怎樣去除印染廢水中的碳、氮、硫

2020-12-07 中國水網

印染廢水的主要汙染特徵為可生化性差、有機物含量高、色度深, 是工業廢水處理研究中被關注的重點水汙染源.隨著含氮含硫染料和化學助劑的使用, 印染廢水也伴隨著氮、硫的汙染, 已有學者開始重視氮的去除研究, 而硫的去除常被忽視.印染廢水中的硫主要以硫酸鹽和硫化物兩種形態存在, 《紡織染整工業水汙染物排放標準》(GB 4287—2012)對硫化物的排放提出了要求, 硫酸鹽本身對環境沒有危害, 但其在一定條件下能夠轉化為硫化物, 進而危害環境.針對印染廢水特點及其治理研究的現狀, 本文研究採用了「UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)-缺氧好氧-混凝沉澱」組合工藝, 以蘇州一家印染企業排放的綜合性印染廢水為處理對象進行中試研究, 最終實現了有機物、色度、氮、硫的同步去除, 並且在對調試成功的數據分析的基礎上初步研究了各個反應器內的氮、硫轉化去除機理. UASB作為該組合工藝中的核心反應器, 對實現同步去除COD、脫氮、除硫起到了關鍵作用.因此, 本文在前期研究基礎上, 從對最佳工況條件下運行數據分析、微生物學菌種鑑定和小試3個方面, 重點對UASB反應器內碳、氮、硫的協同去除機理進行研究, 以期為後續研究提供理論參考.

材料與方法

1.1 中試概況

中試在蘇州某印染廠進行, 該廠以印染純棉纖維、滌綸、腈綸和棉混紡織物為主, 排放的是綜合性印染廢水.廢水pH為7.0~10.0, 水溫為30~40 ℃, 其它主要指標為CODCr 452~775 mg˙L-1、BOD5 98~185 mg˙L-1、色度400~600倍、NH4+-N 22.5~40.6 mg˙L-1、TN 70.3~102.3 mg˙L-1、NO3--N 1.2~1.8 mg˙L-1、TP 0.3~0.5 mg˙L-1、SO42- 44.7~80.3 mg˙L-1、S2- 32.5~41.8 mg˙L-1、SS 225~400 mg˙L-1, 未檢測出NO2--N和單質硫(S0).

中試裝置於2014年3月啟動成功, 然後進行參數優化得出：控制UASB水力負荷0.4 m3˙m-2˙h-1(冬季反應器溫度低於15 ℃時降至0.3 m3˙m-2˙h-1), 活性汙泥A反應器DO=0.5~0.8 mg˙L-1, B反應器DO=0.2 mg˙L-1, 接觸氧化反應器採用漸減曝氣且氣水比為12:1, 混凝劑PAC(10%)和PAM(0.1%)投加量分別為1.2 mL˙L-1和0.9 mL˙L-1, 絮凝30 min, 實現了C、N、S的同步去除, 出水指標達到並優於《紡織染整工業水汙染物排放標準》(GB4287—2012)的直接排放標準, 且連續半年運行表明, 工藝穩定.具體工藝流程如圖 1所示.

圖 1中試系統工藝流程圖

1.2 UASB反應器

1.2.1 中試裝置

UASB為目前應用廣泛的高效厭氧反應器之一, 優於普通水解酸化池.反應器由汙泥反應區、氣液固三相分離器、沉澱區和氣室組成, 具體如圖 2所示.反應器規格為2 m×2 m×5 m(長×寬×高), 均分為4個單元, 有效容積18 m3, 三相分離器(共4個)高0.8 m, 集氣罩斜面坡度60°, 沉澱區斜面高度0.4 m、坡度55°, 布水區高0.8 m, 超高0.4 m, 設計進水流量1 m3, 即水力負荷0.25 m3˙m-2˙h-1.由提升泵抽取, 從底部分兩道進水, 並採用環形均勻布水方式, 具體如圖 2中底視圖所示.接種汙泥取自蘇州某汙水廠二沉池含水率82%的剩餘汙泥, 接種量15 g˙L-1.反應器先採用低負荷啟動, 原水經自來水稀釋至CODCr為200 mg˙L-1, 用硫酸調節pH為7.0~8.0, 以0.6 m3˙h-1連續進水, 5 d後逐步減少自來水用量, 提高進水COD, 經過15 d馴化, 鬆散汙泥轉變為絮狀汙泥.再以原水作為進水, 以正常負荷啟動, 並逐步提高水力負荷至設計值0.25 m3˙m-2˙h-1, 經過40 d培養, 形成了顆粒汙泥, 粒徑為0.9~3.5 mm, 沉降性良好, MLVSS約48 g˙L-1, VSS/SS為0.51, CODCr去除率為35%~41%, 即反應器啟動成功.由於進水水溫為30~40 ℃, 反應器內能夠達到中溫消化所需的溫度.

圖 2 UASB反應器示意圖(a.剖視圖, b.頂視圖, c.底視圖; 1.進水, 2.汙泥層, 3.懸浮層, 4.三相分離器, 5.沉澱區, 6.出水, 7.氣體)

1.2.2 小試裝置

小試反應器採用有機玻璃自製, 尺寸為15 cm×100 cm(直徑×高度), 外置加熱棒於水中進行水浴加熱, 控制為中溫消化, 接種汙泥取自中試UASB反應器內已培養好的顆粒汙泥, 溫度控制與汙泥濃度同中試UASB反應器.由於小試反應器接種汙泥取自已培養好的顆粒汙泥, 因此, 無需長時間菌種培養.進水取自中試系統進水, 調節pH為7.0~8.0, 連續運行5 d, 出水即達到了中試UASB反應器的出水標準, 啟動成功.

1.3 檢測方法

1.3.1 常規指標檢測

COD、色度、NH4+-N、TN、TKN、NO3--N、NO2--N、S2-、SO42-、SS、TP測定按國家環保總局發布的《水和廢水監測分析方法》(第4版)進行;溫度、pH採用可攜式測定儀(HACH, America, SensION1)測定;BOD5測定採用BOD快速測定儀(HACH, America, TrakTMⅡ);對於S0的測定, 有研究得出可以採用液相色譜法和分光光度法, 本文採用分光光度法.

1.3.2 微生物檢測

汙泥樣品取自中試UASB反應器汙泥層, 取樣後裝入無菌袋密封, 利用實時螢光定量PCR, 並委託上海歐易公司採用454高通量測序技術進行微生物菌群鑑定, 實驗流程為：①DNA提取：使用E.Z.N.A Soil DNA試劑盒(OMEGA公司)抽提基因組DNA, 並用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測抽提DNA完整性;②PCR擴增：按指定測序區域合成帶有5′454 A、B接頭-特異引物3′的融合引物, PCR儀為ABI GeneAmp9700型, 採用TransGen TransStart Fastpfu DNA Polymerase AP221-02型聚合酶, 每個樣品3個重複, 將同一樣品PCR產物混合後用2%瓊脂糖凝膠電泳檢測, 並用AXYGEN公司的AxyPrepDNA凝膠回收試劑盒切膠回收, Tris-HCl洗脫;③螢光定量：參照電泳檢測結果, 將PCR產物用QuantiFluorTM-ST螢光定量系統(Promega公司)進行檢測定量, 之後按照每個樣品測序量進行相應比例混合;EmPCR和Roche GS FLX+測序所用試劑分別為Roche GS FLX Titanium EmPCR Kits(Lib-L)和Roche GS FLX+ Sequencing Method Manual _XLR70 kit;④生物信息學分析：去除序列末端後引物和接頭序列、低質量鹼基、barcode標籤序列、前引物序列, 丟棄長度短於200 bp、模糊鹼基數>0、序列平均質量低於25的序列, 提取非重複序列, 與Silva資料庫中已比對的核糖體序列資料庫(16S/18S, SSU)進行比對, 並採用Mothur軟體將OTU中序列與Silva資料庫比對, 找出最相近且可信度達80%以上的種屬信息.

編輯：王媛媛

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