皮革厂废水处理
皮革废水处理
目前制革工业生产一般包括脱脂、浸灰脱毛、软化、鞣制、染色加工、干燥、整饰等几个工段，加工过程中需要添加多种化学品，从而使得废水中含有油脂、胶原蛋白、动植物纤维、有机无机固形物、硫化物、铬、盐类、表面活性剂、染料等多种污染物质和有毒物质。制革工业综合废水的水质特性为：ρ(CODcr)为3000—4000mg/L，ρ(BOD5)为1000—2000mg/L，ρ(SS)为2000—4000mg/L，pH值为8-11。
一、皮革废水的特点
废水主要来源于鞣前准备，鞣制和其他湿加工工段。污染最重的是脱脂废水、浸灰脱毛废水、铬鞣废水，这3种废水约占总废水量的50%，但却包含了绝大部分的污染物，各种污染物占其总量的质量分数为：CODcr80%，BOD575%，SS70%，硫化物93%，氯化钠50%，铬化合物95%。
制革废水的特点表现在以下几方面
①水质水量波动大；
②可生化性好；
③悬浮物浓度高，易腐败，产生污染量大；
④废水含S2-和铬等有毒化合物。
二、工艺选择应考虑的因素
2.1 制革原料及制革工艺
制革原料及生产工艺不同,对制革废水的水质 影响很大。如羊皮革生产废水的COD、BOD、油脂 浓度较低,但Cr3+、S2-浓度较高,碱性较强;猪皮革 生产废水中SS、油脂及Cl-浓度较高。
不同的制革废水,要选择不同的处理工艺,以取得更好的处理效果。如制革废水中含有过高的盐类物质,容易对微生物的活性产生抑制,所以,选择 耐盐性较强的低负荷活性污泥法,还是选择耐盐性 较差的中负荷生物膜法,要权衡利弊后确定;一般制 革废水的生化性很好,但制裘皮的综合废水,BOD/ COD的比值在0.2以下,而COD的含量并不高,一 般不超过2000 mg/L,当采用接触氧化法处理时,池中填料形成不了生物膜,所以最好在废水处理工艺 中,加一道水解酸化,以提高其BOD/COD的比值。
如废水中含有大量的钙铁离子,采用纤维填料, 初期运行效果很好,但长期运行,钙铁离子易粘附在 纤维表面并结垢,造成纤维钙化,使之发脆、断裂,使 处理效果越来越差。如果经常更换填料又增加了企 业负担,因而接触氧化工艺在此类制革废水处理中要慎用。
2.2 进水水质和出水处理标准
制革废水的COD一般在3000~4000 mg/L,生化性较好,经污水处理工艺处理后,一般出水要求达 到国标二级标准(COD<300 mg/L),但也有一些污 水处理站的运行,需要满足更严格的排放标准。
2.3 预处理工艺的选择
预处理的主要作用是去除尽可能多的SS、油类、铬离子和硫化物,降低有机物和有毒物质浓度, 以确保后续生物处理的高效稳定运行。混凝沉淀和气浮是皮革废水常用的预处理方法。混凝沉淀,主要是通过向废水中投加NaOH、硫酸亚铁、PAC等药剂,使水中的硫化物和铬离子沉淀而去除;而气浮,主要是通过向水中投加破乳剂和絮凝剂,并通过微小气泡的上浮和粘附作用,使水中的油类物质和SS得到有效去除。
对于预处理工艺,需要结合后续生物处理工艺选择。魏家泰经多个工程实践后认为,低负荷运行的工艺(如氧化沟法)因其耐冲击负荷能力较强,对预处理要求不是太高;负荷高的工艺(如接触氧化 法)则需相应提高预处理效率。所以,在采用接触氧 化法作为生物处理工艺时,对预处理的要求严格,如果预处理达不到预期目标,将会影响后续接触氧化法的处理效果,因而影响整个系统的运行稳定性。
2.4 生物处理工艺的选择
制革废水处理中应用较多的生物工艺,包括氧化沟、SBR及接触氧化法。
氧化沟为低负荷活性污泥法,它采用较低的容积负荷和较长的停留时间,对废水的处理效果好,而且具有很强的抗冲击负荷能力,但占地面积大,所以 对于中、小型制革厂,这种工艺并非最佳选择;SBR为间歇式活性污泥法,采用间歇进出水的方式运行, 具有很大的灵活性,并具良好的脱氮除磷功能,出水水质好、运行费用低,且不易发生污泥膨胀,适用于水质水量随时间变化较大的制革废水的处理;接触 氧化法为膜法处理工艺,主要是通过设置在氧化池 中的弹性填料,来保持更高的生物污泥浓度,促进污染物质的去除,它具有占地面积小、处理效果好、不易发生污泥膨胀等优点,但是投资及运行费用较高。所以要针对不同的进水水质和处理要求,并综合考虑占地面积、基建费用和运行费用等因素,选择合适的生物处理工艺。
2.5 温度对处理效果的影响
温度是微生物生长的重要环境因素之一,它的高低,直接影响着生化反应速率,进而影响生物系统的处理效果。所以,在寒冷地区的废水处理工艺,要充分考虑此因素,设计中可考虑提高生化池污泥浓度、增加生化池深度及加盖等方法,减少热量损失,以保持稳定的处理效果;在工艺选择中应尽量采用低负荷活性污泥法,如氧化沟工艺,减少温度对生化反应的影响。
2.6 集中处理与单独处理的权衡
传统的制革废水处理技术是将各工序废水收集 混合,一起纳入污水处理系统,但由于废水中含有大 量的硫化物和铬离子,极易对微生物产生抑制作用。所以目前比较合理的是“原液单独处理、综合废水统 一处理”的工艺路线,将脱脂废水、浸灰脱毛废水、铬鞣废水分别进行处理并回收有价值的资源,然后 与其它废水混合统一处理。
国外一般都采用这种处理工艺,国内许多厂家 也设有分别处理的系统,但疏于运行和管理,实际效果不佳,而且对于小型制革厂,如采用这种方法,工艺流程长、费用高,所以仍要具体情况具体分析,进行集中处理。
三、皮革废水处理技术
3.1单项处理技术
3.1.1 脱脂废水
脱脂废液中的油脂含量、CODcr和BOD5等污染指标很高。处理方法有酸提取法、离心分离法或溶剂萃取法。广泛使用的是酸提取法，加H2SO4调pH值至3～4进行破乳，通人蒸汽加盐搅拌，并在40～60 t下静置2—3 h，油脂逐渐上浮形成油脂层。回收油脂可达95%，去除CODcr90%以上。一般进水油的质量浓度为8—10g/L，出水油的质量浓度小于0.1 g/L。回收后的油脂经深度加工转化为混合脂肪酸可用于制皂。
3.1.2 浸灰脱毛废水
浸灰脱毛废水中含蛋白质、石灰、硫化钠、固体悬浮物，含总CODcr的28%、总S2-的93%、总SS的70%。处理方法有酸化法、化学沉淀法和氧化法。生产中多采用酸化法，在负压条件下，加H2SO4调pH值至4—4.5，产生H2S气体，用NaOH溶液吸收，生成硫化碱回用，废水中析出的可溶性蛋白质经过滤、水洗、干燥变成产品。硫化物去除率可达90%以上，CODcr与SS分别降低85%和95%。其成本低廉，生产操作简单，易于控制，并缩短生产周期。
3.1.3 铬鞣废水
铬鞣废水主要污染物是重金属Ce3+，质量浓度约为3-4g/L，pH值呈弱酸性。处理方法有碱沉淀法和直接循环利用。国内90%的制革厂采用碱沉淀法，将石灰、氢氧化钠、氧化镁等加入废铬液，反应、脱水得含铬污泥，用硫酸溶解后可再回用到鞣制工段。反应时pH值在8.2-8.5，温度在40℃沉淀最好，碱沉淀剂以氧化镁效果最好，铬回收率为99%，出水铬的质量浓度小于1 mg/L。但此法适用于大型制革厂，且回收铬泥中的可溶性油脂、蛋白质等杂质会影响鞣制效果。
此外，国外研究出一些新型的处理铬鞣废水的技术。A.I.Hafez用反渗透(RO)膜技术处理铬鞣废水并回收铬，研究证明，RO膜技术能够高效得将铬从铬鞣废水中分离出来，铬的去除率高于99%，但NaCl的浓度过高会影响铬分离。当NaCl的质量浓度低于5000 mg/L，此时RO膜技术的成本低，用于小制革厂分离回收铬比碱沉淀法要经济。Sevgi Kocaoba使用离子交换树脂技术去除回收铬，找到了其回收铬的最优条件：铬离子的质量浓度为10 mg/L，pH值为5，搅拌时间20min，树脂数量250mg，铬回收率在99%以上，与传统方法相比具有操作简单、效率高等优点。
3.2 综合废水处理技术
制革废水中污染物组成复杂，综合废水的处理方法也很多，有生化工艺和物化等方法。国内制革工业通常采用物化处理和生化处理相结合的方法，此法投资省，运行费用低，能够稳定达标排放。
3.2.1 生化处理工艺
①预处理系统：主要包括格栅、调节池、沉淀池、气浮池等处理设施。制革废水中有机物浓度和悬浮固体浓度高，预处理系统就是用来调节水量、水质；去除SS、悬浮物；削减部分污染负荷，为后续生物处理创造良好条件。
制革废水中含有较多的柔软剂、渗透剂和表面活性剂等高分子化合物，这些物质比较难以生物降解。P.A.Balakrishnan 等研究在生物处理前，用臭氧来氧化废水，将这些高分子有机物转变成低分子形式，甚至是容易消化的简单的生物机体，从而提高生物的可降解性。试验证明经过臭氧处理，制革废水的BOD5，CODcr和色度都有明显的降低。田刚红在生物处理前先进行水解酸化，将废水的m(BOD5/m(CODcr)的值由0.2提高到0.4以上，极大的提高废水的可生物降解性，为好氧生化处理提供有利条件。这两项技术与传统物化预处理技术相比，除能够提高废水的可生物降解性，还能够解决废水处理过程中的泡沫问题，且产泥量少，为解决制革废水处理中产生的大量污泥提供了一条途径。还可以投加混凝剂、絮凝剂去除制革废水中不易生化降解的化工辅料。一般用硫酸亚铁或碱式氯化铝，投加量为0.03%-0.05%，可去除CODcr与BOD5约50%，S2-70%以上，SS与色度80%以上。
制革废水中含有较多的柔软剂、渗透剂和表面活性剂等高分子化合物，这些物质比较难以生物降解。P.A.Balakrishnan 等研究在生物处理前，用臭氧来氧化废水，将这些高分子有机物转变成低分子形式，甚至是容易消化的简单的生物机体，从而提高生物的可降解性。试验证明经过臭氧处理，制革废水的BOD5，CODcr和色度都有明显的降低。田刚红在生物处理前先进行水解酸化，将废水的m(BOD5/m(CODcr)的值由0.2提高到0.4以上，极大的提高废水的可生物降解性，为好氧生化处理提供有利条件。这两项技术与传统物化预处理技术相比，除能够提高废水的可生物降解性，还能够解决废水处理过程中的泡沫问题，且产泥量少，为解决制革废水处理中产生的大量污泥提供了一条途径。还可以投加混凝剂、絮凝剂去除制革废水中不易生化降解的化工辅料。一般用硫酸亚铁或碱式氯化铝，投加量为0.03%-0.05%，可去除CODcr与BOD5约50%，S2-70%以上，SS与色度80%以上。
②生物处理系统：制革废水的ρ(CODcr)一般为3000—4000 mg/L，ρ(BOD5)为1000—2000mg/L，属于高浓度有机废水，m(BOD5)/m(CODcr)值为0.3—0.6，适宜于进行生物处理。目前国内应用较多的有氧化沟、SBR和生物接触氧化法，应用较少的是射流曝气法、间歇式生物膜反应器(SBBR)、流化床和升流式厌氧污泥床(UASB)。各种工艺比较见表1。
表1 制革废水的生物处理系统的比较
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要选用哪种生物处理工艺，除了考虑水质特点，还要兼顾处理水量、处理要求和场地面积等因素。从表1看出， 目前用于处理制革废水的比较成熟的工艺是氧化沟、SBR和生物接触氧化法，其技术参数比较全面。制革废水水量水质波动大，含有较高浓度的Cl-和SO42-，以及微生物难降解的有机物及铬和硫化物带来的毒性问题，因此生物处理工艺必须具备耐冲击负荷，且能适应高盐度对微生物产生的抑制作用，又能在较长时间内使难降解有机物得到降解和无机化。氧化沟的运行负荷非常低，处理效果好，且停留时间长、稀释能力强、抗冲击负荷能力强，故氧化沟是符合上述条件的最佳首选技术。
但对于中、小型制革厂，因生产无一定规律或无足够场地，采用氧化沟工艺并非最佳选择，而SBR工艺是间歇运行，具有理想推流的特点，且流程短；生物接触氧化法对于水量、水质的冲击负荷有很强的耐冲击能力，故制革废水相对集中排放、水质多变及负荷变化大的适合用SBR工艺和生物接触氧化法。射流曝气法是在活性污泥法的基础上采用射流曝气器进行充氧，提高了氧的利用率；SBBR是将SBR和生物膜技术结合起来，兼具两者特点；流化床和UASB工艺的负荷高，这些技术都有适合处理制革废水的一方面，但应用少，技术参数不全面，需要进一步研究。
3.2.2 物化处理工艺
目前国内用于处理制革废水的物化处理法有投加混凝剂、内电解等技术。用混凝剂物化处理，设备简单、管理方便，并适合于间歇操作。此法的显著特点是混凝沉降速度快，污泥体积小，处理废水费用低。
内电解法对废水的处理是基于电化学反应的氧化还原和电池反应产物的絮凝及新生絮体的吸附等的协同作用。河南省夏邑县某皮革制品有限公司，日排放量100—120m3，采用以内电解为主的工艺，内电解塔为固定床，阳极的铁屑填料经特殊处理后，既增加填料的活性，又防止铁屑结块，使运行效果更加稳定，运行中对pH值要求非常严格。经过1年的运行，效果良好，CODcr，BOD5，SS总的去除率分别为88%，89%和95%。此工艺特别适合间歇生产的中小型制革企业，操作简便，运行稳定，脱色效果好，投资低，出水水质能够稳定达到二级排放标准。
3.3典型的工艺组合
3.3.1 混凝沉淀+SBR法
张杰等应用序批式活性污泥法(SBR)对河南某制革厂的废水进行处理。首先采用物化法除去废水中的大量有毒物质和部分有机物,再经过SBR法生 化降解可溶性有机物。设计日处理量为800 m3,当 进水COD在2500 mg/L时,出水COD在100 mg/ L左右,远低于国标二级标准(COD<300 mg/L)。运行结果表明,用 SBR工艺处理制革废水,对水质变化的适应性好, 耐负荷冲击能力强,尤其适合制革废水相对集中排 放及水质多变的特点。而且,SBR处理工艺投资较省,运行成本较一般活性污泥法低。
3.3.2 气浮+接触氧化法
沈阳市某制革厂原废水处理采用生物转盘为主的处理工艺,运行不正常,排水水质不达标。贾秋平等采用涡凹气浮+二段接触氧化工艺,对原系统 进行改造,不仅使处理后的废水达到排放要求,提高了处理能力和效果,而且回收了80%以上的Cr3+, 使处理后的废水部分回用。在进水COD 3647 mg/ L时,经本工艺处理后,出水COD浓度为77 mg/L, 低于辽宁省《DB21-60-89》新扩改二级标准(COD <100 mg/L)。
针对常规气浮处理效果不够理想的情况,李文龙等将其改进成串联气浮工艺,使对污染物的去除率大幅增加。如COD的去除率比改进前增加了 33·4%,S2-47.7%, Cr总42.2%, SS 15.3%, CN 60·7%, BOD 76.9%,色度17.5%,同时采用串联气浮工艺操作也起到了2次气浮的效果。
3.3.3 物化+氧化沟
辛集市试炮营制革小区采用物化+氧化沟工艺,对原有射流曝气污水处理系统进行改造和增容,将原一沉池和二沉池改造为一沉池,将原曝气池 改造为水解酸化池,并在其后接一个常规的氧化沟;考虑到该制革小区生产的淡季和旺季的水量差别,除调节池外,所有系统均设为并联的2组。改造后 的处理水量增至4800 m3/d,可对进水COD为6100 mg/L左右的废水进行有效处理。实际运行表明, 该改造工艺的处理效率较高,出水水质达到国家《污 水综合排放标准》二级标准。
3.4 厌氧+好氧
浙江某制革工业区采用混凝沉淀+水解酸化+CAST工艺,对来自于准备、鞣制和其它湿加工 工段的综合废水进行处理。设计最大进水流量 6000 m3/d,废水中的硫离子通过预曝气,并在反应池加FeSO4和助凝剂PAC,从而沉淀去除;Cr3+通过在反应池中与NaOH发生沉淀反应而去除。生化处理采用兼氧和好氧相结合的工艺,兼氧采用接 触式水解酸化工艺,可提高废水的可生化性,同时去除部分COD和SS。好氧采用CAST工艺,为改良的SBR工艺,具有有机物去除率高、抗冲击负荷能力强等特点。