高浓活性污泥法处理印染废水的研究

2018-12-28丁新春张建朱刘福强

山东化工 2018年23期

丁新春，张建朱，刘波，曹勋，刘福强

(1.南京大学盐城环保工程技术研究院，江苏盐城 224002;2.南京大学环境学院，江苏南京 210046)

纺织印染废水污染一直在我国工业行业中名利前茅，其每年废水排放量20～30亿t，占全国废水排放总量的11%。化学需氧量(COD)排放量每年约24～30万t，全工业行业占比在9%左右［1］。印染废水因其水质成分复杂、色度高、COD高、水质水量波动大等特点导致处理难度大;特别是随着印染行业生产工艺的改进，新助剂的引进，导致废水的COD进一步升高，而B/C反而下降，增加了治理的难度［2－3］。由于物理法和化学法处理印染废水或多或少地存在COD去除率低、处理费用高、可能引起二次污染等问题，因此国内外对含印染废水的最终处理手段还是以生化法为主［4］。活性污泥法作为现今较为成熟的生化工艺，广泛应用于各种行业的废水治理中。由于印染废水的复杂性、难生化性等特点，普通活性污泥法处理印染废水已难以达到当前日益严格的治理要求。

2007年，陶博等开创性研究了高浓度活性污泥法对染料废水的处理效果，结果表明，污泥CODcr负荷区间为0.30～0.5kg/(kg·d)时，CODcr的去除率可达85%以上;进水酚质量浓度为800 mg/L的条件下，出水酚质量浓度可达0.50 mg/L以下［5］。2013年，kezhao，zhou也报道了高浓度活性污泥法在印染废水为主的污水厂改造，结果表明，通过适当延长现有MSBR的沉淀时间，系统可以稳定维持高浓度活性污泥，从而显著提高其去除COD的能力，若再辅以深度处理设施，可以保证出水水质达到一级A标准要求［6］。因此，在现有广泛应用的印染废水处理工艺基础上，对好氧系统单元进行深入研究，充分挖掘其处理效率，提高其深度，具有较大的实用意义。

本文通过小试试验，以郑州某印染厂生产综合废水为研究对象，着重考查了好氧活性污泥法中，活性污泥浓度对该废水的处理效果的影响。以期为工程应用与生产调控提供依据或参考。

1 材料与方法

1.1 实验装置

实验装置如图1所示，主要由调节池、曝气池和二沉池组成。调节池采用空气搅拌，可以达到均匀水质的目的;由于冬季温度较低，为了排除温度波动及低温对生化系统的影响，本装置安装温控系统，可以自动调控温度至设置值。曝气池是高浓活性污泥反应器的核心装置，主要由曝气系统、进出水分配系统、活性污泥、溶解氧在线监测仪等组成;其池体为长方形，玻璃钢材质，底部装有微孔曝气器，输气管上装有阀门，用以调整曝气量大小，其有效容积为160L。沉淀池为圆筒形结构，玻璃钢材质，装有锯齿堰，设有污泥回流系统，容积为35L;底部排泥斗中的污泥通过蠕动泵输送回流至曝气池进水端，可以根据曝气池中污泥浓度值控制污泥回流比。

图1 实验流程图

1.2 实验方法

1.2.1 废水预处理

本实验用水取自郑州某印染厂实际排放废水，废水中除含有活性染料、直接染料、渗透剂、PVA等多种染料和助剂外，还含有纤维屑、料浆分解物等高分子物质。由于上述有毒性或难降解有机物的存在，使微生物降解较困难。因此，对原水进行有针对性的预处理，可以有效改善微生物的处理效果。原废水经过“混凝沉淀+水解酸化”预处理，去除部分对微生物有毒害作用的染料物质后，进入高浓活性污泥反应器。原水经预处理前后水质情况见表1。

表1 预处理前后水质情况

1.2.2 污泥驯化

取城市污水厂浓缩池污泥50L投入曝气池，闷曝12 h后，按 m(COD)∶m(N)∶m(P)=100∶5∶1 配比加入葡萄糖、氯化铵、磷酸二氢钾，其中COD浓度为800 mg/L，调整曝气量，控制HRT为24 h后，泵入少量预处理后的印染废水，并逐渐增加其进水量，同时葡萄糖投加量相应减少。连续运行两周左右，达到满负荷运行。此时出水指标稳定，COD去除率达70%以上，表明好氧污泥基本驯化成熟。

1.2.3 污泥浓度的控制

活性污泥驯化成熟后，通过控制污泥回流量，适当投加FeSO4来控制曝气池中的污泥浓度。污泥浓度控制分为常规浓度、中浓、高浓三个阶段，每个阶段连续稳定运行大于一个星期。其中常规浓度MLSS为:2500～3500 mg/L之间，平均约为3000 mg/L;中浓 MLSS为4000～5000 mg/L之间，平均约为4500 mg/L;高浓 MLSS为5500～6500 mg/L之间，平均约为6000 mg/L。

1.2.4 水样分析

COD采用重铬酸钾法测定;pH采用上海盛磁PHS－25测量仪测定;MISS采用重量法测定;SV采用100mL量筒法测定;色度采用稀释倍数法测定。

2 结果与讨论

2.1 驯化初期

图2 污泥驯化过程中进出水COD变化趋势图

驯化初期，活性污泥对废水COD去除效率由高降低再波动升高。如图2，培养1d后，去除率达95%，而接下来三天去除率持续大幅下降，导致这一原因可能是由于初始活性污泥的活性较强，具有较强的吸附作用，可以吸附废水中的有机污染物，因此呈现较好的COD去除效果。但由于活性污泥对水质水量适应性差［7］。当进水水质发生了变化时，原本较好适应生活污水的微生物受到印染废水的冲击，导致去除效果大幅下降。经过近一周时间的驯化，微生物基本适应了本实验印染废水，因此表现出较好的去除效果。这种微生物的适应，其实质就是微生物间“适者生存”的残酷竞争［8］。

2.2 活性污泥的形态

活性污泥微生物主要由细菌类、真菌类、原生动物、后生动物等群体组成，在微生物群体的共同协作下，实现了将有机物转化为稳定的无机物，如 CO2、H2O 等［9－10］。因此，了解活性污泥形态对废水生化处理有较大的指导意义。三种不同污泥浓度下的活性污泥形态基本相近，但高浓法菌胶团颜色呈深棕色，比低浓颜色深(如图3)。从絮体颗粒大小来看，高浓法的污泥絮体颗粒较大，也更为密实。相对低浓度活性污泥，高浓法活性污泥中的原后生动物种类更多，种群较低浓法丰富。研究表明，一定的密实度范围内，污泥密实度较大时，污泥活性较好，其降解相同的污染物质所消耗的溶氧较少，更节能［11］。由此可见高浓活性污泥具有更强的降解性能，更适合于印染废水的处理。

图3 低浓(a)和高浓(b)生物相图

2.3 污染物去除效果

2.3.1 污泥浓度对废水COD去除率的影响

图4 不同污泥浓度降解COD趋势图

由图4可见，提高污泥浓度，可以相应提高废水COD去除效率。在常规浓度下运行，废水COD去除效率不稳定，波动较大。常规浓度下，好氧系统耐进水冲击能力薄弱。在14d时，进水水质对系统造成较大冲击，污水出水COD升高;而污泥浓度在中等浓以上时，好氧系统的抗冲击能力明显加强的同时，COD去除效率也有了较大提高;当污泥浓度进一步提高时，其处理效果表现出更强稳定性与高效性，主要由于高浓度活性污泥系统特有的高生物量、低有机负荷及长污泥停留时间等特点，使之具备了对有机物有较强的耐冲击负荷能力，而高浓度活性污泥中保持有更加丰富多样的菌群，微生物之间的协同代谢的作用更加密切，这就为难降解物质的处理创造了条件［12－14］。

2.3.2 污泥浓度对处理深度的影响

印染废水中含有许多大分子有机物，其中有一部分较难生化降解。尽管常规的活性污泥法有较好的COD去除效率，但往往存在着对有机物降解程度不够的问题，导致生化出水COD仍然较高，难以达到出水要求，这就增加后续物化处理负担，提高了处理成本。而增加污泥浓度，可以有效提高好氧处理深度，较大程度上减轻生化后续处理负担。如图5，在常规污泥浓度下(MLSS:3.0 g/L)，好氧处理出水COD高达200 mg/L以上;中等污泥浓度下(MLSS:4.5 g/L)，好氧出水COD降低至160 mg/L左右;而高浓度污泥状况下(MLSS:6.0 g/L)，好氧出水COD已降至110 mg/L。与常规浓度活性污泥法相比，高浓度活性污泥法中微生物更多，除污染物能力更强。当然随着微生物的活性增强，繁殖加快，其中一些微生物过度繁殖导致污泥浓度增长至较高值，使SV30增大到一定限值后，将引起二沉污泥负荷增加，导致二沉跑泥现象，不利于运行维护。如果此时进水油脂化程度较高将会产生严重情况，污泥可能覆盖整个生化反应器，从而大幅影响了处理效果［15］。