所述拦截网被焊接固定在MBBR池上；所述拦截网6内部设有悬浮填料5；所述拦截网6是防止悬浮填料5进入沉淀池8并堵塞污泥回流泵3。

所述悬浮填料5材质为高密度聚乙烯，填料结构为空心圆柱体，表面呈波纹褶皱状，内部由三层结构组成，内表面设有鳍片，填料内部构型表面和圆柱体外部受保护的褶皱处为填料的有效表面积，填料尺寸为Φ25*10mm，密度为0.96g/cm³，堆积密度为70.5kg/m³，空隙率＞90％，填充率为40％，比表面积为500m²/m³。悬浮填料作用是在其表明附着生长生物膜，生物膜中生长有具有硝化及有机物降解功能的微生物，可提高单位容积生物量，并提高氨氮及COD的降解效率。

所述沉淀池8呈倒锥形，所述沉淀池8包括导流管18、出水堰19和集泥斗20；所述导流管18位于沉淀池8中轴线，通过导管与MBBR池7的出水口相连，所述出水堰19位于沉淀池8顶部，通过顶部出水口与中间水池21相连；所述集泥斗20位于沉淀池8底部；所述沉淀池8底部设置回流管，通过污泥回流泵3，沉淀池8与MBBR池7形成双向连接。沉淀池的作用是实现泥水分离和回流；污泥回流泵的作用是将污泥回流至MBBR池，维持MBBR 池的污泥浓度。

所述中间水池21通过二次提升泵22与S-Fe滤池15相连。中间水池21的作用是暂存沉淀池出水，以便连续泵入S-Fe滤池15。

所述S-Fe滤池15设置填料层，填料层自下向上包括石粒9、硫铁填料层；所述硫铁填料层中包括硫粒10、铁填料层，所述铁填料层上下设有承托层12，所述承托层12中设有布水孔11；所述铁填料层中是将铁屑14放置于筛网中，所述铁填料层还设有铁填料置换开口13。所述硫粒和铁填料层以间歇排布的方式布置。S-Fe滤池的作用是同时脱氮除磷。铁屑和硫直接形成混合层，容易使得铁屑和硫粒的板结，导致短流，不利于氮磷去除。以塑料球包裹的形式放置于硫填料中的填料结构虽能避免板结情况，但是这种结构不利于进行铁填料的更换。本发明中的铁屑放置于筛网中，且以多级硫-铁排布方式布置，利于充分发挥铁化学除磷的效果，且当铁屑有所消耗不能满足除磷要求时，可通过置换开口进行铁填料的更换，方便快捷，有效避免了填料的板结和更换问题。硫填料层中投加石粒的作用是均匀布水。

所述S-Fe滤池15通过出水管与活性焦吸附池16相连，所述活性焦吸附池16内含有活性焦填料17。所述S-Fe滤池15和活性焦吸附池16均是下端进水，上端出水。

本发明的工作原理为：启动进水泵，将印染废水泵入MBBR池7，启动风机2，空气通过曝气器4，进入到MBBR池7中。MBBR池7中的活性污泥及生物膜利用空气中的氧气进行氨氮及COD的降解；通过拦截网6将悬浮填料5拦截在MBBR池7中，活性污泥在沉淀池8中进行泥水分离，污泥通过污泥回流泵3重新进入MBBR池7中，维持一定的污泥浓度，污水则进入到中间水池中，通过二次提升泵22进入到S-Fe滤池15中，通过硫自养反硝化及铁化学除磷实现污水中总氮及总磷的去除；之后污水进入到活性焦吸附池16中，进行 COD的深度去除。最终实现污水中COD、总氮、总磷、氨氮等污染物的去除，满足排放标准。

实施例2：MBBR工艺段运行效果

试验装置进水为某印染工业园区废水处理厂实际进水，其中COD浓度为323-871mg/L，平均值615mg/L；总磷浓度为3.38-12.08mg/L，平均值为6.16mg/L；总氮的浓度为12.3-30.5 mg/L，平均值为17.2mg/L，氨氮为总氮的主要组成成分，平均占比为66.6％；MBBR工艺通过在悬浮填料上富集好氧微生物，形成生物膜，尽可能大地发挥泥膜混合工艺的效能，强化氨氮及有机物的降解；所述方法的具体条件为：MBBR的HRT(Hydraulicretention time， HRT)为8-10h，SRT(Sludge retention time，SRT)为20-25d，DO浓度为3-5mg/L，MLSS 维持在7000-9000mg/L。如图3-图6所示，MBBR工艺段出水COD已稳定在100mg/L以下，平均去除率在85％以上；氨氮浓度稳定在1.5mg/L以下，平均去除率均在90％以上，总氮和总磷的平均去除率分别为41.3％和30％。

实施例3：MBBR/硫铁自养反硝化/活性焦吸附组合工艺运行效果

MBBR工艺段的作用为降解进水中的有机物，并通过硝化作用将氨氮降解为硝态氮。硫自养反硝化是通过在硫填料表面富集脱氮硫杆菌，形成自养脱氮生物膜，以硫作为电子供体， NO₃ ^--N作为电子受体，进行反硝化作用，实现污水中氮的去除；所述方法的具体条件为： MBBR的HRT(Hydraulic retention time，HRT)为8-10h，SRT(Sludge retentiontime，SRT) 为20-25d，DO浓度为3-5mg/L，MLSS维持在7000-9000mg/L；沉淀池HRT为2.4-3h，表面水力负荷为1.0-1.25m³/(m²·h)；中间水池的HRT为0.8-1h；硫铁滤池的HRT为1.6-2h，滤速为0.39-0.48m/h；活性焦吸附池的HRT为0.8-1h，滤速为0.6-0.75m/h。

如图7所示，硫铁自养反硝化滤池进水总氮范围为8.1-13.4mg/L，平均值为9.6mg/L；出水氨氮范围为1.3-5.3mg/L，平均值为2.83mg/L，平均去除率为70.5％，在无外加碳源的情况下，实现了深度脱氮目标。硫铁滤池中的铁屑为工业副产物，来源广泛且价格低廉，可不断中和硫自养反硝化所产生的H⁺，析出的铁离子又可与磷酸盐结合生成磷酸铁沉淀，从而实现磷的去除。硫铁滤池进水总磷浓度范围为1.53-4.32mg/L，平均值为2.91mg/L；出水总磷浓度范围为0.13-0.48mg/L，平均值为0.33mg/L，平均去除率为88.7％，在无除磷药剂投加的情况下实现了深度除磷目标。硫铁滤池进水氨氮的浓度范围为0.13-1.2mg/L，平均值为 0.56mg/L；出水范围为0.2-1.1mg/L，平均值为0.49mg/L，平均去除率为21.4％。硫铁滤池进水COD的浓度范围为61-97.5mg/L，平均值为78.6mg/L；出水范围为0.1-0.9mg/L，平均值为0.44mg/L，平均去除率为21.4％。

活性焦工艺段的主要作用是吸附去除残余的有机物，活性焦工艺段进水COD浓度范围为 61-97.5mg/L，平均值为78.6mg/L；出水COD浓度在15-24mg/L之间，均在30mg/L以下，平均值为20mg/L，实现了COD的深度去除。此外，活性焦工艺段对于总氮、氨氮和总磷等指标有一定的去除率，但并不明显。进水总氮浓度范围为8.1-13.4mg/L，平均值为9.6mg/L，出水浓度范围为1.2-5.4mg/L，平均值为2.7mg/L；进水氨氮范围为0.2-1.1mg/L，平均值为0.49mg/L，出水氨氮范围为0.1-0.9mg/L，平均值为0.44mg/L；进水总磷浓度范围为0.13-0.48 mg/L，平均值为0.33mg/L，出水总磷浓度范围为0.11-0.45mg/L，平均值为0.31mg/L。

对比例1：

将实施例1中的硫铁填料替换成硫粒和铁粒的直接混合的填料，其他条件或者参数与实施例1一致。由于填料板结严重，出水总氮波动性较大，出水浓度范围为3.4-8.7mg/L，平均去除率仅为60％；此外，出水总磷的浓度范围为0.25-0.64mg/L，平均值为0.41mg/L，存在15％的概率超过0.5mg/L，无法实现稳定达标排放。

对比例2：

将实施例1中的硫铁填料替换成铁屑以塑料球包裹的形式填充在硫粒中间的填料，其他条件或者参数与实施例1一致。当铁屑消耗完后，进行了铁填料的更换，但由于铁屑以塑料球包裹的形式填充，需逐个拆解，铁填料的更换时间为46h，在此期间无法进行有效的水处理，影响生产；而采用实施例1中的硫铁填料层进行铁填料的更换所需的时间为4h，显著缩短了铁填料更换时间，极大地减小了对于正常污水处理的影响。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims

1.一种印染废水污染物深度处理装置，其特征在于，所述装置沿污水处理方向依次设置有MBBR池、沉淀池、中间水池、S-Fe滤池和活性焦吸附池；所述硫铁自养反硝化滤池设置填料层，填料层自下向上分布石粒和硫铁填料层；所述硫铁填料层包括硫粒和铁填料层，所述铁填料层上下设有承托层，中间设置筛网，所述承托层中设有布水孔；所述铁填料层是将铁屑放置于筛网中，所述铁填料层的侧面还设有铁填料置换开口；所述硫粒和铁填料层以交替排布的方式布置。

2.根据权利要求1所述的一种印染废水污染物深度处理装置，其特征在于，所述MBBR池下端设有进水泵，通过进水管与进水泵连接；所述曝气装置位于MBBR池底部，包括风机、曝气管和曝气器，所述风机位于MBBR池外部，通过曝气管与曝气器相连。

3.根据权利要求2所述的一种印染废水污染物深度处理装置，其特征在于，所述曝气装置上方设有拦截网，所述拦截网为顶部敞口的箱型结构，所述拦截网被焊接固定在MBBR池上；所述拦截网内部设有悬浮填料。

4.根据权利要求1所述的一种印染废水污染物深度处理装置，其特征在于，所述沉淀池呈倒锥形，所述沉淀池包括导流管、出水堰和集泥斗；所述导流管位于沉淀池中轴线，通过导管与MBBR池的出水口相连，所述出水堰位于沉淀池顶部，通过顶部出水口与中间水池相连；所述集泥斗位于沉淀池底部；所述沉淀池底部设置回流管，通过污泥回流泵，沉淀池与MBBR池形成双向连接。

5.根据权利要求1所述的一种印染废水污染物深度处理装置，其特征在于，所述中间水池通过二次提升泵与S-Fe滤池相连。

6.根据权利要求1所述的一种印染废水污染物深度处理装置，其特征在于，所述S-Fe滤池通过出水管与活性焦吸附池相连，所述活性焦吸附池相连含有活性焦填料。

7.权利要求1-6任一所述的一种印染废水污染物深度处理装置在印染废水处理中的应用。

8.一种印染废水污染物深度去除方法，其特征在于，所述方法是采用权利要求1-6任一所述的一种印染废水污染物深度处理装置处理印染废水。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法的具体条件为：MBBR的HRT为8-10h，SRT为20-25d，DO浓度为3-5mg/L，MLSS维持在7000-9000mg/L；沉淀池HRT为2.4-3h，表面水力负荷为1.0-1.25m³/(m²·h)；中间水池的HRT为0.8-1h。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述方法的具体条件为：硫铁滤池的HRT为1.6-2h，滤速为0.39-0.48m/h；活性焦吸附池的HRT为0.8-1h，滤速为0.6-0.75m/h。