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印染园区废水处理在水污染治理方面的重要性日益突出,以江苏省太湖流域为例[1],流域内建有印染企业5 000家,平均每年排放约1×108 m3印染废水[2]。由于纺织产品在生产过程中使用的原料较为复杂且需要后续的漂洗等步骤[3],印染园区排水中会携带大量难生化降解的有机物,使印染废水的组成成分波动较大且较难处理[4]。因此,针对江苏省出台《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要污染物排放限制》(DB 32-2018)新标准[5],印染园区废水处理工艺需要结合水质特性,分析处理主要达标污染物,为优化运行及提标改造提供基础数据。
目前,对印染废水的研究主要集中在新工艺的开发及现有工艺参数优化,如树脂吸附、离子交换处理工艺[6]、铁碳微电解技术等[7],所研究的印染废水来源较为单一,且新工艺在工程应用中仍存在很多问题[8]。而针对DB 32-2018新标准,印染园区集中废水综合排放的达标难点及其特征DOM解析鲜有研究。
本研究以太湖流域某印染园区中集中废水处理厂为研究对象,分析有机物、氮、磷等污染物的变化规律和水质特征,确定该厂存在达标难度的指标。探讨了粉末活性炭处理(powered activated carbon treatment, PACT)-过滤集成工艺处理印染废水过程中的溶解性有机物(dissolved organic matter,DOM)的去除特性及其迁移转化规律,对有机物组分进行了全流程特征分析,探究印染废水及总出水中有机物组成,为类似废水处理提供借鉴参考。
印染工业园区集中废水处理达标难点及DOM特征解析
Analysis of difficulties in meeting discharge standard and DOM specific during treating centralized wastewater in the printing and dyeing industrial park
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摘要: 以太湖流域某印染工业园区中集中废水处理厂为研究对象,分析有机物、氮、磷等污染物的水质变化特征,发现其出水TP、TN、NH3-N、COD的平均浓度分别为0.20、5.39、0.60和55 mg·L−1,COD应对新标准DB 32-2018要求存在达标风险。为解决COD能够稳定达标的问题,通过3D-EEM、FT-IR和GC-MS等方法分析了该印染废水在处理过程中溶解性有机物的去除及迁移转化规律。结果表明:经生化处理后的废水荧光强度显著降低,深度处理后的色氨酸类物质被显著去除,出水中荧光特征峰明显减弱,大部分蛋白质与腐殖酸类物质被去除;各单元出水中存在不饱和双键类和芳香类化合物,典型官能团以—OH、C=O和C≡N等不饱和键为主;出水中主要成分为2,4'-二氟二苯甲酮和4-羟基-4-甲基-2-戊酮,判断其为该印染园区废水中的特征有机污染物。该方法明确了印染园区集中废水处理难点及溶解性有机物特征,为类似废水处理提供数据和技术支撑。Abstract: In this study, the change properties of organic matter, nitrogen and phosphorous were analyzed in centralized wastewater treatment plant in the dyeing industrial park of Taihu Lake basin. The average concentrations of TP, TN, NH3-N and COD in the effluent were 0.20, 5.39, 0.60 and 55 mg·L−1, respectively. However, only COD failed to reach the requirement in the new standard DB 32-2018. In order to solve the issues in COD meeting standards, 3D EEM, FT-IR and GC-MS tests were carried out to elucidate the removal, migration and transformation rules of dissolved organic matter in dyeing wastewater along the treatment process. The results showed that the fluorescence intensity of wastewater was significantly reduced after biochemical treatment. Tryptophans were significantly removed by advanced treatment, and the fluorescence characteristic peaks in effluent were markedly weakened with the removal of most proteins and humic acids. Further analysis showed that unsaturated double bonds compounds and aromatic compounds existed in the effluent of each treatment unit, and the dominant typical functional groups contained —OH, unsaturated aromatic ring C=C and C≡N. The main components in final effluent were 2,4'-difluorobenzophenone and 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone, which were identified as characteristic organic pollutants in the printing and dyeing wastewater. In this study, the difficulties and characteristics of dissolved organic matter during the centralized wastewater treatment in printing and dyeing park were clarified, and could provide data and technical support for similar wastewater treatment.
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表 1 设计进出水水质
Table 1. Designs on water qualities of influent and effluent
mg·L−1 水质类型 COD BOD5 SS NH3-N TN TP 设计进水水质 500 150 300 25 30 4 目前执行出水水质 60 10 70 5 15 0.5 提标后拟执行出水水质 40 10 10 3(5) 10 0.3 注:括号外数值为水温>12 ℃时得到控制指标,括号内数值为水温≤12 ℃时控制指标。 表 2 主要构筑物设计参数
Table 2. Design parameters of major structures
构筑物 长/m 宽/m 高或直径/m 有效容积/m3 有效水深/m HRT/h 数量/座 水解酸化调节池 135 70 5 40 000 4.5 32 1 初沉池 32 32 32 3 539 4.4 2.8 2 曝气池 82 45 5.3 33 200 4.5 26.6 2 二沉池 35 35 35 4 234 4.4 3.4 2 折板混凝反应池 10.5 4.3 4 180.6 4.5 0.5 2 混凝沉淀池 32 32 32 3 870 4.5 3.0 2 砂滤池 8.4 8.0 4.9 299 4.5 5.0 2 炭滤池 6.75 7.0 5.9 255 5.4 4.8 2 表 3 进出水水质检测结果
Table 3. Test result of water qualities of influent and effluent
mg·L−1 水质类型 统计值 BOD5 COD SS TN NH3-N TP 进水水质 最大值 224 669 295 36.89 11.91 4.61 最小值 55 309 110 13.69 2.99 1.52 平均值 103 477 221 23.51 6.46 3.25 出水水质 最大值 4 59 13 2.54 10.66 0.39 最小值 0 38 2 0.13 1.72 0.02 平均值 1 51 8 0.36 5.39 0.12 针对DB 32-2018标准达标率/% 100 <1 100 100 99.17 99.71 表 4 印染废水及各处理工段废水中的有机物
Table 4. Organic compounds in raw and treated wastewater by each treatment unit
进水 初沉池 二沉池 混沉池 出水 成分 占比/
%成分 占比/
%成分 占比/
%成分 占比/
%成分 占比/
%4,4'-二氟二苯甲醇 18.99 2,4'-二氟二苯甲酮 15.75 4-羟基-4-甲基-
2-戊酮23.52 2,4'-二氟二苯甲酮 15.75 2,4'-二氟二苯甲酮 19.46 2,4'-二氟二苯甲酮 11.22 4,4'-二氟二苯甲醇 15.62 1-异丙氧基-2-丙醇 4.28 4-羟基-4-甲基-
2-戊酮7.87 4-羟基-4-甲基-
2-戊酮15.18 喹啉 8.88 异喹啉 8.36 1-哌啶丙醇 3.77 N,N-二甲基甲酰胺 5.56 N,N-二乙基甲胺 6.12 苯胺 8.86 苯胺 7.09 二甲基硅烷二醇 2.45 二甲基硅烷二醇 3.95 二乙二醇 3.82 4,4'-二氟二苯甲酮 3.35 2-乙基己醇 4.59 二乙基二硫缩醛 2.25 2.3-二甲基硝基苯 3.37 六甲基环三硅氧烷 3.07 2-(2-乙基己氧基)
乙醇2.81 N-甲基苯胺 4.51 3-氯-1,2-丙二醇 1.65 二甲基异丙胺 2.96 4,4'-二氟二苯甲酮 2.67 2-丁基-1-辛醇 2.26 2-丙基-1-庚醇 3.71 四甲基-5-癸炔-二醇 1.52 4-羟基戊-2-酮 2.88 4,4'-二氟二苯甲醇 2.16 苄醚 1.81 二苄醚 2.57 3-氨基苯乙酸 1.5 2-乙基己醇 1.94 4-羟基-2-戊酮 2.08 2-甲基喹啉 1.8 异喹啉 1.83 N,N-二甲基-甲酰胺 1.32 3-氯苯酚 1.29 4-羟基-4-甲基-
2-戊酮1.76 4-羟基-4-甲基-
2-戊酮1.36 2-乙基己醇 1.14 2-丙基-1-庚醇 1.1 4-甲基苯酚 1.18 N,N-二甲基乙酰胺 1.1 2,4-二叔丁基苯酚 1.42 2-甲基喹啉 1.16 N-甲基糖精 1.94 3,5-二氯苯胺 1.16 -
[1] 刘伟京. 印染废水深度降解工艺及工程应用研究[D]. 南京: 南京理工大学, 2013. [2] 蒋彬, 王鸿儒, 袁绍春, 等. 印染废水深度处理工程实例[J]. 工业水处理, 2018, 38(11): 96-99. doi: 10.11894/1005-829x.2018.38(11).096 [3] 聂书凯. 厌氧MBR处理低浓度难降解印染废水效能及模拟[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学, 2013. [4] 马春燕. 印染废水深度处理及回用技术研究[D]. 上海: 东华大学, 2008. [5] JIN Y, GAN G, YU X, et al. Isolation of viable but non-culturable bacteria from dyeing wastewater bioreactor based on resuscitation promoting factor[J]. Current Microbiology, 2017, 74(7): 1-11. [6] 罗友元, 陈杰瑢, 浦思川, 等. 碱性阴离子交换纤维处理印染废水的研究[J]. 环境科学与技术, 2010, 33(6): 138-141. [7] 沈欣军, 邹成龙, 孙美芳, 等. 铁碳微电解技术处理实际印染废水[J]. 沈阳工业大学学报, 2018, 40(4): 397-401. doi: 10.7688/j.issn.1000-1646.2018.04.07 [8] 马玉萍. 印染废水深度处理工艺现状及发展方向[J]. 工业用水与废水, 2013, 44(4): 1-5. doi: 10.3969/j.issn.1009-2455.2013.04.001 [9] 国家环境保护总局. 水和废水监测分析方法[M]. 4版. 北京: 中国环境科学出版社, 2002. [10] 王晓慧, 刘永军, 刘喆, 等. 用三维荧光和红外技术分析好氧颗粒污泥形成初期胞外聚合物的变化[J]. 环境化学, 2016, 6(1): 125-132. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2016.01.2015082901 [11] 陈诗雨, 李燕, 李爱民. 溶解性有机物研究中三维荧光光谱分析的应用[J]. 环境科学与技术, 2015, 38(5): 64-68. [12] 刘司琪, 王锡昌, 王传现, 等. 基于红外光谱的葡萄酒关键质量属性快速分析评价研究进展[J]. 食品科学, 2017, 38(19): 268-277. doi: 10.7506/spkx1002-6630-201719043 [13] LIU Y, LIU Z, ZHANG A N, et al. The role of EPS concentration on membrane fouling control: Comparison analysis of hybrid membrane bioreactor and conventional membrane bioreactor[J]. Desalination, 2012, 305(5): 38-43. [14] 李文锦. 石化废水中特征污染物的固相萃取-GC/MS法测定研究[D]. 邯郸: 河北工程大学, 2013. [15] ILLIBERI A, KUDLACEK P. Effect of ion bombardment on the a-Si: H based surface passivation of c-Si surfaces[J]. Applied Physics Letters, 2011, 98(24): 242111-242115. doi: 10.1063/1.3599602 [16] TAN N D, YIN J H, YUAN Y Q, et al. One-pot hydrothermal synthesis of highly fluorescent polyethyleneimine-capped copper nanoclusters for specific detection of rifampicin[J]. Bulletin of the Korean Chemical Society, 2018, 39(5): 657-664. doi: 10.1002/bkcs.11449 [17] 袁园. 环境因子对腐殖酸荧光性能影响的研究[D]. 杭州: 浙江工业大学, 2013. [18] 陈宇男. 基于三维荧光光谱法的有机农药废水快速检测实验研究[D]. 合肥: 合肥工业大学, 2017. [19] 李卫华, 刘怡心, 王伟, 等. 污水处理厂及受纳水体样品的三维荧光光谱解析[J]. 光谱学与光谱分析, 2015, 35(4): 940-945. doi: 10.3964/j.issn.1000-0593(2015)04-0940-06 [20] 王士峰. 印染废水三维荧光特征的研究[D]. 绵阳: 西南科技大学, 2015. [21] ZHU L, QI H, LV M, et al. Component analysis of extracellular polymeric substances (EPS) during aerobic sludge granulation using FT-IR and 3D-EEM technologies[J]. Bioresource Technology, 2012, 124(5): 455-459. [22] 乔爱萍. 表面活性剂存在下农田土壤多环芳烃的水迁移及其影响因素探讨[D]. 南京: 南京农业大学, 2007. [23] 贾陈忠, 王焰新, 张彩香, 等. 垃圾渗滤液中溶解性有机物组分的三维荧光特性[J]. 光谱学与光谱分析, 2012, 32(6): 1575-1579. doi: 10.3964/j.issn.1000-0593(2012)06-1575-05 [24] REN T, YU H, LI X. The quorum-sensing effect of aerobic granules on bacterial adhesion, biofilm formation, and sludge granulation[J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 2010, 88(3): 789-797. doi: 10.1007/s00253-010-2796-8 [25] 安鑫. 三维荧光对垃圾渗滤液中难降解有机物的表征[D]. 新乡: 河南师范大学, 2014. [26] 李苗. 高级氧化技术对三种典型染料降解过程研究[D]. 绵阳: 西南科技大学, 2018.