传统活性污泥工艺处理印染废水最佳运行工况的研究

吴帅澎

（延边大学地理与海洋科学学院，吉林 延吉133002）

我国经济发展脱身于重工业环境，受传统工艺类型与技术水平等因素影响，工业废水的超额排放一直是困扰我国可持续经济发展的重要问题，其中印染废水量作为主要废水组成部分，更是现代污水处理的焦点。从传统印染废水产出角度来看，工业废水预处理阶段共包括退浆、煮炼、漂白与丝光工序，不同工序中产生的废水有明显差异，因此在工序的选择上，也需要提供具有针对性的方案，才能使废水处理的质量得到更好的保障。而站在工业废水排放角度来看，常规印染废水排放不可能专门设置独立排放渠道，因此多数废水都是以混合形势出现的，此类废水普遍具有水量大、浓度高、呈碱性、化学需氧量偏高且色泽深，其中有机污染物的类型与仿制品种、染料、工艺有着较高的关联性，并且污染物的含量无准确定值，若要进行有效的处理，则处理材料的用量与选择很难控制，稍有不慎便极易造成二次污染问题出现。因此，印染废水是工业废水处理系统中公认最难处理的类型之一，若仍旧沿用以往的废水处理机制与方式，势必会影响废水的排放质量，对周围生态环境造成不可逆的损伤。

传统活性污泥处理工艺是工业废水处理中较常见的工艺类型，材料中存有活性微生物，通过材料的氧化，能够有效将污水中的有机物和残留物降解，而污泥则能够通过分散或悬浮在废水中的方式，充分与内部有机物接触，受溶解氧的影响，便能够极大降低污水内有机物的浓度，在排出后有毒物质与有机物便会积存在处理池底部。

1 材料方法

1.1 仪器和试剂。烘箱、PH 计（雷磁PHS-3C）、曝气池：由长800mm 宽400mm 高400mm 的长方体、容量瓶、250mL 溶解氧瓶、25mL 酸式滴定管、250mL 锥形瓶、1～2mL 吸管、5mL 移液管、10mL具塞比色管、250mL量筒、定量滤纸。邻菲罗啉（C12H8N2·H2O），硫酸（H2SO4），硫酸亚铁（FeSO4·7H20），硫酸锰（MnSO4·H2O），硫酸锰溶液，浓硫酸，0.025mol/L（1/6K2Cr2O7）重铬酸钾标准溶液，0.025mol/L硫代硫酸钠溶液。染料罗丹明，重铬酸钾（K2Cr2O7），硫酸亚铁铵[（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O]

1.2 实验废水。实验室自配模拟印染废水。

1.3 分析方法。（1）色度的测定方法。①为确保废水色度更便于观察，避免出现实验数据偏差，操作人员需分别取用适量的试品与光学纯水，分别加入具塞比色管内，用量需抵至制定刻度线，而后再统一放在置物架上，再摆放色度更亮的白色背景板，找好具塞比色管与背景板之间的角度，能够将光线射入具塞比色管底端，通过反射原理垂直穿过液柱，由此可更清晰的观察液柱色度。其次，操作人员需按照垂直向下观察液柱的方法，比较试品与光学纯水的色度差异，分别将色调、色度、透明度等数据录入报告，为后续数据分析提供参照。②为明确试品与光学纯水间色度差异，操作人员可在试品中逐级添加光学纯水，并统一搅拌均匀，添置于具塞比色管的指定刻度位置，而后即将稀释试品摆在背景板前，通过上述方法比对稀释试品与光学纯水色度、色调与透明度之间的差异，而后移开继续稀释，直至稀释至无法与光学纯水区分，再计算试品稀释的倍数，以便了解二者之间最直观的差异。过程中，操作人员需对试品色度进行初步评估，确保试品色度在标准值50 倍以上时，需通过移液管提取试品至容量瓶内，确定刻度数值，再添加光学纯水稀释至指定刻度，每次取最大稀释比，以便将稀释后的色度数值控制在50 倍范围以内。③待试品色度在控制范围内，操作人员需从具塞比色管内提取适量试品，而后通过光学纯水将液面稀释至指定刻度，稀释倍数需控制在2 倍，并逐次记录液柱的状况与数据。另外，为明确液柱混合的效果，操作人员需做好试品pH 值的检测，并逐级将液柱稀释倍数相乘，以此更准确的表达试品与光学纯水之间的色调与色度关系。在报告样品色度的同时，报告pH 值。（2）污泥浓度（MLSS）的测定方法。①过滤：取一混合液V（L）进行过滤，采用定量滤纸。②蒸发烘干：待烘箱中温度升到103～105℃之间的设定值后，将滤干后的滤纸放入烘箱烘2 小时。③称量：称量后减去滤纸重量，并且测滤纸的重量也要采用上述同样的步骤，记录称量增重M1（mg）。④MLSS=M1/V（mg/L）。

2 结果分析

2.1 曝气量、曝气时间对CODcr处理效果的影响与分析。经由实验可知，所选曝气时间为20h 和21h 小时。当曝气量在1.0m3/h左右变化时，CODcr的去除率一直保持在77%以上；曝气量升高时发现CODcr去除率降至70%左右，出水CODcr有上升趋势。当曝气时间为21h 时，CODcr去除率较高，最高值为87% ，出水CODcr浓度较低。

2.2 曝气量、曝气时间对色度处理效果的影响与分析。试验过程中，进水的色度在360～420 倍之间变化，曝气时间为20h 和21h时，当曝气量在1.0m3/h 左右变化时，色度去除率最高，最佳值分别为77% 和80%，出水色度平均仅为20，30 倍。

曝气时间为21h 时，微生物的降解作用对色度的去除效果较好；随着难降解有机物的不断积累，池内色度上升，并影响到出水色度，曝气时间由20h 增加至21h 时色度去除率降低。因此，本文确定试验的曝气时间为21h，曝气量在1.0m3/h 左右。

2.3 pH 值对处理效果的影响与分析。在确定了曝气时间以及曝气量的基础上，利用NaOH 以及H2SO4调节进水的pH 值，使得进水的pH 值分别为4.0、5.0、6.0、7.0、8.0 和9.0，CODcr和色度的平均去除率随pH 的变化。当进水pH 值在4.0～9.0 之间变化时，CODcr、色度去除率均呈现先增加后降低的趋势；当进水pH 为8.0 时，达到最大值，分别为88%，87%。

对色度而言，其去除主要是微生物作用的结果，色度去除率随着pH 值的升高而升高，一方面说明厌氧水解消耗碱度，酸性进水比碱性进水更会抑制染料的水解过程；另一方面也说明pH 值升高对细胞膜的电荷状况产生了影响，影响了菌体对营养物质的吸收和代谢产物的形成，这种影响体现在厌氧产物上。对CODcr而言，在染料的降解过程中，好氧微生物显示出了比厌氧微生物更好的CODcr去除效果，与色度的去除相同，CODcr去除率也呈现先增加后降低的趋势。通过实验可知，pH 值在8.0 内去除效果较好。实验结果表明，在接近中性条件下，对CODcr和色度的去除最佳。

2.4 有机负荷对处理效果的影响。试验过程中，在确定了曝气时间为21h 以及曝气量为1.0m3/h、PH 值调节至8 的基础上，人为地改变有机负荷，使负荷由400mg/L 调至600mg/L、800mg/L、1000mg/L、1200mg/L。

基于实验可知，当进水CODcr在400～1200mg/L之间变化时，CODcr，色度去除率均呈现先增加后降低的趋势；当进水CODcr为800mg/L时，达到最大值，分别为83%，84%，主体微生物枝状菌胶团对冲击负荷的耐受力较强，并未发生改变。而在高负荷处理状态下，污水内出现了较多的线虫，这使得短期内污水处理质量水准严重下滑，而在2～3 个周期后，有机物去除率正常，活性污泥可有效抑制线虫增长。

2.5 最佳工艺条件下的处理效果。基于上述实验流程可知，传统活性污泥处理污水的最佳配制为1.0m3/h 的曝气量，21h 的曝气时间与8.0 的pH 值，期间工艺运行温度需控制在25℃左右，并着重以废水色度、色调与透明度为审核要素。（1）CODcr的去除效果。在最优化工艺条件下装置对模拟印染废水CODcr的去除效果。在运行过程中，通过活性污泥法对有机物的去除，上清液的CODcr浓度始终低于130mg/L；出水CODcr的平均去除率为85%，说明装置对印染废水的CODcr有良好的去除效果。（2）色度的去除效果。在进水色度为430～500 倍时，经过活性污泥法的处理，上清液的色度稳定在70倍左右，可见活性污泥法对色度有着较为稳定的去除效果；装置对色度的最佳去除效率为80%。随着运行时间的延长，色度的去除率表现出了轻微的下降趋势，这主要是因为难降解的染料分子在系统中的不断积累增加了对微生物的毒性影响，影响了系统对色度的去除。但总的来讲，系统对色度的去除率处于一个较为稳定的水平[3]。

3 结论

活性污泥处理印染废水，具有出水水质好，去除效率高等优点，并可以有效去除色度，是处理印染废水的理想工艺。在曝气量一定时，曝气时间过短会导致CODcr去除率下降，而在曝气时间一定时，随着曝气量的不断增大，CODcr的去除率呈现先增加后减少的趋势。曝气时间为21h，曝气量在1.0m3/h 左右，pH 值为8.0 左右，温度控制为25℃左右，在此工艺条件下对实验室模拟印染废水进行处理，CODcr最佳去除率可达到87%，色度最佳去除率达80%，出水水质优于《纺织染整工业水污染物排放标准》（GB4287-92）一级标准[4]。