ABR-BAF组合工艺处理制革综合废水.pdf

水 污 染 治 理 ABR- BAF 组合工艺处理制革综合废水 * 钟华文谢文玉李德豪廖艳 广东石油化工学院化工与环境工程学院， 广东 茂名525011 摘要 针对制革综合废水有机污染浓度高的特点， 采用厌氧折流板反应器 ABR -曝气生物滤池 BAF 新工艺处理， 试 验研究了 ABR 和 BAF 的启动以及水力停留时间 HRT 、 有机负荷及其他因素对处理效果的影响。试验结果表明 ABR 在 HRT 为 12 h、 水温 25 ～ 37 ℃ ， BAF 在 HRT 为 2. 5 h、 DO≥2. 0 mg/L 的条件下， 组合工艺对制革综合废水的 COD 平均去除率达 88 ， 出水 COD、 SS、 色度、 总铬等指标达 DB 44 /262001 广东省地方标准水污染物排放限值 一 级标准。 关键词 制革废水; 厌氧折流板反应器 ABR ; 曝气生物滤池 BAF ; COD TREATMENT OF TANNERY WASTEWATER BY ABR － BAF PROCESS Zhong HuawenXie WenyuLi DehaoLiao Yan College of Chemical and Environment Engineering ，Guangdong University of Petrochemical Technology， Maoming 525011， China AbstractAiming at high strength organics content in tannery wastewater，the ABR-BAF process was used to treat the wastewater. It was experimentally studied the influences of the biological device startup， hydraulic retention time HRT ， organic load and other factors on treatment effect.The wastewater was treated by the combined process under optimal conditionsHRT of 12 h to ABR and temperatures range from 25 ℃ to 37 ℃ ，HRT of 2. 5 h to BAF and DO≥2. 0 mg/L. The results showed that the average removal percentage of COD was more than 88 ，and effluent quality could reach the first-order of“Water Pollutants Emission Limit in Guangdong” DB 44 /262001 . Keywordstannery wastewater;anaerobic baffled reactor ABR ;biological aerated filter BAF ;COD * 广东省茂名市科技计划项目 2006021 。 0引言 目前， 我国皮革行业每年排放生产废水达 1 亿 t 以上 ［ 1］。制革废水具有有机污染浓度高， 悬浮物质 多， 水量大， 废水成份复杂的特点。制革综合废水处 理按流程， 分为一级处理部分和二级处理两部分。一 级处理工艺由格栅、 调节池和沉淀池组成。由于制革 废水有机污染物浓度高， 悬浮物高， 并含有一定的色 度， 为了降低二级处理工艺的污染负荷， 采用化学混 凝和絮凝气浮工艺或沉淀处理工艺作为强化一级处 理的处理系统也日趋增多。二级处理工艺目前主要 以生物处理为主导工艺， 在处理有机污染浓度较高的 制革废水时， 主体构筑物可采用厌氧 － 好氧联合处 理 ［ 2］， 最大限度地发挥各段处理工艺的优势， 这样既 能保证出水水质， 又相对减少能耗， 降低运行费用。 本试验采用厌氧折流板反应器 ABR－ 曝气生物滤 池 BAF 组合工艺处理制革综合废水， 处理水质达 DB 44 /262001 广东省地方标准水污染物排放限 值 一级标准。 1试验部分 1. 1水样 试验水样来自某皮革厂排放的制革综合废水。 经隔渣和混凝沉淀池预处理后的废水水质情况见 表 1。 该废水经物化预处理后， 废水中 SS 和总铬已达 DB 44 /262001 一级标准; 但其 COD、 BOD5含量较 高， 色 度 未达 排 放要 求; 可生化 性 B /C 在 0. 28 ～ 0. 45， 平均 B /C 值为 0. 35， 生化性一般。 表 1试验废水水质 项目 ρ COD / mg L － 1 ρ BOD5 / mg L － 1 ρ SS / mg L － 1 色度 / 倍 ρ 总铬 / mg L － 1 废水水质500 ～ 900160 ～ 300 10050 ～ 80 1. 0 排放标准1002060401. 5 1 环境工程 2011 年 4 月第 29 卷第 2 期 1. 2装置 1. 2. 1ABR 的结构和设计 ABR 是一个由多隔室 大多为 4 个 组成的新型 高效厌氧反应器 结构示意见图 1 ， 反应器内设置一 系列垂直安装的折流板， 使废水在反应器内沿折流板 上下流动， 水流流经的总长度比一般反应器长， 再加 上折流板的阻挡及污泥的沉降作用， 微生物能被有效 地截留在反应器中。ABR 运行时是一个整体为推 流、 各隔室为全混的反应器， 因而可获得稳定的处理 效果 ［ 3］。 试验用的 ABR 由 PVC 制成， 整个反应器安置在 水浴夹套内， 通过 WMZK- 01 型温度控制仪控制水 温。ABR 整体设计为长方体， 长、 宽、 高分别为 600， 200， 400 mm， 有效容积约 36 L。ABR 分为 4 个隔室， 每室由一个降流区和一个升流区组成， 降流区和升流 区的水平宽度比为 1∶ 4， 折流挡板底部转角为 60。 图 1 ABR 结构示意 1. 2. 2BAF 的结构和设计 BAF 使用一种新型的粒状填料， 具有池容小、 出 水质量高、 流程简单等优点 ［ 4- 6］。试验设计的 BAF 由 90 mm 的 PVC 管 内径 80 mm 制成， 采用上向流 式， 结构示意见图 2， 主要由生物反应过滤区、 曝气装 置、 反冲洗装置等三部分组成。生物反应过滤区主要 由滤料层组成， 滤料层采用粒径 2 ～ 3 mm 的轻质生 物陶粒， 填充高度为 1 500 mm， 滤料体积约 7. 5 L; 垫 层采用 10 ～ 20 mm 的碎石， 厚度 200 mm。BAF 所需 空气通过布设在碎石垫层内的穿孔曝气管直接进入生 物滤料层。反冲洗装置采用配气 － 配水联合系统， 设 计时把配气管与曝气管合并， 配水管与进水管合并。 1. 3微生物培养和试验方法 试验采用动态方法进行启动和研究。首先进行 装置微生物培养和启动运行， 待运行稳定后， 再进行 不同水力停留时间 HRT 和各种操作条件对废水处 理效果影响的研究。 1. 3. 1ABR 微生物培养和启动 取制革厂储水池底泥作为 ABR 接种污泥， 取接 种污泥 15 L 左右， 引入前述试验废水至 ABR 中培养 图 2 BAF 结构示意 厌氧颗粒污泥。因试验期间气温为 10 ～ 25 ℃ ， 因此 通过水浴夹套的温控装置来调节反应器水温 30 1 ℃ 。首先采用低负荷培养， 制革综合废水ρ COD 在 500 ～ 900 mg/L， 通过较长的 HRT 以确保 ABR 在 低负荷条件培养和启动。开始时 HRT 约36 h; 培养 15 d 后， 缩短 HRT 至 24 h 以提高容积负荷和水力负 荷; 再培养 15 d 后， 缩短 HRT 至 12 h， 此时 COD 容积 负荷≥1. 2 kg/ m3d 。培养时间共 50 d， COD 去除 率达 50 ， 反应器内出现颗粒粒径为0. 2 ～ 0. 4 mm 污泥颗粒。维持一段时间， 进水 HRT 为 12 h， COD 去 除率稳定达 60 以上。 1. 3. 2BAF 微生物培养和启动 选取城市污水厂曝气池活性污泥经沉淀后作为 BAF 的接种污泥， 共接种污泥 2 L， 将 ABR 出水引入 进行好氧污泥培养。开始时仅引入 ABR 出水流量的 1 /3 左右; 2 d 提高流量至出水流量的 1 /2 左右; 4 d 后 ABR 全 部 出 水 进 入 BAF。该 厂 制 革 综 合 废 水 ρ NH3-N ≤5 mg/L， BAF 无需刻意培养硝化菌， 5 ～ 7 d异养菌培养完成。 2结果与讨论 2. 1HRT 对处理效果的影响 通常废水处理系统的效能可由污染物的去除速 率和出水水质两个因素确定， 仅当二者都处于相对较 高水平时， 系统的整体效能为最佳。根据笔者所在课 题组多年对 BAF 处理各种废水的研究 ［ 7- 9］， 设计 BAF 的 HRT 为 2. 2 ～ 3. 0 h， 此时 BAF 的效能较高。 为了确定 ABR 处理系统的最佳 HRT， 调节进水 pH 为 6. 8 ～ 7. 8， 保持 ABR 恒温 30 1 ℃ ， 对进水 流量 1. 8， 2. 2， 3. 0， 4. 5， 9. 0 L/h 对应的 HRT 分别是 20， 16， 12， 8， 4 h 分别运行 1 周， 考察 ABR 对主要污 染指标 COD 的去除情况， HRT 与处理效果的关系见 图 3。 2 环境工程 2011 年 4 月第 29 卷第 2 期 图 3 HRT 与处理效果的关系 由图 3 可知， 当 HRT 8 h 时， 平均进水负 荷 ≥2. 2 kg/ m3d ，且COD 去 除 负 荷 达1. 2 kg/ m3d ， 但出水中 COD 仍较高， ρ COD ≥345 mg/L， COD 去除率 50 。这说明废水处理时间较 短， 低于污染物降解所需时间， 使得系统的整体效能 没有得到充分发挥。当 HRT≥12 h 时， 出水 ρ COD 247 mg/L， COD 去除率达 66 以上， 且 COD 去除 负荷也达到 1. 0 kg/ m3d 左右。但如果过度延长 HRT， 污染物的去除负荷较低、 而出水水质却变化不 大， 且增加处理装置的容积， 经济上不合算。因此， 综 合考虑， 设计 ABR-BAF 处理系统的废水处理量为 3. 0 L/h， 对应 ABR 和 BAF 的 HRT 分别为 12 h 和 2. 5 h。 2. 2进水负荷对处理效果的影响 试验期间废水 ρ COD 为 500 ～ 900 mg/L， 设计 ABR 最佳 HRT 为 12 h、 水温约 30 ℃ 运行， 则 COD 进 水负荷对废水处理效果见图 4。 图 4进水负荷与处理效果的关系 由图 4 可知， 当进水负荷较低时， ρ COD ≤900 mg/L， COD 容积负荷 2. 0 kg/ m3d ， 随着进水 COD 浓度和进水负荷的变化， 出水较稳定， 且 COD 去除率稳定在 58 ～ 70 ， 说明 ABR 厌氧处理制革 综合废水具有较高的稳定性。随着容积负荷的增高， ABR 的去除负荷上升较快， 且呈线性增长关系， 说明 在一定的负荷范围内， 适当提高 ABR 的进水负荷， 可 以加速厌氧反应速率， 提高污染物去除速率 去除负 荷 ， 从而提高反应器效能。 2. 3影响处理效果的其他因素 2. 3. 1溶解氧 ABR 中微 生 物 为 厌 氧 菌， 因 此 控 制 其 溶 解 氧 DO 为零。BAF 为好氧生物工艺， 因此 DO 是影响 其处理效果的重要因素。对于一般的好氧生物处理， 为了供给好氧微生物降解有机物充足的 DO， 其 DO 质量浓度一般须达 3 ～ 4 mg/L。但试验发现， BAF 技 术在无硝化任务时， 对 DO 的要求较低， 只要控制其 DO≥2 mg/ L， 就可满足 BAF 异养型微生物对 DO 的 需求， 保证处理效果。试验采用微型曝气机曝气， 当 曝气达到气水体积比为 10 时， BAF 内的 DO 可达 2 mg/L以上。 2. 3. 2水温 试验中处理制革综合废水的 ABR 厌氧微生物为 中温菌。试验研究了低温对 ABR 性能的影响， 结果 表明在设计的负荷条件下， ABR 温度在 25 ～ 37 ℃ 变 化时， 对 COD 去除无明显影响。但当温度降至 20 ℃ 以下时， 处理效率下降较明显， 主要原因是低温降低 了中温厌氧菌的代谢速率。在低温时因为厌氧未达 到预处理目的， 加重了后期好氧阶段的负荷， 使得出 水未达到处理要求。 2. 4ABR-BAF 组合工艺处理效果分析 ABR-BAF 组合工艺运行 2 个月， 工艺和操作参 数见表 2。试验期间对制革综合废水的主要污染指 标 COD、 SS、 色度和总铬进行了连续采样分析， 统计 结果见表 3。 表 2 试验工艺参数 项目试验规模 / L h － 1 HRT/h气水体 积比 / L L － 1 DO / mg L － 1 pH水温 / ℃ ABR3. 012006. 8 ～ 7. 830 BAF3. 02. 510≥2. 06. 5 ～ 7. 830 尽管 进 水的 各 污染 物 浓 度 变 化 较 大， 但 是 经 ABR-BAF 组合工艺处理后， 出水水质比较稳定， 废水 中 COD、 SS、 色度、 总铬的总去除率分别达 88. 3 、 68. 3 、 66. 7 、 42. 9 ，处 理 效 果 较 好。 ABR 对 COD 的平均去除率达 66 ， BAF 对 COD 的平均去除 率达 65 。ABR 处理制革综合废水的平均 COD 去 除负荷约为 1. 0 kg/ m3d ， 负荷较小， 这是由于该 废水的 COD 不是很高以及为保证后续出水达标， 从 而适当延长反应时间; ABR 是一种零能耗的工艺， 对 制革企业来说可节约运行成本。BAF 的平均去除负 3 环境工程 2011 年 4 月第 29 卷第 2 期 荷达 1. 5 kg/ m3d ， 比常规活性污泥法高 1 倍左 右， 说明 BAF 是一种处理时间短、 去除负荷高的好氧 生物技术。由于 BAF 工艺还具有处理水质好的特 点， 因此后续处理选用 BAF 工艺可进一步保证出水 水质达到规定要求。随着有机物的降解， 其色度也逐 渐降低。制革废水的总铬主要靠化学沉淀方式去除， 确保总铬含量达排放标准。试验结果表明， 制革综合 废水经 ABR-BAF 组合工艺处理后， 出水各项水质指 标均达 DB 44 /262001 一级标准。 表 3试验统计结果 项目 进水ABRBAF 范围平均范围平均去除率 /范围平均去除率 / 总去除 率 / 标准 ρ COD / mg L － 1 500 ～ 900735210 ～ 27024766. 465 ～ 948665. 288. 3100 ρ SS / mg L － 1 1008250 ～ 806520. 715 ～ 332660. 068. 360 色度 /倍50 ～ 806020 ～ 5030508 ～ 302033. 366. 740 ρ 总铬 / mg L － 1 1. 00. 7 0. 80. 528. 6 0. 70. 420. 042. 91. 5 3结论 1采用 ABR-BAF 组合工艺处理制革综合废水， 设计 HRT 分别为 12 h 和 2. 5 h， 处理出水水质达 DB 44 /262001一级标准。 2ABR 与 BAF 是当前厌氧与好氧生物工艺的 新型 技 术， 对 COD 的 平 均 去 除 率 分 别 为 66 和 65 ，对COD的 平 均 去 除 负 荷 分 别 为 1. 0 kg/ m3d 和 1. 5 kg/ m3d 。 参考文献 ［1 ］ 魏业香， 戴红， 唐英 . 制革废水处理技术现状及展望［J］ . 西南 给排水， 2010， 32 1 25- 27. ［2 ］ 谢文玉， 钟华文， 廖艳， 等 . 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