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高色度废水关键处理技术及成本分析!

发表时间:2019-04-05浏览次数:0次

色度是工业废水的一个重要水质污染指标,比如发酵制药废水以及印染废水,因其色度高、难脱色而成为废水处理的一个难点!

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水污染色度


色度的危害:水体中的植物如藻类需要阳光进行光合作用,产出氧气可供应给动物。色度高,光进不去,植物不能光合作用。久而久之,该地段水体中的植物死去,生态平衡遭到了破坏。

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色度成因分析


根据引起水体色度的物质物理性质,可以将水体颜色分为表色和真色两种。表色是指没有去除水中悬浮物的水体颜色;而真色则是由于水中溶解性物质引起来的,也就是去除水中悬浮物后的颜色。通常我们所提到的色度所指的就是真色。一般引起水体色度升高的原因有可能是有机物,也有可能是金属离子或者是螯合物。


01有机物对色度的贡献


通常认为高色度污水来源于染料生产和印染行业,因为染料生产基本原料是苯系、奈系、蒽醌系以及苯胺、硝基苯、酚类等。其实这种认识是片面的,在制药废水、木糖生产废水、色素生产废水、酶制剂生产废水、山梨醇生产废水、造纸废水、部分有机化工废水中,废水都是有色度的,而且其色度的变化随着污水处理单元的变化而变化,比如厌氧出水显深青色,到了好氧处理出水却变成了红色或红褐色等等。这主要与有机物在结构组成上所包含的发色基团和助色基团有关。


所谓发色基团是指含有共轭双键或共轭大键,可吸收紫外光以及可见光区域内不同波长的光波而发色的基团。发色基团有可能包括:-C=C-、-C=O、-CHO、-N=O、-NO2、-C=S、-C=N-、-N=N-、芳环和杂芳环等等。所谓助色基团,是指本身吸收波段在紫外区(短波段),若将其接到共轭体系或发色基团上,则可使共轭键或者发色基团的光吸收波段移向长波方向的基团,废水中的发色基有可能包括:-OH、-OR、-NH2、-SH、-Br和-CL等。


02金属离子及螯合物对色度的贡献


据资料显示,水体里存在的某些过渡金属离子及螯合物对水体色度的产生也有一定的影响。尤其在工业废水中,水质波动性很大,随机性强。很多时候废水中含有Fe(Ⅱ、Ⅲ)、Mn(Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ)、Cu(Ⅱ)等金属离子以及螯合物,而这些过渡金属离子和螯合物对污水的色度都有一定的贡献。

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高色度废水处理难点


01

不易生化


高色度污水的排放致使废水的COD浓度增高,至使BOD5/COD值较低,一般为0.2~0.4,不易生化;且曝气池微生物对多变化的染料及染料中间体难以适应,对微生物产生不良影响。已有报道表明,含偶氮色素的染料废水可以用活性污泥法进行处理,但由于染料的种类不同,有时会发生妨碍活性污泥中微生物的呼吸现象。


02

毒性很大


染料生产一般是芳香族化合物苯环上的氢被卤素、硝基、胺基取代后生成芳香族卤素化合物、芳香族硝基化合物、芳香族胺类化合物等,毒性都较大,如甲苯、硝基苯、苯胺等。染料废水还经常含有重金属毒物:铜、铅、锌、铬、汞、氰离子等。据资料表明,一般活性污泥法和常规的生物反应器都难以将苯胺类化合物生物降解,而且苯胺类化合物还是其它化合物生物降解的抑制剂,表现出抑制作用。


03

对曝气池微生物的影响


在正常工艺运行状态下活性污泥系统中,钟虫属、累枝虫属、有肋盾纤虫属等占有很大优势,此时活性污泥发育正常,沉降性能及生物活性良好,出水水质较高,处理效果较好。据资料显示,当高色度废水流入曝气池时,原生动物的反应最敏感,其中最容易受影响的是盾纤虫属。


废水色度去除方法


目前应用的废水处理技术上看,能有效去除废水色度的方法有吸附法、混凝法、生物法、膜分离法、化学氧化法以及电絮凝法等。

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物理法


聚氯化铝铁混凝处理方法能够达到50~90%的去除率,这种方法对于还原染料、硫化染料、分散染料、直接染料以及水中的胶体物质去除效果都十分理想,COD去除率50%~80%,色度去除率能达到80%~90%。但是混凝沉淀脱色方法对个别水质处理效果却不理想,比如酸性、活性、阳离子和金属络合染料铝在50%~60%。聚氯化铝铁和传统的混凝剂相比,形成絮团速度更快,絮团大,沉淀更快,对于有色废水处理效果更好。

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吸附脱色


吸附脱色技术是依靠吸附剂的吸附作用来脱除色度。通常采用的吸附剂包括可再生吸附剂如活性炭、离子交换纤维等和不可再生吸附剂如各种天然矿物(膨润土、硅藻土)、工业废料(煤渣、粉煤灰)及天然废料(木炭、锯屑)等。目前用于吸附脱色的吸附剂主要靠物理吸附,但离子交换纤维、改性膨润土等也有化学吸附作用。

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絮凝脱色


?混凝脱色是利用絮凝剂絮凝废水中的成色物质沉淀而进行脱色。絮凝脱色技术,投资费用低,设备占地少,处理量大,是一种被普遍采用的脱色技术。无机混凝剂包括金属盐类和无机高分子絮凝剂。广泛使用的金属盐类有铝盐和铁盐;无机高分子絮凝剂是在传统的金属盐絮凝剂的基础上发展起来的一类新型水处理药剂,具有适应性强、无毒,并可成倍提高效能而相对价廉等优势,受到了迅速发展和广泛应用。有机高分子絮凝剂,聚丙烯酰胺(PAM)的应用最多,它有非离子型、阳离子型和阴离子型三种。

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化学法

氧化法脱色

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化学氧化法脱色是指用氯、ClO2、O3、H2O2、HClO4及次氯酸盐等的氧化性,在一定条件下使废水中的发色基团发生断裂或改变其化学结构,从而达到废水脱色的目的。主要包括化学氧化、光催化氧化和超声波氧化等。虽然具体工艺不同,但脱色机制却是相同的。化学氧化是目前研究较为成熟的方法。氧化剂一般采用Fenton试剂(Fe2+-H2O2)、臭氧、氯气、次氯酸钠等。

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臭氧氧化法在国外应用较多,研究表明,臭氧用量为0.886gO3/g染料时,淡褐色染料废水脱色率达80%;研究还发现,连续运转所需臭氧量高于间歇运行所需臭氧量,而反应器内安装隔板,可减少臭氧用量16.7%。因此,利用臭氧氧化脱色,宜设计成间歇运行的反应器,并可考虑在其中安装隔板。臭氧氧化法对多数印染废水脱色能有很好的效果,但对硫化、还原、涂料等不溶于水的染料脱色效果较差。从国内外运行经验和结果看,该法脱色效果好,但耗电多,大规模推广应用有一定困难。 


光催化氧化技术是在光化学氧化技术的基础上发展起来的,与光化学法相比,有更强的氧化能力,可使有机污染物降解更彻底。研究发现,光催化氧化技术是一种能有效提高废水可生化性的工艺。结果表明,光催化氧化法可有效去除难生物降解污染物,且可使废水完全脱色。光氧化法处理印染废水脱色效率较高,但设备投资和电耗还有待进一步降低。


?电化学法脱色


电化学作为一种新型绿色工艺,主要以电子为试剂发生得失电子反应,利用其产生的强氧化性、无二次污染的羟基自由基或强氧化活性物质处理高浓度有毒难降解废水,以其无需添加化学试剂、不易产生有毒中间产物、能量消耗低、效率高、污染小、易于操作等优点,被称为“环境友好”技术。


电化学法通过电极反应使废水得到净化。根据电极反应方式划分,电化学方法可细分为内电解法、电絮凝和电气浮法、电氧化法。


生物法


生物处理法:对染料工业高色度废水处理去除率一般在50%~60%之间。生物法脱色利用微生物酶来氧化或还原有色分子,破坏其不饱和键及发色基团而达到脱色目的。主要采用厌氧+好氧工艺,严格控制各项工艺参数,对微生物菌种进行驯化培养。

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废水生物处理法


发酵废水与印染废水


去除污水的色度的机理,根据色度形成机理的不同可以分为两类:对由有机物引起色度的脱色,其主要机理就是通过各种途径打开其发色集团的共轭双键或共轭大键而脱色;对由金属离子或螯合物引起的色度的脱色,其主要机理就是去除金属离子或螯合物。目前国内常见高色度污水脱色方法技术简要介绍如下。


01

发酵废水


高浓度的维生素C生产母液废水有机物含量大、色度很高,是维生素C发酵废水中色度和COD的主要来源,且其盐分含量高、有机物成分复杂、水质波动大的特性对于传统的生物处理方法会造成抑制。


维生素C生产过程复杂,产生各种各样的废水,其中部分废水为高色度有色废水,很难处理。目前,国内外对维生素C生产废水处理研究,以生物法为主要技术方法,采用厌氧-好氧相结合工艺,处理出水满足《污水综合排放标准》(GB8978—1996)的排放标准(COD≤300mg/L,色度≤80倍),但还不能真正应用到工业生产上,且不能满足污水排放新标准《发酵类制药工业水污染物排放标准》(GB21903—2008)中对污染物排放指标(COD≤120mg/L,色度≤60倍)的要求。色度与难降解有机物在一定程度上存在着共生现象,废水中仍含有很多大分子难降解物质,化学性质较稳定,难以降解,经过二级生化工艺处理后的出水色度仍较高,废水呈现深棕黄色。


维生素C生产废水需采用新方法、新工艺进行深度处理,使废水达标排放。废水脱色已成为制约制药生产企业废水深度处理、工程升级改造的急需解决技术。简单的脱色方法不能使这些难降解有色物质降解,一般需采用两种及以上的组合工艺,方能取得较好的脱色效果。

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02

印染废水


印染废水的生物处理大都采用厌氧-好氧工艺,采用厌氧工艺预处理方法,对于印染废水的生物脱色十分重要。如果外界环境是富氧的,高氧化还原能力的电子受体氧气可能阻碍染料的脱色。这是因为电子供体氧化释放出的电子更易于还原氧气而不是偶氮染料。厌氧条件下,偶氮键断裂后,染料分子没发生进一步裂解。若想完全矿化必须有氧存在。这是因为好氧条件下芳香胺才可经基化开环降解。因此,对有效的废水处理,需要采用厌氧-好氧工艺。好氧与厌氧的平衡必须严格控制,因为有氧会造成脱色产物颜色变深。芳香胺产物为厌氧条件产物,好氧条件下不稳定,使经基和氨基氧化成奎宁和亚胺奎宁,脱色副产物产生新的色度。

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采用厌氧或好氧处理工艺对染料的脱色有很大的影响。在缺氧条件下,厌氧污泥在20h脱色率就达到80%,而在好氧条件下20h只能达到13%左右,达到80%需要35h。pH为7和8时具有最高的脱色能力,15h后脱色率达到85%左右,处于弱酸性(pH=6)和弱碱性(pH=10)条件下,厌氧污泥的脱色能力都呈现下降趋势,而碱性条件下的厌氧污泥脱色能力强于弱酸性条件下的污泥脱色能力。因此脱色最佳的pH为中性或偏弱碱性,强酸性或强碱性使脱色速率下降。


许多工业废水中含有的盐类物质,对厌氧微生物(特别是其中的产甲烷菌)产生非常大的抑制,盐内物质的存在会导致厌氧污泥活性的下降,甚至会导致厌氧污泥中几大细菌间的平衡关系被破坏,最终导致反应器运行的失败。印染废水中含有较高的无机盐类物质,无机盐在微生物生长过程中起着促进酶反应、维持膜平衡和调节渗透压的重要作用。一般而言,低浓度的无机盐对微生物生长有促进作用,高浓度的无机盐对微生物才有抑制作用。


在高盐度环境中,微生物的外界环境渗透压较高,造成微生物的代谢酶活性降低,严重时会引起细胞质壁分离,甚至死亡。在初期,污泥的脱色能力很低,说明盐度抑制了微生物的生化反应,污泥一旦适应了外部条件后,脱色能力恢复很快,最终污泥的脱色率仍然达到80%左右。随着盐度的升高,污泥的脱色能力下降,但是下降幅度不大。厌氧污泥对于添加NaCl的染料废水具有很强的适应能力,主要因为实际废水中含有较高的盐度,污泥微生物体内含有适应一定盐度的酶。


成本分析


案例名称: 某印染企业废水回用工程?

工程概况:排放的废水 COD 高、色度深、碱性强,排污水量为3000t/d。?

设计水质: 进水 pH 为 9~10,COD≤2 g/L,色度≤3 000倍,电导率≤8 mS/cm;

设计回用水: pH 为 6.5~8.5,COD<50 mg/L,色度<15 倍,电导率≤0.5 mS/cm。

处理工艺:?


废水成本分析


处理效果: 工程 1 年稳定运行结果表明,产水 pH 为 6.5~8.5,COD<50 mg/L,色度<15 倍,电导率<0.5 mS/cm,达到了 FZ/T 01107-2011 回用水质指标,中水回用率达 60%。?

工程投资: 总投资 500 万元,设计处理水量 3000t/d,回用 1800 kt/d,回用率达到 60%。企业每年可回收 594 kt 污水、减排 COD 排放量1 188 t、节省水费 136.62 万元。?

运行费用:

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运行费用


案例名称: 某园区印染企业废水回用工程?

工程概况: 设计处理规模 1 500t /d ,回用水量 800 t /d ,回用率 50% 以上。?

设计水质:?

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设计水质


处理工艺:?


处理工艺


处理效果: RO 出水 COD、色度和 SS 分别为 15mg/L 、 3 倍和 1 mg/L , 系 统 去 除 率 分 别 达 96.7% 、 96.3% 和99.8% 。 各指标都低于设计回用标准,回用率 53% 。

工程投资: 工程总计 489.78 万元。?

运行费用:电费 1.98元 /t, 药剂费 0.56 元 /t , 易耗品更换费用为 0.84元 /t ,人工费 0.15 元 /t ,运行成本 3.53 元 /t 。??


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