基于新型磁性离子交换树脂的印染废水深度处理技术研究

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本课题以几种典型印染废水(含印染企业废水和印染园区综合废水)生化处理出水为研究对象,对水中的溶解性有机物(DOM)的组成、性质及潜在的环境危害进行了分析;考察了新型磁性树脂(NDMP)对印染生化出水中DOM的去除性能,并与其它几类吸附剂相对照,探讨了NDMP树脂对印染生化出水中DOM的去除机理;采用纳滤膜分离技术对NDMP树脂再生脱附液进行了分离,评估了树脂脱附液的纳滤滤出液对磁性树脂的再生回用性能,并对树脂脱附液纳滤浓缩液进行了处理,考察了处理后浓缩液的理化性质及生物毒性。构建了新型基于NDMP树脂的系列深度处理组合工艺及装备,使NDMP树脂处理后的水质满足了国家重点流域排放标准及印染行业生产用水要求。首先,采用超滤膜及吸附树脂分离技术对几种印染生化出水进行了分离。采用气质联用、色谱及光谱分析对印染生化出水中的DOM进行了分析。结果表明:不同来源的印染废水生化出水中DOM的组成、结构、基团性质有所差异,但均包括染料及助剂残留物及其代谢物、微生物代谢产物及类腐殖酸物质,具有类似化学结构的有机物分布广泛。印染废水生化出水中DOM的分子量主要集中于lk-3kDa;具有特定化学基团的有机物并不特别集中于某一分子量区域。DOM的主要组分为亲水性有机物(HPI),其主要为微生物代谢产物;DOM中类腐殖酸物质含量较少;HPI及酸性有机物含有较高的羧基及酚羟基基团和芳香性结构;中性有机物所含酸性基团较少,且具有明显的直连有机碳结构。采用发光菌及大型蚤对印染生化出水中的DOM进行了生物毒性分析,研究表明:HPI及分子量<3k Da的DOM具有较高的生物毒性。印染废水生化出水的氯氧化研究表明:印染废水生化出水中DOM的消毒副产物(DBPs)生成势均高于市政污水及地表水,且HPI及小分子有机物具有最高的DBPs生成势。其次,大孔苯乙烯树脂对印染生化出水中DOM的去除优于丙烯酸树脂,但其再生较为困难;丙烯酸树脂中NDMP树脂对DOM的去除性能高于MIEX。小粒径的树脂对DOM的去除速率较快,并符合准二级动力学模型;DOM的平均分子量对树脂吸附速率影响不显著,而酸性基团含量对树脂吸附速率影响较大。树脂对分子量<1k Da、HPI及中性DOM去除率较低,丙烯酸树脂对疏水性酸(HPOA)的去除率高于苯乙烯树脂;苯乙烯树脂对HPI的去除优于丙烯酸树脂。阴离子树脂对印染生化出水的急性及慢性生物毒性具有明显去除效果;同时阴离子交换树脂对DBPs生成势具有显著去除,但其处理后的生化出水中氮源DBPs生成势会升高。pH对苯乙烯树脂吸附DOM的影响较小,但pH上升有利于丙烯酸系树脂对DOM的吸附;硫酸钠浓度的提高会降低丙烯酸树脂对印染废水生化出水中DOM的去除性能。弱酸-强碱树脂组合工艺能有效去除印染生化出水中的金属离子(硬度),并通过对印染生化出水中DOM酸性基团的释放,提高阴离子交换树脂对印染生化出水中DOM的去除效能约20%。再次,NDMP树脂脱附液具有较高的芳香性及生物毒性,不能直接排放至原生化处理系统。纳滤膜对树脂脱附液中的DOM具有较好的截留作用;发色、芳香性化合物及大分子有机物主要截留于纳滤浓缩液中,纳滤滤出液芳香有机物含量较低,主要为饱和有机物,同时纳滤膜对氯离子分离浓缩效果较好;纳滤膜滤出液可对NDMP树脂进行有效再生。芬顿(Fenton)氧化后的纳滤膜浓缩液已无明显生物毒性,可排入原生化系统进行处理。纳滤膜浓缩液的芬顿氧化最优反应参数为H2022%(v/v)、Fe2+2.5g/L、pH4、反应时间2h。选择对脱附液进行芬顿氧化预处理再进行纳滤分离的工艺可以提高纳滤膜分离效果。NDMP树脂在工程应用时的粒径选择为0.15-0.18mm。树脂粒径减小及树脂投加量的增加均会提高树脂的反应速率,但反应器中过度投加树脂并不能显著提高磁性树脂对印染废水生化出水中有机物的去除效果,NDMP树脂最优投加量为2%。在树脂投入量一定的情况下,反应器内树脂的吸附速率仅与反应器内有机物浓度有关,反应器动力学为1级反应器动力学。NDMP树脂及新型磁性树脂反应器对实际工程印染废水生化出水中COD、总氮、总磷的平均去除率分别为50%,48%及68%。芬顿氧化后的纳滤浓缩液排入原系统处理单元后,原生化处理系统运行稳定性。
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