臭氧-生物活性炭系统处理印染废水低温启动研究.pdf

臭氧 － 生物活性炭系统处理印染废水低温启动研究 * 白祖国杨小俊蔡亚君秦新林 武汉纺织大学纺织印染清洁生产教育部工程研究中心， 武汉 430200 摘要 为探讨低温条件下臭氧 － 生物活性炭系统处理印染废水的挂膜启动方法， 采用臭氧氧化、 活性炭吸附、 生物氧 化、 活性炭生物再生共同作用， 对印染废水二级处理出水进行深度处理。实验结果表明 低温条件虽然延长了系统的 挂膜启动时间， 但不影响挂膜质量， 22 d 后挂膜启动完毕， 浊度、 色度、 COD 去除率分别为 68. 76 、 73. 2 、 60 ， 出水 水质良好且稳定。 关键词 臭氧;生物活性炭;印染废水 LOW- TEMPERATURE START STUDY ON THE TREATMENT OF DYEING WASTEWATER BY OZONE- BIOLOGICAL ACTIVATED CARBON SYSTEM Bai ZuguoYang XiaojunCai YajunQin Xinlin Research Centre for Clean Production of Textile Printing of Ministry of Education， Wuhan Textile University，Wuhan 430200， China AbstractTo discuss the treatment of dyeing wastewater by using ozone-biological activated carbon system under the condition of low temperature， ozone oxidation， active carbon adsorption， biological oxidation， and biological activated carbon regeneration interaction were used to treat secondary effluent of dyeing wastewater． Experimental results showed that although low temperature conditions prolonged start-up time of the system，did not affect the quality of membrane hanging． After 22 d， microbial biofilm was over． The removal rates of turbidity，colority and COD were 68. 76 ，73. 2 and 60 ， the effluent quality was good and stable． Keywordsozone;biological activated carbon;dyeing wastewater * 武汉市科技攻关计划项目“在线反洗滤布过滤沉淀一体化技术与设 备” 200960223072 ; 湖北省教育厅科学技术研究计划优秀中青年人才项 目 “臭氧 － 固定化生物活性炭浓度处理印染废水研究” Q20111612 。 0引言 印染行业用水量大、 回用率低、 水资源浪费严重， 因此将印染废水进行深度处理并回用， 不仅节约大量 的新鲜水用量， 而且直接减少了废水污染物的排放 量， 对促进印染行业可持续发展具有重要意义， 也是 全社会节约用水、 实现节能减排的迫切要求 ［1］。 臭氧 － 生物活性炭 O3-BAC 技术是基于臭氧氧 化水中有机物， 并提高污水生化性的一种深度处理工 艺。该工艺是将臭氧预氧化、 活性炭吸附、 生物氧化、 活性炭生物再生四种技术合为一体的工艺。国内外 采用的挂膜方法主要可分为 3 种 自然挂膜法、 接种 污泥法和复合挂膜法 ［2］。 目前对于低温条件下臭氧 － 生物活性炭系统挂 膜启动的相关研究较少。本文通过探讨用于深度处 理城市污水的臭氧 － 生物活性炭系统的低温挂膜过 程， 为类似条件下工程设计及挂膜研究提供参考。 1实验部分 1. 1实验装置 该实验装置包含气浮池， 微波无极紫外光催化氧 化罐， 中间水池和 BAC 反应塔及其附属设备， 工艺流 程如图 1 所示。 图 1臭氧 － 生物活性炭深度处理工艺流程 1. 2原水水质 原水为山东某印染厂生化处理尾水， 水质情况见 表 1。 21 环境工程 2013 年 2 月第 31 卷第 1 期 表 1原水水质 ρ COD / mg L － 1 色度 /倍浊度 /NTUT/℃ 260 ～ 300300 ～ 32080 ～ 1004 ～ 18 1. 3低温挂膜启动方法 一般低于20 ℃ 条件下， 生物反应器启动有一定 困难 ［3］。对于臭氧 － 生物活性炭系统， 常温挂膜需 1 ～ 3 周。由于温度是影响挂膜的关键因素， 低温条 件下启动需要更长的时间。 本实验将室温控制35 ℃ ， LB 菌种扩大培养， 菌 液在 OD600值达到 1. 2 后投加至 BAC 罐中进行低温 挂膜。投菌挂膜前先气 － 水联合反冲洗活性炭， 以 BAC 罐清水区水样清澈为标志， 再按臭氧 － 生物活 性炭系统 1‰体积比将 LB 菌液投入系统， 共计 8 次， 每次 1 ～ 2 d， 控制循环流量 6 ～ 10 m3/h， 每天循环完 后将 BAC 罐中水置换成经过30 mg/L臭氧处理的原 水。8 d后， 进水流量采用 3， 6， 9 m3/h分别运行 3 d， 控制臭氧量30 mg/L， 并于第 2 天反冲洗 1 次。 2结果与讨论 2. 1低温下 BAC 罐清水区 OD600变化 取 BAC 罐清水区水进行 OD600测试结果如图 2 所示。 图 2BAC 罐清水区 OD600变化结果 实验在冬季进行， 室温在零度左右， 经过混凝气 浮和臭氧 30 mg/L 氧化后水温在 3 ～ 11 ℃ 。整个 挂膜阶段投入 8 次菌液， 共850 L， 用时8 d。在对活 性炭反冲洗后， 前 7 次均是在菌液 OD600达到 1. 2 后， 投入100 L， 循环时间控制1 d/ 次; 第 8 次是在菌液 OD600达到 1. 2 后， 投入150 L， 循环1 d， 每次循环完后 将 BAC 罐中水置换为经 30 mg/L 臭氧处理的原水。 8 次投菌数据以第 4 次数据最为详尽， 图 2 所显 示为第 4 次投入菌液后 BAC 罐的变化情况， 表明 在 BAC 罐清水区， OD600随着循环时间的增加而逐渐降 低。原因为 水温过低影响了微生物的生长， 致使其 部分死亡; 微生物附着于活性炭表面或截留于活性炭 空隙间， 使水中基本无微生物。 2. 2挂膜过程中臭氧 － 生物活性炭系统对污染物的 去除 2. 2. 1浊度的去除情况 臭氧 － 生物活性炭系统对浊度的去除情况如图 3 所见。 图 3挂膜阶段浊度去除效果 由 图 3 所 知进 水 浊 度 变 化 较 大 62 ～ 85. 1 NTU ， 均值为77. 5 NTU。出水浊度随着挂膜时 间的推移基本维持稳定在25 NTU， 均值为24. 2 NTU， 去除率在 58. 75 ～ 75. 62 ， 平均为 68. 76 。 原因分析 在初期， 污水中的微生物和投加的微 生物菌种吸附在活性炭滤料上形成初期微生物膜。 由于初期微生物膜的截留吸附作用和活性炭滤料的 吸附作用， 使浊度得到一定程度的去除。挂膜第 12 天， 出水浊度稳定在 20 ～ 22 NTU， BAC 对 SS 去除率 保持在 70 以上， 截留的 SS 可以通过反冲洗有效地去 除。当进水浊度有一定波动时， 仍然能保证出水水质。 2. 2. 2色度的去除情况 臭氧 － 生物活性炭系统对色度的去除情况如图 4 所示。 图 4挂膜阶段色度去除效果 由图 4 所知 进水色度波动较大， 均值为 204. 3 31 环境工程 2013 年 2 月第 31 卷第 1 期 倍。出水色度随着进水色度的变化略有波动， 均值为 57. 1 倍。去除率在 61. 91 ～80 ， 平均值为 72. 3 。 原因分析BAC 罐对色度的去除主要有 3 种途 径 1 AC 为非极性吸附剂， 根据极性相同物质相互 亲和的原理， AC 能选择性的从水中吸附弱极性和非 极性物质， 对水体中的染料等有色物质有较好的吸附 性; 2 AC 上的微生物吸附、 氧化分解废水中可生物 降解的染料; 3 BAC 反应器内的轮虫、 纤毛虫等原生 动物可以吞食有色细菌和微小的污泥质点， 从而降低 出水色度 ［4］。本实验由于活性炭的强大吸附作用和 初期微生物膜的截留吸附作用， 使污水色度得到一定 程度去除。印染厂 12 月份运行不稳定， 生化尾水水 质恶化， 出水色度偏高， 但从图 4 可知， 挂膜后期， 出 水色度稳定在 70 倍 ～ 80 倍， 去除率稳定在 65 ， 从 而说明 O3-BAC 系统对色度的去除抗冲击能力强。 2. 2. 3COD 的去除情况 臭氧 － 生物活性炭系统对 COD 去除情况如图 5 所示。 图 5挂膜阶段 COD 去除效果 由图 5 所 知 进 水 ρ COD变 化 较 大 202 ～ 255 mg/L ， 平均为 224 mg/L。出水 COD 随着进水 COD 变化略有波动， 均值为 112 mg/L。COD 去除率 在 37. 45 ～ 59. 61 ， 平均为 57. 52 。 原因分析 从图 5 可以看出， 挂膜初期 AC 表面 的生物 量 很 少， 但 对 COD 的 去 除 率 却 很 高， 可 达 40 以上。这是由于此时温度在 10 ～ 18℃ ， 多数有 机物在水中的溶解度会随着温度的降低而减小， 因此 在低温条件下更容易被 AC 吸附， 即低温下 AC 对有 机物的吸附能力较强， 此时 BAC 对 COD 的去除主要 依赖于 AC 的吸附作用。随着炭粒上附着的生物膜 量的不断增加， AC 表面的吸附作用减小， 由于挂膜 期间水温较低， 微生物的活性不高， 新陈代谢慢， 生物 降解作用增强的速率缓慢， 到挂膜的第 10 天， BAC 对 COD 的去除率降至 42 。之后随着水温的不断 上升， 炭粒上的微生物数量不断增加， 对有机物的生 物降解作用不断增强， 对 COD 去除率维持在 55 ～ 60 。挂膜后期， 随着炭粒表面生物膜的成熟， BAC 对 COD 去除率可保持在 60 左右。 3结论 1 臭氧 － 生物活性炭 O3-BAC 系统依靠臭氧预 氧化、 活性炭吸附、 生物氧化、 活性炭生物再生的共同 作用来去除有机物。 2 挂膜所采用的 LB 菌种在低温 4 ～ 18 ℃ 条 件下能正常生长繁殖， 在低温条件下22 d可得到处理 效果稳定的生物膜， 浊度、 色度、 COD 去除率分别稳 定在 68. 76 、 72. 3 、 60 ， 出水水质良好且稳定。 3 臭氧 － 生物活性炭 O3-BAC 系统具有一定的 抗冲击负荷能力， 但因容量有限， 仍需防止二级处理 出水大幅波动， 以确保处理出水达到排放标准。 参考文献 ［1］王宇峰， 陶星名， 孙建平， 等． 曝气生物滤池在印染废水回用处 理中的应用［J］． 水处理技术，2009， 35 11 69． ［2］Bacquet G，Joret J C，Rogalla F，et al．Biofilm start-up and control in aerated filter［J］． Environmental Technology， 1991 12 747- 756． ［3］杨婧雯， 江霜英， 刘昭丽， 等． 上向流曝气生物滤池的低温启动 试验［J］． 水处理技术， 2011， 37 1 112． ［4］徐绮坤， 汪晓军． 曝气生物滤池在印染废水处理中的应用［J］． 环境科学与技术， 2010， 33 6 177- 180． ［5］孙根行， 李敏， 郭椙梓， 等． 印染废水生物活性炭深度处理研究 ［J］． 水处理技术， 2011， 37 2 106． ［6］姚宏， 马放， 李圭白， 等． 臭氧 － 生物活性炭工艺深度处理石化 废水［J］． 中国给水排水， 2003， 19 6 39- 41 作者通信处杨小俊430200武汉市江夏区阳光大道一号武汉纺 织大学纺织印染清洁生产教育部工程研究中心 E- mail509914042 qq． com 2012 － 05 － 11 收稿 41 环境工程 2013 年 2 月第 31 卷第 1 期