退浆印染废水预处理UASB.docx

退浆印染废水预处理UASB-厌氧水解工艺印染废水具有水质水量变化大、难降解浓度高、色度高、P (BOD5)P (COD) 低等特点，一直是我国水污染控制的难点和重点。印染废水处理面临两方面挑战: 一方面纺织染整印染废水新标准的执行；另一方面，新型助剂等难降解物质的使 用，造成印染废水处理难度越来越大。退浆印染废水中含有难降解的聚乙烯醇(PVA)、COD高、P (BOD5)P (COD) 低，止匕外，PVA排入水体后还会加快底泥中重金属的释放与迁移。目前，退浆印 染废水处理方面有：氯氧化工艺、臭氧氧化工艺、零价铁FentOn工艺、高效菌 降解，这些工艺往往存在运行成本高、污泥产量大、运行效果难以稳定的不足。 UASB作为第二代高效厌氧反应器，常被运用于纺织废水的前处理中， Senthilkumarm等采用双uasb工艺处理纺织废水，在最优条件下对CoD的最大 去除率为53. %,Somasiriw等发现双UASB能够有效去除pva及其他有机污染物。 本文采用“UASB-厌氧水解”组合工艺预处理高浓度PVA印染废水，重点考察了 组合工艺的处理效果和影响因素。1、试验材料与方法1.1 试验装置试验采用“UASB-厌氧水解”工艺预处理退浆印染废水，试验装置示意见图 Io蓄水桶容积150L, PE材料;UASB I , UASBII,厌氧水解反应器尺寸均为直径 20cm,高80cm,有机玻璃柱材料;蠕动泵3台，型号为BTlOo-2J。图1试验装置退浆印染废水流入UASBI反应器和UASBII反应器，在顶端部分出水流入后续厌 氧水解反应器，部分回流UASB反应器底部。厌氧水解部分出水去二级生物处理, 部分回流至底部。UASBl反应器和UASBIl反应器并联运行，当实际的水量小于 设计水量的60机寸，只运行其中的一个UASB反应器，另一个只进行微生物调控。UASB反应器中接种颗粒污泥，外观黑色，平均粒径l3mm;厌氧水解池中接 种絮状污泥，平均粒径0. 20. 4mm。主要参数见表1。表1主要运行参数项目HRT/h温度凡MISS/(mgL l)p(D()/(mgL'*)容积负荷/(kgam ,d ,)PH值混合液回 流比/%2530 -3 40.25 -6.5 -25 -UASB反应器40403 6O0.357.54015 -30 -2 IOO 0.20J5 -6.015 -厌勤水解池20402 3030.256.5201.2 试验用水江苏某印染企业年产印染布5000万m;主要染料：活性染料;部分还原染料 和硫化染料;主要助剂：尿素、海藻酸钠、表面活性剂、增白剂、工业NaoH、保 险粉、过氧化氢；试验用水取自污水处理调节池单元。该调节池主要收集退浆、蒸煮、漂白工 艺过程中所产生的废水，具体水质指标见表2。表2试的水质mgL IPH值p(COD)P(PVA)P(BOD5)Zp(COD)P(NHLN)7.5 - 8.52 500 4 500l - 2500.03 - 0.0635-651. 3试验方法COD采用重铭酸钾法测定;TN采用碱性过硫酸钾消解-紫外分光光度法测 定;NH3-N采用纳氏试剂分光光度法测定;B0D5采用稀释与接种法测定;PH值采用 pH计测定。PvA浓度采用改进的Finely法。产甲烷菌中辅酶F420含量采用硼酸 -碘化钾紫外分光光度法测定。采用日本日立公司的S-4800型扫描电子显微镜 (SEM)观察厌氧颗粒污泥表面。污泥的EPS采用离子交换树脂技术提取。采用意酮试剂法测定EPS中糖的含量，采用改进的Lowry法测定EPS中蛋白质和腐殖酸 的含量。2、结果与讨论2. 1 UASB反应器对退浆废水处理效果3. 1. 1 UASB反应器对PVA的去除UASB反应器对PVA的去除效果见图2。SB进水L ASB出水2005025010 20 30 40 50 60 70 80 90 IOOuo 120图2 UASB反应器对PVA去除效果由图2可知，12Od的试验结果表明，退浆废水水质水量变化大。试验PVA进水 质量浓度最大为250mgL,最小为IOOmg/L,平均为170mgL0出水PVA浓度随 着UASB反应器的运行逐渐升高，第10天时出水质量浓度为50mgL,在60d后 出水PVA质量浓度逐渐达到稳定状态，最大为180mgL,最小为150mgL,平均 为160mgL,这表明了在UASB反应器运行初期对PVA的降解效果并不明显，这 是因为反应器内的颗粒污泥性质更易于降解可降解有机物，对于PVA这种难降解 有机物，去除效果并不明显。但当反应器运行至第60天时，PVA浓度逐渐趋于 平稳，出水质量浓度为150180mgL,这说明了随着反应器的运行，反应器内部 还是驯化并富集了一定的PVA降解菌，最终保证了出水PVA浓度的稳定。2. 1. 2 UASB反应器对COD的去除UASB反应器对COD的去除效果见图3o4 5004 0(-二笆<ou N50-b- UASB 进水 - UASB出水 去除率40图3 UASB反应器对CoD的去除效果由图3可知，虽然进水COD浓度波动较大，但是UASB反应器对COD去除效果较 好。试验COD进水质量浓度最大值4500mgL,最小值2500mgL,平均值3300mgL; 出水CoD质量浓度最大值2200mgL,最小值1500mgL,平均值1920mgL,平均 去除率为43. 8%。在反应初期，进水COD随着UASB的时间增加，CoD去除率也逐 渐增大，当反应进行到60d时，CoD去除率逐渐下降，原因是PvA在反应器内的 富集抑制了厌氧微生物对各有机污染物的降解去除。一般来说，PVA对厌氧微生 物的细胞活性影响不大，但当PVA超过一定浓度时，会增加溶液的黏度，导致底 物和产物在溶液中的扩散速度降低。2.2 UASB厌氧反应器中颗粒污泥特性2. 2. 1 SEM 结果采用SEM观察UASB厌氧反应器中颗粒污泥情况，分别在600, 3000倍数下 其表面微观形态，结果见图4。(a)(b)(c)图4厌氧颗粒污泥SEM结果由图4可知，SEM结果显示,UASB反应器中驯化并富集一定数量的厌氧产甲烷菌。 图4(a)中平均粒径为广3mm,黑色，呈不规则椭球状。图4(b)中污泥表面比较 松散，孔洞交错，这是因为孔洞有利于吸附降解废水中的有机污染物，同时，也 有可能是因为一些难降解物质抑制了部分微生物的活性，导致污泥表面的损伤。 由图4(c)可知，厌氧颗粒污泥表面的微生物主要为丝状菌，主要由短节状的圆 柱形杆相连接而成，杆径约为0.5 Um,属于典型的产甲烷菌，这表明在UASB反 应器内也逐步驯化并富集一定数量的厌氧产甲烷菌。2. 2. 2辅酶F420含量UASB反应器中辅酶F420含量随运行时间的变化见图508 (XX)6 OOO4 0002 000"d图5 UASB反应器中辅酶Fg质量比随运行时间的变化由图5可知，UASB反应器中辅酶F420含量随运行时间的变化逐步升高，污泥 的产甲烷活性不断增强。F420含量曲线随UASB运行呈“S型”，在反应器运行 初期，F420含量上升较为缓慢，当运行至第50天时，F420含量上升较快，最终 在第90天时F420含量趋于平稳。这是因为在反应初期，UASB反应器正逐渐驯 化和富集厌氧产甲烷菌，但部分产甲烷菌随出水一同流走，导致初期F420含量 上升较缓慢;当运行至第50天时，反应器中PVA逐渐富集，质量浓度约为 150mgL,研究表明大分子的PvA具有一定粘度，能够增强产甲烷菌之间的粘性, 减少了产甲烷菌随出水的流失，导致F420含量的快速增加；当运行至90d时，反 应器中的产甲烷菌达到饱和，最终F420质量比稳定在70009000 gg02. 2. 3 EPS组分分析选取PVA质量浓度为0（未加入印染废水），50, 100, 150mgL时的厌氧颗粒 污泥，进行EPS组分分析，UASB反应器中不同PvA浓度下EPS含量见表3。表3不同PVA质量浓度下EPS质量比p(PVA)(mgL,)( EPS)(mgg,)多糖蛋白质腐殖酸0409.56371.27106.875022 318.29 281.524 253l23 034.39 382.426 46515028 897.58 986.424 363由表3可知，随着PVA浓度的升高，多糖浓度逐步增加，蛋白质和腐殖酸浓度先 升高后降低。当PVA质量浓度为O时，多糖、蛋白质及腐殖酸浓度均很低。当加 入印染PVA废水时，多糖、蛋白质、腐殖酸浓度分别提高了 54.5, 25.0, 228.8 倍。研究表明，EPS是细菌和其它微生物产生分泌的用于自我保护和相互粘附的 天然有机物，当外界刺激细菌或者微生物时，EPS含量会相应发生变化。该试验 中，随着印染废水中PVA浓度的不断增加，厌氧颗粒污泥EPS中多糖、蛋白质和 腐殖酸含量均表现出一定的变化趋势，可能是因为在一定的浓度范围内，随着污 染物PvA浓度的增加，微生物细胞无法将所有碳源用于细胞合成，多余的碳源被 转化成胞内聚合物和在EPS中积累的胞外高分子物质。2. 3 UASB-厌氧水解组合工艺对污染物的去除2. 3. 1 UASB-厌氧水解组合工艺对PVA和COD的去除厌氧水解工艺对UASB出水中的COD, PVA去除效果较好，PVA质量浓度稳定 小于20mgL,去除率大于80乐COD质量浓度稳定在9001100mgL范围内，平 均去除率42. 3机 相比UASB反应阶段，在厌氧水解阶段PVA的去除率更高，其 原因主要是UASB反应器对PVA这种难降解有机物去除效果不明显，PVA的去除 量低于其他有机污染物的去除量，PVA有“浓缩富集”的趋势，经UASB反应器 后废水的P (PVA)/P (COD)由0. 041提升至0. 0720正因PVA的“浓缩富集”， 导致了后续厌氧水解阶段中PVA降解菌的富集，进一步强化了 PvA的去除。2.3.2 UASB-厌氧水解组合工艺对P (B0D5)p (COD)的提高UASB-厌氧水解组合工艺中P (B0D5)p (COD)变化情况见图7。1.0图7 UASB-厌氧水解组合工艺中P(BOD5)/P(COD)变化8 6 4 2 0.0.0.0.由图7可知，UASB出水P(BoD5)/P(CoD)较低，尤其是当PvA质量浓度稳定 在150180mgL时，废水可生化性极差，P (B0D5)p (COD) <0. 09,经过厌氧水 解后，大分子难降解有机物被水解成小分子有机物，可生化性有所提高，在反应 器运行初期，P(BOD5)/P(COD)在0.280.4范围内波动，当运行至80d时，P (B0D5)p (COD)稳定在0.35,可生化性有明显的改善。3、结论(1)采用“UASB+厌氧水解”组合工艺预处理退浆印染废水，CoD去除率大于 75%,出水CoD质量浓度为90(100mgL, PVA去除率大于90%,出水PVA质量 浓度小于20mgL,预处理效果较好，可生化性明显改善，为后续生物二级处理 提供保障。(2)UASB反应器对PVA的去除率效果不明显，随着PVA在UASB反应器中的 富集，CO