纺织印染废水深度脱氮的中试研究

缪 攀， 杜 希， 邱孝群， 张玉高

（广东溢达纺织有限公司， 广东 佛山 528500）

0 引言

随着社会工业化程度的不断扩大,排入水体的中的营养物质越多（特别是N，P类物质）,导致水体富营养化现象日益频繁,如何减少相关物质的排放是十分紧迫的现实问题[1－4]。纺织印染行业作为污水排放的大户，废水中包含有未反应的残余染料、树脂、软油等一系列含氮物质[5－7]，其出水中的TN浓度随染料和其他化工料的使用量的波动影响较大,在排水TN浓度偏高的情况下，传统的处理污水的工艺不能及时提高去除废水中TN的去除率，导致最终废水排放中TN有超标的风险。针对废水除氮的问题，王诗生等[8]采用以镁盐为主的鸟粪石法，氮的去除率可达87.7%，但成本太高；李培等[9]根据污水厂A/A/O工艺进行了生物脱氮的研究，发现系统对TN的去除率不稳定，达标率低。根据纺织印染行业废水中TN含量的实际现状，以广东省某大型纺织印染企业（X公司）的最终出水的TN为研究对象,对纺织印染废水中TN的去除作相关探讨，为纺织印染行业废水的TN去除指明一条方向。

1 污水处理现状

1.1 污水处理现状

通过对X公司现有的污水厂原始进水和最终出水进行连续监测分析，其结果见表1。

表1 X公司污水厂进、出水检测分析结果

1.2 现有处理工艺

X公司污水厂对其生产废水的处理工艺见图1。

图1 X公司污水厂污水处理流程

X公司污水厂现有的处理工艺对污水中的主要污染物的处理，均能满足GB 4287—2012。X公司污水厂的废水水质和水量直接受车间生产量的影响，由于车间生产量和生产任务的波动性，导致其波动比较剧烈。通过表1可知，X公司最终排放的COD完全能满足排放要求。X公司最终排放的污水中TN目前虽然能满足国标低于15 mg/L的排放标准，由于车间生产的波动较大，不能排除在集中生产过程中TN有超标的风险；另外由于污水排放标准的限制越来越严格，纺织行业的TN排放限值在将来会进一步降低，有必要在X公司污水厂的处理流程上增加针对TN处理的相关工艺设施，基于上述考虑，采用厌氧反硝化中试实验装置进行相关实验研究。

2 实验装置与方法

对X公司污水厂现有工艺最终出水水质中TN中的N的种类进行检测，其结果见表2。

表2 X公司污水厂最终出水TN组成物质的检测结果

由表2可知，污水厂最终出水中的TN主要以NO3--N为主，以及部分的有机氮和少量的NO2--N。要使最终排放废水中的TN含量下降效果明显，则需重点去除废水中的NO3--N。

2.1 实验设备

根据污水厂目前的出水现状，设计了反硝化滤塔对污水厂最终出水进行处理，装置示意见图2。

图2 实验装置示意

该实验装置将污水厂最终出水由滤塔上方进入，从塔底流出。该滤塔的外形尺寸为1 m×1 m×5 m，滤料层高2 m。

2.2 实验设备运行

当滤塔内的反硝化微生物驯化稳定后，将实验设备的进水量稳定在6 m3/h，初期，TN去除率较低，运行一段时间之后,其对TN的去除量逐渐上升,然后趋于稳定，此时按照固定的COD/TN进行投加，在实验调试过程中，通过改变外加碳源、滤塔的负荷、反冲洗的效果使滤塔的脱氮效果达到最佳且其处理成本在可承受范围内。

3 结果与讨论

实验设备在运行过程中，进水量维持在6 m3/h，进水的水温维持在30～35℃，pH值在7.0～8.0波动，设备反洗的时间周期为12 h/次，每次反洗历时0.5 h。

3.1 实验设备对TN的去除效果

实验设备对TN的处理效果见图3。

图3 实验设备对TN的处理效果

由图3可知,进水TN质量浓度平均为12.34 mg/L，出水平均质量浓度为6.58 mg/L，平均去除量为5.76 mg/L,平均去除率为46.68%。对图3中进、出水TN进一步分析，NO3－－N平均质量浓度由9.48 mg/L下降到3.31 mg/L，而凯氏氮（KN）仍平均维持在3.20 mg/L，NH4+－N未检测出，认为出水中的KN全部为有机氮[10]。实验装置对废水TN的处理主要是通过对废水中NO3－－N的去除达到去除TN的效果，废水中的有机氮是属于难被降解的有机物，这部分有机物在X公司污水厂前段未被消化去除，其在实验装置中也难被氧化降解去除，故推断实验装置对进入其内部的有机氮没有去除效果。

3.2 碳源（COD）对TN去除效果的影响

为了测试COD对实验装置去除TN的影响，观察ρ（COD）/ρ（TN）为 4 ～ 5[11]之间 TN 的 去除与COD的关系，实验中以乙酸钠为添加碳源，COD对TN去除效果的影响见图4。

图4 COD与TN去除的效果

由图4可知，当废水中COD消耗大时，实验装置对TN的去除量也偏大，TN的去除率为43.69%±5.14%，COD的消耗率为42.20% ±12.05%，COD的平均消耗率与TN的平均去除率大体接近，说明可利用碳源的浓度与TN的去除率在一定程度上呈正比的关系。

3.3 水力负荷的影响

将进入实验装置的废水水量进行调节,使其处理废水的水力负荷得到调整，试图找出适合实验装置的最佳水力负荷。在碳源加药浓度相同的情况下，每组水力负荷条件的运行时间为7 d，不同水力负荷对污染物去除的影响见表3。

表3 不同水力负荷下污染物去除的效果

通过表3可知，在加药浓度一定的情况下，水力负荷越低，实验装置对TN的去除率越高。在实验中，水力负荷波动对COD的波动程度变化不大。从实验对TN处理要求、COD的变化程度、废水处理效率和废水处理成本综合考虑，实验系统最适宜运行的水力负荷为 6 m3/（m2·h）。

3.4 系统反冲洗的影响

在进水量为 6 m3/h，ρ（COD）/ρ（TN）=4 ～ 5 对中试装置进行每间隔24 h冲洗一次 （Ⅰ）、每间隔12 h冲洗一次（Ⅱ）和每间隔8 h冲洗一次（Ⅲ）的反冲洗操作，每个冲洗频次维持7 d的操作，系统除氮的效果见表4。

表4 实验不同的反冲洗频次对系统脱氮的影响

由表4可知，不同的反冲洗频次对系统脱氮的影响较大，反冲洗频次过高和过低对系统除氮均产生消极影响。这是因为滤池的反冲洗主要是为了除去滤床在处理废水中累积的惰性固体颗粒和老化的生物膜,从而能及时恢复滤床的孔隙率,并更换新的生物膜[12]。当冲洗频次过低时，滤料中的累积的惰性固体颗粒会逐渐增多，且老化的生物膜不能及时被去除，新的生物膜无法快速生长，从而使滤池的除氮效率大打折扣；当冲洗频次过快时，虽然惰性固体能被快速去除，但是也能使新生长的生物膜损失一部分，从而使其整体的处理效果下降。基于实验测试结果和上述分析综合考虑，中试实验除氮的反冲洗频次设定为每12 h冲洗一次。

3.5 运行成本计算

根据中试实验装置的正常运行条件，对实验装置处理的废水的成本进行统计，其结果见表5。

表5 实验设备运行成本统计

中试实验装置每天处理的水量为138 m3，故其在运行时处理每m3废水的成本为0.23元。通过表5可知，中试实验设备处理废水过程中，电耗的成本占整个污水处理成本的2/3，其中一个主要的原因是进水过程中，需要提升水位消耗了大量的电能，在实际污水厂施工过程中，可以通过污水厂现有的水位高程差，采用重力流进水的方式，达到节省运行成本的目的，可认为在实际污水厂运行过程中，采用此中试装置的运行流程，其运行处理成本低于0.23元/m3。

4 结论

（1)采用反硝化滤塔对X公司最终出水的TN浓度有很好的去除作用。在进水量为6 m3/h，进水pH 值为 7 ～ 8，ρ（COD）/ρ（TN）为 4 ～ 5 时，反冲洗频率12 h/次时，反硝化滤塔能将最终出水的TN浓度平均去除41.25%。

（2)在去除TN的过程中，反硝化滤塔在一定程度上对废水中TN的去除效果与其对碳源（COD）的消耗呈正比的关系。在处理进水TN浓度较高的过程中需要注意出水COD超标的风险。

（3）在不考虑设备投入、折旧及其他因素上，反硝化滤塔直接运行的处理成本为0.23元/m3。

（4）反硝化滤塔作为处理TN的反应器，既可单独运行也能与其他工艺联合处理，其结构简单，操作灵活，运行费用底，值得在污水处理行业广泛使用。