绍兴的轻纺工业在全国范围内都是独占鳌头, 纺织印染行业的产值占到全市国民生产总值30%。以柯桥区为例:截止目前, 绍兴柯桥区有印染企业139家, 日排污水量约50万吨。对于印染废水的处理, 目前多以生物法为主, 其中应用最为普遍的是活性污泥法[1]。但该技术在污水处理的过程中会产生大量的污泥。仅绍兴柯桥区的日产污泥量就已经达到约1600吨。如此巨大的污泥产量易造成非法倾倒等社会问题以及严重的环境二次污染。再者, 污泥的处置是废水处理过程中费用最昂贵的部分。据国外资料介绍, 此项费用已占到整个污水厂费用的50%~70%, 国内也占到40%左右[2]。因此, 妥善的处理印染污泥还将带来非常可观的经济效益。综上, 寻求经济可行的印染污泥减量技术已迫在眉睫。
厌氧消化技术既可以使污泥减量化、无害化, 同时产生的沼气可作为燃料, 做到资源化。但印染污泥由于其复杂的成分特性, 有毒有害物质含量高[3], 处理起来较为困难, 厌氧消化处理时, 易发生生物中毒。本文针对添加特制生物活性剂之后的初沉印染污泥的中温厌氧消化小试系统进行了试验研究。
传统的印染废水处理流程中, 能产生污泥的主要环节为一级物化、生化、二级物化, 其中初沉池产生的污泥泥量最大, 约占整个系统产泥量的60%。此外, 生化污泥及二级物化产生的污泥其被微生物降解的能力极低。考虑到污泥泥量及降解的难易程度, 本次研究将绍兴某印染厂初沉池的新鲜污泥作为试验材料 (初沉池新鲜污泥:每日取初沉池污泥沉淀2小时后, 除去上清液) 。
p H:p H计测定;碱度:标准盐酸滴定法;COD:重铬酸钾法;氨氮:纳氏试剂比色法;VFA (以乙酸计) :蒸馏滴定法;VS、TS:重量法;TP:钼酸铵分光光度法。
试验装置如图1所示。主体反应器由有机玻璃制成, 高80cm, 有效容积1L, 上部最宽处直径12cm, 下部长60cm, 直径5cm。为了更好地保持厌氧环境, 同时降低整个反应器的能耗, 反应器内采用气体循环搅拌, 其余气体外排。反应器外壁缠绕保温带, 采用温控自动控制温度为37℃左右。反应器采用间歇性进泥的方式, 每天一次, 底部进泥同时, 上部清液排出反应器主体。因印染污泥具有生物毒性, 为保持反应器内微生物的活性, 须添加生物活性剂。该药剂混在进泥中与污泥一同进入反应器。
印染厂初沉池污泥的性质具有不稳定性, 通常受污水水质变化以及加药量的影响。有研究表明, 进泥的VS/TS越高, 污泥的产气性能越好, 减量效果越好[4], 因此, VS/TS的比值直接影响消化的可行性。
监测发现该印染厂初沉池污泥的平均TS为14.98 g/L, 平均VS为8.27g/L, VS/TS%虽有波动但基本维持在44%~68%之间, 具有一定消化可行性及稳定性。
温度作为影响微生物生命代谢活动的重要因素之一, 对污泥的厌氧消化有着极其重大的影响, 因为不同的微生物种类对温度的耐受范围不同, 在最佳温度范围内, 其生长状态较好, 活力较高, 相应的有机物分解也能更加完全。厌氧菌可适应的温度范围较广, 按温度范围不同可将厌氧消化分为三种类型[5]:常温消化15~20℃;中温消化30~35℃;高温消化50~56℃。高温消化系统较少见, 因为虽然其有机物分解率高, 但是操作费用高, 过程稳定性差, 对设备的要求严苛。中温消化的运行管理要求也高, 需不断的供给能量, 但与常温消化相比, 优点为中温消化的反应速度快, 所需的消化时间比常温低。目前国内外厌氧处理中大多采用中温消化。本系统将温度维持在37℃左右。
试验中进泥p H值保持在7.6~8.7之间, 上清液p H保持在6.8~7.8之间, VFA保持在350~700之……
可以看出, 系统内的p H有一个逐渐下降后又回升最终趋于稳定的过程, 这可能是因为, 随着试验的进行, 每天的进泥量增加, 负荷增加的同时引入了大量可生化降解的有机物, 在厌氧微生物作用下被转化成挥发性有机酸, 造成积累, 致使p H下降。后期进泥量稳定, 维持在每天200ml左右, 则积累的有机酸被甲烷菌转化为甲烷, 有机酸的积累情况得到缓解, 继而p H值升高并接近稳定。
由于本试验厌氧消化的反应器的容积是固定的, 进泥量的改变意味着印染污泥在厌氧消化池内的停留时间的改变。试验时是将反应器停止曝气2h后, 将上清液排除干净的同时加入等量新鲜污泥。
可以看出, 随着反应的进行, 反应器内微生物活性增强, 对印染污泥的消解适应性也逐步增加, 故每日的消解能力也所有提高, 反应器运行70天左右, 到达平稳期, 此时每日产水200ml左右。本反应器有效体积大约为1L, 每日产水200ml进泥200ml, 意味着本装置污泥厌氧消化周期为5天。上清液的平均SS=1.43 g/L, 与进泥的TS=14.98g/L比, 去除率在90%左右。减量成功。
本中温厌氧消化小试装置, 成功将印染污泥的消化周期缩短至5天, 达到快速减量。系统每日添加生物活性剂, 防止了厌氧菌在印染污泥消化时生物中毒, 装置内p H保持在6.8~7.8之间, 上清液SS为1.43g/L左右, 减量90%左右。上清液出水COD为660mg/L左右, 氨氮为239.5mg/L左右, 总磷在1.32mg/L左右, 碱度维持在1011mg/L左右。望以上数据能为该装置推广至工程化应用提供技术依据。同时产气量与产气组成作为厌氧消化的重要指标, 未成为本试验考察重点, 后期深入试验时, 有待于进一步研究。
摘要：绍兴印染污泥处理处置形势严峻, 寻求经济有效的污泥减量方法迫在眉睫。本试验自行设计制作了一套中温厌氧消化小试装置, 将绍兴某印染厂初沉池污泥作为试验对象, 投加特制生物活性剂, 成功将印染污泥的消化周期缩短至5天。
关键词：初沉印染污泥减量,污泥快速减量,污泥厌氧消化中毒防止
[1] 胡瑶瑶.印染废水处理方法的研究[J].网络财富.2008, 10:237-238.
[2] 陆慕寒, 戚才耕.环保“定时炸弹”印染污泥问题严重[J].中国纺织报.2005.
[3] 李晓阁, 潘静, 奚旦立等.印染污泥中重金属形态分析及生物有效性[J].岩矿测试.2009:10-14.
[4] 李美艳, 马文瑾, 应启峰等.初沉池污泥厌氧消化效能及主要影响因素分析[J].给水排水.2015, 41 (2) :40-43.
[5] 贺延龄.废水的生物处理[M].北京:中国轻工业出版社, 1998.
