來源:北極星節能環保網 發布時間:2016-11-13 分類:技術熱點
印染廢水的主要污染特征為可生化性差、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污染源.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、硫的污染, 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, 《紡織染整工業水污染物排放標準》(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, 本文研究采用了“UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)-缺氧好氧-混凝沉淀”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, 并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、微生物學菌種鑒定和小試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, 以期為后續研究提供理論參考.
1、 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).
中試裝置于2014年3月啟動成功, 然后進行參數優化得出:控制UASB水力負荷0.4 m3˙m-2˙h-1(冬季反應器溫度低于15 ℃時降至0.3 m3˙m-2˙h-1), 活性污泥A反應器DO=0.5~0.8 mg˙L-1, B反應器DO=0.2 mg˙L-1, 接觸氧化反應器采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, 出水指標達到并優于《紡織染整工業水污染物排放標準》(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, 優于普通水解酸化池.反應器由污泥反應區、氣液固三相分離器、沉淀區和氣室組成, 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°, 沉淀區斜面高度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, 并采用環形均勻布水方式, 具體如圖 2中底視圖所示.接種污泥取自蘇州某污水廠二沉池含水率82%的剩余污泥, 接種量15 g˙L-1.反應器先采用低負荷啟動, 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后逐步減少自來水用量, 提高進水COD, 經過15 d馴化, 松散污泥轉變為絮狀污泥.再以原水作為進水, 以正常負荷啟動, 并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, 形成了顆粒污泥, 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.由于進水水溫為30~40 ℃, 反應器內能夠達到中溫消化所需的溫度.
UASB反應器示意圖
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.污泥層, 3.懸浮層, 4.三相分離器, 5.沉淀區, 6.出水, 7.氣體)
1.2.2 小試裝置
小試反應器采用有機玻璃自制, 尺寸為15 cm×100 cm(直徑×高度), 外置加熱棒于水中進行水浴加熱, 控制為中溫消化, 接種污泥取自中試UASB反應器內已培養好的顆粒污泥, 溫度控制與污泥濃度同中試UASB反應器.由于小試反應器接種污泥取自已培養好的顆粒污泥, 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采用便攜式測定儀(HACH, America, SensION1)測定;BOD5測定采用BOD快速測定儀(HACH, America, TrakTMⅡ);對于S0的測定, 有研究得出可以采用液相色譜法和分光光度法, 本文采用分光光度法.
1.3.2 微生物檢測
污泥樣品取自中試UASB反應器污泥層, 取樣后裝入無菌袋密封, 利用實時熒光定量PCR, 并委托上海歐易公司采用454高通量測序技術進行微生物菌群鑒定, 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, 并用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, 采用TransGen TransStart Fastpfu DNA Polymerase AP221-02型聚合酶, 每個樣品3個重復, 將同一樣品PCR產物混合后用2%瓊脂糖凝膠電泳檢測, 并用AXYGEN公司的AxyPrepDNA凝膠回收試劑盒切膠回收, Tris-HCl洗脫;
③熒光定量:參照電泳檢測結果, 將PCR產物用QuantiFluorTM-ST熒光定量系統(Promega公司)進行檢測定量, 之后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:去除序列末端后引物和接頭序列、低質量堿基、barcode標簽序列、前引物序列, 丟棄長度短于200 bp、模糊堿基數>0、序列平均質量低于25的序列, 提取非重復序列, 與Silva數據庫中已比對的核糖體序列數據庫(16S/18S, SSU)進行比對, 并采用Mothur軟件將OTU中序列與Silva數據庫比對, 找出最相近且可信度達80%以上的種屬信息。
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