酸析预处理-A/O法处理碱减量印染废水的研究

1 前言

目前，随着印染行业碱减量加工技术的大量使用，排放的印染废水浓度增大，处理困难。碱减量是近几年发展很快的工艺，它的主要作用是用来改善涤纶织物服用性能，将织物用烧碱溶液进行处理，按减量率使织物表面的高聚物水解，减量后的涤纶具有丝绸般的柔顺感，水解产物主要是对苯二甲酸(Terephthalic Acid，简称TA)和乙二醇(Ethylene Glycol，简称EC)，因对苯二甲酸在pH>12的碱性废水中，其酸根离子又与氢氧化钠的钠离子发生置换，最终以人肉眼看不见的有机盐对苯二甲酸钠(DT)溶解在废水中，这种废水就是俗称的碱减量废水^[1]。经调查表明，碱减量废水水量仅占印染废水总水量的5％～10％，但CODcr占50％以上。碱减量废水的有机浓度高(COD通常大于10000mg/l)、碱性大(pH大于12)；其产生的CODcr80%来自涤纶水解产物对苯二甲酸TA，可生化性差，难以直接生化和物化处理，与其它印染废水混合后致使废水污染严重，处理难度加大。如果将碱减量废水进行预处理，拿掉大部分的COD，再和其它印染废水混合，这样就能大幅度降低废水的有机浓度。因此，本试验是研究经预处理的碱减量废水和印染废水混合后进行生化处理的效果如何。

碱减量废水的预处理主要有酸析法和絮凝法。酸析法用酸量大，COD去除率70％以上^[2]，处理成本高，但酸析可以高效地回收TA，TA具有很好的市场价值。假定碱减量废水CODcr为10000mg/l，加硫酸进行酸析，将回收的TA进行出售，除去成本及运行费用，大概可获利近3元/吨碱减量废水。因此，酸析法处理碱减量废水在印染厂已得到逐步推广应用。絮凝法常用的絮凝剂有PCM、FeCl₃等。石宝龙等人^[3]采用复合无机盐PCM处理碱减量废水，当PH＝11～12，投药量为1000mg/l时，COD去除率可达75％以上。权衡环境效益、经济效益、社会效益，本试验采用酸析预处理碱减量工艺废水，然后再和其它印染废水混合进行生物处理。

2 试验部分

2．1试验装置与工艺流程

根据印染废水加入难处理的碱减量废水，以及传统好氧处理难使它降解的特点，本试验取经酸析预处理的碱减量废水和其它印染废水混合，采用A₁／A₂／O法处理，A₁、A₂段为兼氧池(即水解酸化)，O段为生物接触氧化池，其中A₂段悬挂组合填料。试验装置及工艺流程图见图1。

1——调节池；2——兼氧池；3——生物接触氧化池；

4——沉淀池；5——恒流泵；6——空压机。

图1  水解酸化-生物接触氧化试验装置及流程图

经酸析预处理的碱减量废水与其它印染废水混合进入调节池，由于混合废水中缺少微生物所必需的营养成分，因此按比例投加一定的N、P元素以满足生物代谢的需要。以后在生产上可以加入厂区内生活污水的方法来达到同样的目的。经调节池的废水用恒流泵打进水解酸化池，然后自流至生物接触氧化池，最后在二沉池进行泥水分离。

水解酸化池A₁段设置搅拌器，目的是为了防止污泥沉于池底；A₂段设置组合填料，将活性污泥法与生物膜法相结合，以提高水解酸化池污泥层的稳定性及微生物量。

水解酸化多应用于处理含难降解有机物、可生化性不高的工业废水。本工艺利用有机物厌氧分解过程中的水解、发酵阶段的特点，将某些大分子的难降解有机物转化为易微生物降解的小分子有机物，从而改善废水的可生化性，为后续好氧处理创造有利条件。参与水解酸化过程的微生物比甲烷菌生长繁殖快，对环境条件如温度、pH等的要求也较低，易在常规处理过程中实现。      

2．2试验废水水质指标，见表１。

表１   水质指标

2．3试验工况条件，见表2。

表2   试验工况条件

3 试验结果

生物接触氧化池气水比为(15-20)：1，二沉池的污泥全部回流至水解酸化池A₁段进行自身消化。系统稳定运行后，当进水平均COD为800mg/l时，容积负荷为0.56kgCODcr/(m3·d)，出水COD为75.7mg/l，系统总去除率为90.5%。其中各生物处理单元的去除率：A₁、A₂两段累积去除率为35%，O段去除率为85.4%。系统中BOD₅、TA、色度的总去除率分别为97%、94%、90%。水解酸化池A₁段TA浓度有所上升，因为污泥吸附TA的原因导致TA浓度的累积，当污泥吸附饱和后，A₁段的TA浓度不再上升，并且不会影响其后各单元的处理效果。

不同进水浓度时，系统中COD、TA的去除结果如下，见表3。

表3　系统连续运行两个月的部分试验结果

4 结论

(1)染料分子大多数是难降解的有机物，单纯采用好氧处理很难被分解，且脱色效果较差。水解酸化使废水中大分子和难降解的有机物被断链而为细胞外酶分解为小分子有机酸，悬浮和胶体状的有机物水解成可溶性物质，从而破坏染料分子的发色基团，降低色度，较大程度地改善了废水的可生化性，为后续的好氧生物处理创造了良好的条件^[4]。同时水解产生的有机酸可以有效地中和废水的碱度，将pH值降至10.5以下，节省加酸调pH值的费用。

(2)TA在A₁段几乎不被降解，但是在好氧段易被降解，说明TA可以被微生物分解，而且可以作为某些微生物的唯一碳源而被降解，属好氧生物降解的有机物。好氧微生物降解TA的途径为：TA→羟基对苯二甲酸→间羟基苯甲酸→原几茶酸→开环裂解→三羧酸循环→CO₂、H₂O。只要控制合适的水力停留时间和气水比，TA是可生物降解的。好氧处理选用生物接触氧化法，其主要优点是耐冲击负荷较高，剩余污泥产生少，而且相对活性污泥法减少了污泥膨胀现象的产生。

(3)将污泥回流至水解酸化池，一方面可以增大进水端的污泥浓度，降低污泥负荷，提高耐冲击负荷的能力；另一方面污泥可以进行自身消化，这样基本上可以实现污泥的零排放。

[参考文献]

[1]孙国华,肖志明.兼氧生物膜法处理聚酯碱减量废水预处理工艺.石油化工环境保护,1997,(3):23-24.

[2]郭茂新,周慧华.碱减量废水处理技术试验研究.工业用水与废水,2000,31(2):23-25.

[3]石宝龙,李海英,柳容展.PCM对涤纶碱减量废水预处理的研究.青岛大学学报,1997,12(3):10-13.

[4]牛樱,等.兼氧-好氧工艺处理高浓度化工废水[J].工业水处理,2000,20(8):8-10.