PVA废水的生物降解技术

摘要:印染废水中的退浆、煮炼废水是一种难处理的废水,因其含有大量的化学浆料PVA成分,成为污水处理的重点和难点。本文介绍生物处理技术—DYAR技术,处理含PVA废水的成功案例,该工艺通过生物降解污染物,在不需要额外动力消耗的情况下,去除率高达60%左右,大大减低能耗,同时处理的碱性废水无需另外投加酸中和,节约用酸费用及避免可能引入的杂质,保证系统的稳定及较低的污泥产率。

    关键词:印染废水  PVA  退浆废水



1 前言



    聚乙烯醇PVA (Polyvinyl Alcohol)是一种溶于水的高聚物,是一种典型的水溶性合成高分子化合物,它是由聚醋酸乙烯酯通过醇解而得。PVA具有优良的上浆性能,对纤维素纤维和疏水性纤维都有很好的粘着性能。具有优良的成膜性、粘附性、易与其它浆料相容等特点,近年来应用于涤棉纱上浆等很多领域。



    但由于PVA难以生物降解,其可生化性差,BOD/COD值一般小于0.09,每公斤PVA能产生1.5~2.3kg的COD,严重污染了水体。同时,随着国家印染行业排放标准的出台,环保的提标改造已提上日程。目前印染行业排放的各类废水中,退浆和煮炼废水浓度最高,而退浆废水因含有大量的化学浆料PVA成分,成为该行业污水处理的重点和难点。



    为了保证处理出水最终的达标排放,本着清污分流、源头治理的原则,退浆废水的预处理技术成功与否,将成为整个行业的制约因素和瓶颈环节。到目前为止,国内外尚无成功削减PVA废水的工程案例或技术经验,因此,此类废水的处理技术面临着巨大的机会与挑战。



2 PVA废水的研究现状



    国内外对含PVA退浆废水的治理进行了较多研究,废水的处理方法大致可划分为三类,即物理法、化学法和生物法。



    物理法主要有盐析凝胶法、吸附法、萃取法、膜分离法和泡沫分离法等,但物理法仅适用于处理浓度较高、且组分单一的PVA废水,如用于中低浓度废水则需消耗成本过高 ,膜生物反应器(MBR)工艺同样存在基建成本较高及膜组件的维护更换费用等问题。



    化学法主要有超临界水氧化法、光催化氧化法、芬顿氧化法、过硫酸盐氧化法、微波辐射法和电化学法等工艺。超临界水氧化技术是一项新兴的水处理技术,可同时去除废水中的多种有机物质,处理效率高,无二次污染,但因条件苛刻(反应温度为300℃以上,压力30MPa以上),尚无大规模工程应用的案例,目前仅见于试验室研究阶段。



    芬顿氧化法适于污水厂出水的深度处理,若应用于高浓度有机废水,则存在处理成较高的问题。



    生物法主要通过微生物的新陈代谢作用来降解PVA,对反应条件要求低,效果显著,同时可以减少污泥处理量,控制药剂成本。



3 PVA废水生物降解技术



    PVA本身对微生物无毒,但高浓度PVA浆料只能溶于高温热水中,在生化处理中,随着温度的降低呈胶状析出,微生物难以破开其中的反应键,COD较高,B/C比较低,因此难以被生物降解。资料显示纯PVA废水曝气30d,其COD的去除率仅有40%左右,由于含PVA的水溶液具有一定的粘度,经搅拌或充氧后,会使水体表面泡沫增多,粘度加大,影响水体的感官性能和水体富氧,从而抑制甚至破坏好氧微生物的活动。若用生化法,需选择合适的前处理技术,提高可生化性,是处理的关键。



    DYAR技术是基于传统水解酸化和上流式厌氧污泥床基础上,发展完善出的一项技术,使水解、酸化反应与产乙酸、产甲烷阶段,达到合理分配,避免不同阶段之间的影响,尤其保障产甲烷菌的强势生长,同时投加并驯化污泥,筛选PVA的专性降解菌,从而有效的降低污染物浓度,去除大部分COD,提高可生化性,减轻好氧单元的负荷,达到降低运行成本的目的。



3.1 生化的可行性



    中试试验规模:                 lOOL/d



    水质:                         含PVA退浆、煮练废水



    原水温度:                     30-50℃



    山东某印染企业:进水COD均值    29337 mg/L



    四川某印染企业:进水COD均值    20609 mg/L



    (1) 工艺路线(略)



 (2) 试验结果



表1 主要单元进出水COD 一览表( mg/L)



 

序



 

号



 

山东某印染企业



四川某印染企业



原水



 

DYAR



出水



好氧



出水



去除率



%



原水



 

DYAR



出水



好氧



出水



去除率



%



1



24191



10251



未启用



57.62



25285



12050



5334



78.90



2



27823



12118



56.45



21729



10272



4148



80.91



3



28079



9696



65.47



22322



9877



3852



82.74



4



27895



11011




60.53



19952



10865



4050



79.70



5



28274



11750



58.44



22502



9482



4050



82.00



6



30684



12510



59.23



23112



10667



4642



9.92



7



27455



13874



49.47



17512



10547



4478



74.43



8



31887



13316



7796



75.55



25671



11343



4975



80.62



9



41659



13397



6976



83.25



14328



12139



3781



73.61



10



26676



14159



8003



70.00



27661



10149



3085



88.85



11



30512



13640



6769



77.82



15323



8557



3980



74.03



12



29999



13846



6461



78.46



14129



9751



3682



73.94



13



28728



13954



7387



74.29



20497



9751



4577



77.67



14



26856



14564



6769



74.80



18507



8557



4080



77.95



15



去除率均值



76.31



去除率均值



78.95



 

 

3.2 经济性能说明



      DYAR为主体的含PVA废水生物降解技术,其主要优点包括如下几个方面:



(1) 和传统水解工艺相比较,DYAR单元对原水的COD去除率较高,可以达到50% 以上,减少了后续好氧单元的供氧量和动力费用;



(2) DYAR单元在去除污染物的同时,能产生大量生物质能源沼气,每吨废水可产生约5-10m3沼气,沼气能源效益不仅可以完全补偿环保处理的药剂费和电费,还可以给企业带来一定的经济效益(表2计算结果,处理1000吨废水可以为给企业带来2976元的收益);



   (3) 含PVA的煮炼退浆废水pH较高,DYAR工艺中微生物产生的二氧化碳等代谢产物可以中和来水的碱度,在进水12-13时,反应器未投加任何种的酸中和废水,反应器出水pH始终为6.5-7.5范围。实践证明本工艺还可以大大节约酸的药剂成本。



   下面举例说明DYAR技术在降低能耗方面的优势,计算说明以lOOOm3/d退浆、煮练废水为例,COD浓度按20000mg/L,电费以0.6元/度计。



表2 试验工艺及传统工艺经济性能对比表



 

工艺



方向



工艺组成



 

运行成本分项



 

总运行成本



 

能源回收效益



 

运行费用



 

DYAR



工艺



 

DYAR+接触氧化法



 

电耗4600度/天



 

 

2.76元/吨



 

 

产生沼气:4780m3/d,沼气按1.2元/m3折算



无消耗可创利2976元/天



 

 

 

传统



工艺



水解+接触氧化法



电耗18500度/天



11.1元/吨



无



1.11万元/天



化学凝结法+接触



氧化法



药剂12.5元



电耗11000度/天



19.1元/吨



 

无



 

1.91万元/天



 

水解+MBR工艺



电耗22000kwh/d



13.2元/吨



无



1.32万元/天



 

3.3 小结



根据中试运行试验,可知PVA降解菌可通过驯化并迅速达到一定的去除效果。中试分为两阶段运行,前一阶段只有DYAR技术发挥效果,短期去除率可高达65%;模拟实际工程,与好氧联合使用后,去除率维持在80%左右。受试验规模及时间等条件所限,去除率还有提升的空间,但趋势已显现,同时可以说明通过生物技术处理含PVA废水是完全可行的。



4 展望



    经过多年努力,我国在PVA退浆废水治理技术方面己取得一些成果,但仍有问题需要解决。随着产业的发展及环境要求的逐步提高,目前最迫切的需求是使废水达到无害化并可以达标排放。



   通过我公司的DYAR技术有效的降低废水浓度,配合好氧处理单元即可实现PVA废水的达标排放。该技术具有费用低,操作简单,杜绝二次污染等特点,给染整行业污水处理带来了新的选择,拥有广阔的前景。



参考文献:



    [1] 谢冰,徐亚同等.含PVA退浆废水的处理实践[J].环境工程,2012.21 (5):7-9



    [2] 邹君臣,孙根行等,含PVA退浆废水的处理技术[J].印染助剂,2011.28 (10):1-5



[3] 李然,张玉忠等.膜法处理退浆废水[J].水处理技术,2003.29 (1):50-52



[4] 王宗舞,方瑞娜等.含PVA印染退浆废水处理与资源化回收技术进展[J].资源节约与环保,2013.20 (10):1-5



[5] 邢晓琼,黄程兰等.含聚乙烯醇废水处理技术的研究进展[J].印染助剂,2012.29 (8):1-5