顏染料及其中間體是我國關(guān)乎基本民生的傳統(tǒng)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè),其產(chǎn)量占全球染料供應(yīng)產(chǎn)業(yè)的60%,2014年9月的騰格里沙漠污染事件(寧夏明盛染化公司污染事件)將整個染料行業(yè)推到了環(huán)保的高壓之下。在環(huán)保高壓和需求回暖的背景下,小規(guī)模染料企業(yè)被迫退出,染料壟斷企業(yè)則憑借規(guī)模優(yōu)勢,提高染料價格,成為最終的受益者。然而嚴重增加了原本利潤較低的印染企業(yè)的生產(chǎn)成本,使其雪上加霜,進而影響整個紡織行業(yè)的發(fā)展。
顏染料及其中間體廢水水質(zhì)復(fù)雜,具有高氨氮、高色度、高含鹽量、可生化性差等特點,是難處理的工業(yè)廢水之一。顏料在生產(chǎn)過程中一般會加入大量的氯化銨作為反應(yīng)物,因此生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水中氨氮含量較高,導致C/N比嚴重失衡,廢水處理難度非常大,該廢水也是工業(yè)廢水治理的難點,嚴重影響了該行業(yè)的發(fā)展?!笔濉杯h(huán)保規(guī)劃中,氨氮已繼COD、SO2之后成為污染物實施總量控制的新指標,而且在一些特定流域的污水出水水質(zhì)執(zhí)行標準由一級B標準提高到一級A標準,要求所有排污單位最后出水氮素含量氨氮小于5mg/L,總氮小于15mg/L,這對已建和新建污水廠也相應(yīng)提出了污水深度脫氮的技術(shù)需求。
一、高氨氮廢水的處理方法
氮在溶液中以分子態(tài)氮、有機態(tài)氮、氨態(tài)氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮及硫氰化物和氰化物等多種形式存在,而氨氮是最主要的存在形式之一。目前,國內(nèi)外關(guān)于氨氮廢水的處理方法主要有兩類:
(1)物化法:吹脫法、電化學法、化學沉淀法、折點加氯法、離子交換法、膜吸收法和高級氧化法,該方法操作簡單,效率高,但存在設(shè)備投資大,能耗多,運行費用高,易造成二次污染等。
(2)生物法:能夠有效和徹底地去除廢水中的氨氮,處理過程穩(wěn)定可靠,操作簡便,運行成本低,不會造成二次污染等優(yōu)點。
二、硝化菌在高氨氮廢水處理中的應(yīng)用
硝化菌是一類具體硝化作用的細菌,分為異養(yǎng)型和自養(yǎng)型,目前被發(fā)現(xiàn)了的硝化細菌大多數(shù)是自養(yǎng)型的,分為亞硝酸鹽菌(AOB)和硝酸鹽菌(NOB)兩個菌群,分別參與氨氧化和亞硝酸氧化階段。但是硝化細菌的生長周期長,對溶解氧、溫度以及有毒物質(zhì)敏感。在污水處理系統(tǒng)中的很難維持較高的濃度,易流失,但是在脫氮過程中起著至關(guān)重要的作用,關(guān)系到污水廠氨氮出水是否達標。
顏染料廢水具有成分復(fù)雜、毒性大等特點,在該廢水中,硝化菌的硝化活性會受到抑制,不易富集,導致出水氨氮濃度高。當污水處理系統(tǒng)中的硝化功能崩潰后,通過投加活性污泥恢復(fù)費時、費力。因此,為了維持高氨氮廢水處理系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性,需保持生物反應(yīng)體系中硝化菌的數(shù)量,也是今后處理高氨氮廢水的發(fā)展方向。
為了保證高氨氮廢水處理系統(tǒng)中硝化菌的數(shù)量,可對該系統(tǒng)進行生物強化。生物強化(Bioaugmentation)是指將從自然環(huán)境中篩選得到的或經(jīng)過基因改造的菌種投加到自然生態(tài)系統(tǒng)或人工系統(tǒng)中,以達到增強其處理效果的目的。生物強化可以針對待處理目標,投加特定的促生長物質(zhì)(俗稱”營養(yǎng)鹽”),來提高原位生態(tài)環(huán)境中功能微生物的生長,也可以投加相應(yīng)的微生物菌劑,該菌劑是具有特定降解性能的微生物菌株或菌群,可通過長期馴化得到或從特定環(huán)境中分離純化得到,或通過基因改造手段得到。目前已具有一些具有特定降解性能的商業(yè)菌劑。利用生物強化手段處理高氨氮廢水方面也有相應(yīng)的文獻報道。Jiao等利用本研究組馴化獲得的脫氮菌劑,成功地強化了一個用于地表水深度脫氮的生物接觸氧化溝系統(tǒng),兩周后氨氮和總氮去除率提高到60.1%和50.3%。天津凱英科技發(fā)展股份有限生產(chǎn)的硝化菌劑在強化高氨氮廢水處理方面具有顯著的效果,并在一些顏染料企業(yè)得到了很好的應(yīng)用。
三、硝化菌在顏染料廢水處理中的應(yīng)用
(1)山東某顏料化工廠在生產(chǎn)一些無機顏料過程中產(chǎn)生大量酸性廢水,該廢水成分復(fù)雜,有機物含量較低,氨氮含量高,可生化性較差。該廠采用化學沉淀法對廢水進行處理,出水氨氮濃度高,導致下游污水處理廠進水氨氮負荷高,造成其出水氨氮不達標。針對該公司廢水處理現(xiàn)狀,我公司對其進行升級改造,在絮凝池后增加好氧曝氣池,在好氧池中同時投加活性污泥和硝化菌劑進行硝化功能啟動。投加活性污泥和硝化強化劑2天后生化池中硝化功能就已基本建立完成,氨氮濃度由158mg/L降至3mg/L,去除率達到98%。當系統(tǒng)穩(wěn)定后,廢水日處理量在1000m3/d,系統(tǒng)進水氨氮濃度為在150~185mg/L,出水氨氮均維持在6.5mg/L以下,遠遠低于45mg/L的排放標準。
(2)山東某化工廠主要生產(chǎn)顏染料中間體,主要用于合成有機顏料及偶氨類顏料等,產(chǎn)品種類較多,生產(chǎn)過程中產(chǎn)生三種高濃度、高鹽度氨氮廢水?,F(xiàn)有生化系統(tǒng)對廢水中氨氮的去除率較低,為保證出水氨氮達標,之前采用在生化系統(tǒng)末端投加次氯酸鈉進行深度氧化的方法,該方法運行成本較高。在曝氣生物濾池中投加了硝化菌劑,經(jīng)過三天的馴化期,池內(nèi)硝化功能基本建立,連續(xù)運行時,進水氨氮200mg/L,出水氨氮濃度約40mg/L,滿足排放要求,該方法操作簡單,而且減少了深度氧化的藥劑成本。
(3)紹興市某公司印染廢水處理系統(tǒng)處理量約為2500-3000m3/d,處理工藝為氣浮加多級生化,處理過程中產(chǎn)生亞硝酸鹽氮積累的情況,導致處理出水COD偏高。為解決該問題,在維持原處理工藝及構(gòu)筑物不變的情況下,通過投加硝化菌劑強化處理,亞硝酸鹽氮積累情況消除,COD隨之大幅下降,達到了目標要求。
四、結(jié)語
綜上所述,在維持原處理工藝及構(gòu)筑物不變的情況下,硝化菌劑在顏染料高氨氮廢水具有良好的處理效果,通過投加硝化菌劑可快速啟動高氨氮廢水處理系統(tǒng)的硝化功能。并且具有處理成本低、易于操作、無二次污染等優(yōu)勢。隨著生物脫氮機理的不斷突破和發(fā)展,生物脫氮技術(shù)在未來高氨氮廢水處理中優(yōu)勢將更加明顯,具有廣闊的前景。( >
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