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制革廢水多段A/O處理技術研發(fā)與工程應用

2020-12-19 07:42:59

(江西維清環(huán)境工程有限公司,江西 南昌 330000)

在“十二五”規(guī)劃中,將氨氮作為常規(guī)控制指標加入了我國水污染標準,并對工業(yè)、農業(yè)以及生活廢水中氨氮的排放總量做出了全新的要求。制革行業(yè)主要是對牲畜皮革進行生產加工,牲畜的生皮具有不穩(wěn)定性,極易出現腐爛現象,而經過制革工藝加工后,便可成為穩(wěn)定的材料,應用于人類日常生活中的各個領域[1]。同時,皮革行業(yè)的發(fā)展也為人們帶來了更多的商機,有效推動了社會的發(fā)展。但是制革行業(yè)的大力發(fā)展也為我國生態(tài)環(huán)境帶來了巨大的煩惱。據調查統(tǒng)計,我國每年制革行業(yè)會產生1.49 t的氨氮廢水排放,如果沒有進行良好的處理,流入到生態(tài)環(huán)境中,會造成大量的水環(huán)境污染,進而影響人們的正常生活。因此,只有積極引入多段A/O廢水處理技術,才能更好地實現制革廢水的處理。

1 制革廢水處理新技術應用的意義

隨著我國制革產業(yè)的不斷發(fā)展,生產規(guī)模也不斷擴大,同時生產過程中產生的廢水量也越來越多,污染物排放影響也越來越嚴重。在我國現階段發(fā)展的背景下,制革企業(yè)想要持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)展,就必須做到環(huán)境與經濟協調發(fā)展,創(chuàng)新廢水治理工藝,只有這樣才能滿足經濟健康發(fā)展需求,促進生態(tài)與工業(yè)的有序發(fā)展[2]。就當前的環(huán)境狀態(tài)來看,我國對產業(yè)結構實現了全面調整,重點對制革行業(yè)提出了全新的要求,強化制革生產廢水的分流分治理念,加強污水排放量和排放濃度的控制,同時做好制革生產固體廢物處理,嚴格杜絕惡臭污染物流入生態(tài)環(huán)境。

2 制革廢水的特點和污染來源

2.1 制革廢水的特點

在皮革制造業(yè)領域,制革生產會產生許多副產物,如皮革廢料、制革廢水和廢氣等,這些副產物對生態(tài)環(huán)境有嚴重的影響。其中,制革廢水的污染對生態(tài)環(huán)境的影響最為嚴重,主要原因是在制革生產活動中會產生大量的廢水,每加工1 t牛皮就會產生40~75 m3制革廢水;其次,制革廢水的成分十分復雜,其中包含多種有機物、無機物等有毒物質,大約生產每公斤皮革就會添加300 kg化學元素,廢水含有大量的金屬有害元素;最后,制革廢水還具有較強的流動性,比固態(tài)廢物更容易擴散,對公共衛(wèi)生與生態(tài)環(huán)境造成巨大的危害。制革廢水的產生主要是由各個生產工序所產生的廢水匯集而成,由于加工的原料和藥劑種類較多,加工工藝復雜,因此制革廢水具有復雜的特性。只有全面了解制革生產的各道工序,才能更好地選擇廢水處理手段,實現良好的制革廢水處理效果[3-4]。

2.2 制革廢水污染物來源

制革工業(yè)生產活動的原材料主要為動物的生皮,經過復雜的加工技術以及化學制劑的處理,從而生成穩(wěn)定的皮制品,同時產生大量的廢棄污染物。在制革生產中,水和化學原料是主要消耗材料,在生產過程中會有一些化學物質反應不充分,進而流入并污染水資源。此外在制革過程中,動物生皮中含有大量的脂肪、蛋白質等有機物質,處理后溶于水中也會使廢水成分更加復雜。

一般制革企業(yè)在皮革生產過程中,主要分為三個階段:準備階段、鞣制階段與整飾階段。在制革準備階段,一般需要對動物毛皮進行清洗、脫毛、去肉以及修邊和軟化,這一系列的工藝流程中會產生濃度較高的COD廢水,同時也會出現大量硫化物融于水中,使廢水呈現堿性。在生皮浸水清洗過程中,皮上的血漬、塵土、糞便等雜物流入水中,而脫毛過程需要在堿性條件下進行,這時皮毛內的脂肪和蛋白質就會融入水中。

鞣制階段一般包括浸酸、鞣制、中和等三道工序,會使用大量的甲酸和硫酸溶液,也會流入到廢水中,因此鞣制階段的廢水具有較高的酸性。

此外,整飾階段包括中和、染色以及加脂,其中需要添加NaHCO3、NH4HCO3等化學制劑,也會造成廢水污染。

3 制革廢水中的有害污染物

制革廢水成分復雜,含有多種污染物。動物原皮在加工過程中會用到多種化學原料,同時產生大量的原料殘留和污染物質。

3.1 重金屬鉻

制革過程會應用到鉻、明礬以及硫酸鉻去除皮革中的蛋白質,鉻對環(huán)境的直接影響比較小,同時也是人體脂肪代謝所需的微量元素。但是在廢水中,鉻很可能會轉化為Cr(Ⅵ),該物質具有較強的致癌性,人體吸入會提高患肺癌的風險,皮膚接觸也會發(fā)生潰爛和皮疹,對人體健康有嚴重的損害。

3.2 硫化物

制革過程還會用到硫酸鹽等化合物,進而產生大量的硫化物,硫化物在厭氧條件下當pH值為5~9左右時,會被還原成H2S,作為一種有毒氣體會影響人的神經系統(tǒng),對人體造成巨大的傷害。

3.3 氨氮

制革廢水中還含有大量的氨氮,主要來源為生皮加工中的有機氮化合物,比如脫毛過程中的角質蛋白。另外,在制革生產中還會使用多種銨鹽,從而生成氨氮和液氨,廢水中的氨氮會消耗大量的溶解氧,這會導致水體溶解氧不足,最終造成水生物死亡[5-7]。

4 制革廢水多段A/O處理工藝可行性分析

4.1 多段A/O處理工藝具有去除氨氮和總氮的作用

多段A/O在分段進水后,可加強反硝化的作用,在理想狀態(tài)中,如果A/O系統(tǒng)進水中不含有NO2--N與NO3--N,那么消化液回流以及污泥回流中含有的NO2--N與NO3--N在第一段A/O系統(tǒng)中就能夠實現完全反硝化,在進入各級污泥中的NH4+-N在O區(qū)實現完全硝化,從而實現氮素質量平衡。以四段A/O處理工藝為例,進水流量的比例分配為α=25%,R=50%,不設消化液回流(r=0)的條件下,系統(tǒng)的理論脫氮率最高可達87.5%>84%。由此可見,多段A/O處理工藝能夠實現良好的氨氮和總氮處理去除效果。

4.2 多段A/O處理技術的優(yōu)勢

在實際應用中,多段A/O系統(tǒng)的分段進水能夠對碳源進行良好的分配,一般不需要再次進行碳源補充,就可以實現良好的反硝化作用,有效降低了污水處理的實際成本;其次,多段A/O系統(tǒng)的進水流量調節(jié)以及反應區(qū)的改變,可有效抵抗進水沖擊產生的負荷以及適應季節(jié)性溫度變化;第三,多段A/O系統(tǒng)可以實現缺氧和好氧的交替運行,限制了活性污泥對氧的溶解,抑制好氧菌的滋生,從而實現便捷的管理效果。最后,多段A/O系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)前置反硝化具有更高的工藝水平,在同等情況下縮小了池容,節(jié)約了基建成本。

5 制革廢水多段A/O處理工藝應用

相比于傳統(tǒng)的反硝化工藝,多段A/O處理技術是一種全新的高效污水凈化技術。通過將多種結構的A/O單元串聯在一起,將進水按照流量比例進行分配,廢水中的有機碳在缺氧區(qū)進行反硝化反應,同時好氧區(qū)將氨氮進行良好的硝化處理,使其以鹽酸鹽氮的形式進入A/O的缺氧區(qū),作為反硝化細菌的能量來源,系統(tǒng)的脫氮在多段A/O區(qū)域得以實現。

在相同的環(huán)境下,多段A/O處理工藝能夠有效實現節(jié)約池容的效果,而在實際的污水處理中可以看出,多段A/O技術相比于傳統(tǒng)的A/O技術池容量可以縮減20%,并且對氮的去除效果更加理想。經過對制革污水處理廠中應用多段A/O工藝的實踐來看,經過18個月的數據分析,廢水中氮元素和BOD的去除比分別為76%~85%與82%~86%。

多段A/O去除工藝在氮元素的處理中有著顯著的效果。但是對于傳統(tǒng)工藝來說,雖然A/O、A2/O、UCT等工藝都可以實現氮處理,但是這些工藝都需要投入大量的外碳源以及消化液,同時還需要應用硝化細菌以及加堿劑的投入,大大增加了廢水處理成本。而多段A/O去除工藝可以實現反硝化作用,大大節(jié)約了碳源消耗,并且可調節(jié)進水流量,避免了消化液回流的問題。因此,多段A/O去除工藝的應用有效降低了廢水處理成本,同時也可有效去除廢水中的污染元素,結合多段A/O工藝的優(yōu)勢來看,其在未來工業(yè)發(fā)展中具有較大的優(yōu)勢[8]。

另外,含有金屬鉻和硫物質的廢水直接進入A/O系統(tǒng)會導致設備損壞,并且由于各時段的污水排放量波動較大,如果直接進入處理單元,還會造成巨大的沖擊負荷,也不利于運行管理[9]。同時各時段的廢水污染物濃度波動也比較大,很難使生化處理系統(tǒng)發(fā)揮出良好的作用。為此,通過多段A/O處理技術,在污水處理設施前設置格柵或濾網能夠去除漂浮物或大型懸浮物質,泥沙等無機顆粒的去除則采用沉砂池,考慮到含鉻及含硫廢水的含沙量并不大,可設置預沉池,將泥沙和懸浮物質一并去除。此外,還可設置調節(jié)池,調節(jié)水量,均衡水質,為后續(xù)處理單元特別是生化處理創(chuàng)造良好的進水條件。

6 結論

綜上所述,隨著我國制革工業(yè)的不斷發(fā)展,生產規(guī)模的不斷擴大,產生的廢水量以及濃度也不斷增加,給我國水環(huán)境治理帶來了巨大的壓力。為了有效緩解這一問題,必須引入全新的多段A/O去除工藝,充分分析制革工業(yè)生產中各環(huán)節(jié)產生的污染元素,并充分發(fā)揮多段A/O去除工藝的優(yōu)勢,促進我國制革行業(yè)的健康發(fā)展,保護我國水環(huán)境不受污染,給人們營造一個健康的生活環(huán)境,這對社會的發(fā)展具有重要意義。

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