A2/O+MBBR 集成工艺处理印染废水

邢文文

（山东工业职业学院，山东淄博 256414）

我国是纺织印染大国，印染助剂是纺织工业不可缺少的原料［1］。近年来，随着纺织印染行业科技的进步及不断创新，染料和助剂的使用量大大增加，导致印染废水水质呈现多元化、复杂化的趋势［2］。排放的印染废水中含有大量的浆料、染料、助剂以及表面活性剂等，废水的COD、碱性和色度都较高，且可生化性低，有的印染废水还出现高氨氮的污染特征，加大了印染废水处理难度［3-4］。

目前纺织印染废水的处理技术主要有物化法、生化法、生物膜法［5］。其中物化法［6］主要有混凝沉淀法、膜分离法；生化法主要有A2/O 法、UASB 法、SBR法；生物膜法主要有曝气生物滤池、反硝化滤池等。混凝沉淀法添加药剂量多、成本高，还会引入其他杂质；膜分离法中的MBR 法能耐受较高浓度的废水，且COD 去除率高；生化法中的UASB 法与SBR 法停留时间较长，池子占地面积较大，土建费用与投资成本高；而曝气生物滤池挂膜困难，微生物培养周期长，不易存活［7-9］。目前微生物法与化学法相比具有较低的成本，已广泛用于处理城市废水，以综合去除碳、氮和磷。在微生物法中，最常用的是A2/O 工艺，是一种结合了厌氧、缺氧和有氧区的活性污泥系统，是典型的单污泥悬浮生长工艺，具有结构简单、水力停留时间短、工艺控制相对容易的优点［10］。移动床生物膜反应（MBBR）技术是向反应器中投加一定量的悬浮载体，可提高反应器中的生物量及生物种类，从而提高反应器的处理效率［10-11］；同时MBBR 技术利用悬浮载体在水中的碰撞和剪切作用使空气气泡更加细小，增加了氧气的利用率，且反应器中厌氧、缺氧、好氧环境并存，硝化与反硝化反应并存，提高了印染废水处理效果［12］。

本研究以国内某纺织印染污水处理站的废水为研究对象，现场对印染废水取样并检测水质，集成MBBR 技术与A2/O 进行中试，优化该集成技术工艺参数，分析中试运行效果。

1 实验

1.1 废水水质

从南方某纺织印染污水处理站的配水井中定期抽出印染废水，主要污染物指标如表1所示。

表1 进水水质指标

1.2 A2/O+MBBR 工艺流程

本中试项目采用A2/O+MBBR 集成技术处理印染废水，具体流程如下：

1.3 A2/O+MBBR 工艺运行参数

搭建中试规模的A2/O 工艺装置，并将5 种不同的聚丙烯悬浮填料（作为微生物生长的载体）依次添加到需氧罐中。取印染污水处理站的活性污泥接种充满载体的好氧罐。在稳定运行期间，主要工艺参数为：进水量20～60 L/h，溶解氧（DO）质量浓度1.5～4.5 mg/L，硝化液回流比250%～350%，污泥回流比50%～90%，好氧池中污泥质量浓度（MLSS）2.0～3.5 g/L，连续稳定运行200 天。A2/O+MBBR 系统的工艺装置主要有厌氧和缺氧反应器（配搅拌器），以悬浮混合的液体悬浮固体。该系统配备了内部循环（IR），用于连接好氧池和缺氧池、沉淀池和厌氧池之间的污泥回流（SR）。在带有气泡空气扩散器的需氧罐底部引入曝气，所需空气由标称容量为180 L/min 的侧通道空气压缩机提供。厌氧池、缺氧池和好氧池的有效容积分别为200、300、600 L。所用5 种载体的参数如表2所示。

表2 填料载体的基本物理参数

1.4 测试

收集所有样品进行3 次重复分析，并根据美国APHA《水和废水检验标准方法》分析化学需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）、总氮（TN）、总磷（TP），DO、氧化还原电位（ORP）和pH 分别由DO 计（HI96400）、FJA-4 ORP 计和PHS-10 pH 计测定。

SEM：用50 mL 无菌离心管收集附有载体的生物膜样品，在2.5%戊二醛溶液中浸泡2 h，然后用磷酸盐缓冲溶液（pH=7.2）漂洗3 次，每次15 min。分别使用30%、50%、70%、85%、95%的乙醇各脱水一次，持续15 min，使用100%的乙醇脱水两次，持续20 min，并且用乙酸异戊酯交换两次，每次20 min。用消毒剪刀将样品剪成小方块，并用Free Zone 6Liter（美国Labconco 公司）冷冻干燥。将干燥的样品真空镀金后固定在样品台上，用LEO440 扫描电子显微镜（英国Leica Cambridge 公司）观察。

2 结果与讨论

2.1 废水处理运行效果

2.1.1 COD 去除效果

由图1 可看出，进水COD 水质波动较大，维持在200～500 mg/L，对应的出水COD 维持在40～100 mg/L。在长达200 天的中试运行过程中，运行初期污泥处于驯化阶段，活性污泥中的轮虫、钟虫（好氧原生动物）较少，而且都处于休眠状态，慢慢提高进水流量后，COD 去除率在70%～90%，运行比较稳定。

图1 COD 运行效果图

2.1.2 NH3-N 去除效果

由图2 可知，进水氨氮在30～45 mg/L，运行初期，污泥处于驯化阶段，活性污泥中的硝化细菌、反硝化细菌处于休眠状态，慢慢提高进水流量后，氨氮去除效果较好，出水氨氮基本维持在5～15 mg/L。因为运行后期补充了微生物所需的营养物质，所以微生物处于活跃状态，硝化作用强，同时反硝化菌也处于活跃状态，能将硝态氮转化为氮气。

图2 NH3-N 运行效果图

2.1.3 总磷去除效果

由图3 可知，进水总磷基本维持在3～7 mg/L，运行初期聚磷菌活性不高［10］；运行一段时间后聚磷菌处于活跃状态，可以释放好氧池中的磷，同时磷以剩余污泥的形式排出，出水总磷在0.5～2.7 mg/L。

图3 总磷去除效果运行图

2.1.4 总氮去除效果

由图4 可知，进水总氮维持在30～60 mg/L，水质波动较大，出水总氮基本维持在5～33 mg/L，去除率为50%～70%。因为能被去除的是硝态氮，以其他形式存在的氮暂时无法用生化法去除，故去除率不稳定。

图4 总氮去除效果运行图

2.2 生物膜SEM

由图5 可知，不同填料上的生物膜厚度及均匀性有较大差异。其中CA、CB、HN04 填料的生物膜较厚而且致密，以球状、短棒状和杆状微生物为主并有少量丝状菌，丝状菌缠绕在球菌和杆菌之间，使微生物牢固地附着在填料上。可能原因有：（1）加磁改性后的CA、CB 填料具有较好的亲水性和生物亲和性，有利于微生物附着生长；（2）HN04 填料结构尺寸更合理，有利于废水中有机底物的传递和交换，微生物有充足的养料大量繁殖；HNA 填料的生物膜以球菌为主，在填料表面形成的膜厚度很薄且不连续，图中能看到填料本身。

图5 挂膜前后CA、CB、HN04、HN10、HNA 的SEM 对比

3 结论

（1）在系统启动和挂膜期间，出水COD、NH3-N质量浓度逐渐降低，去除效果不断提高。COD 平均去除率83.0%、出水质量浓度38.6～98.0 mg/L，NH3-N 平均去除率70.9%、出水质量浓度8.82～26.00 mg/L。连续取样5 次挂膜启动成功后，TN 平均去除率52.4%、出水质量浓度16.5～33.0 mg/L，TP 平均去除率59.2%、出水质量浓度1.03～2.69 mg/L。A2/O+MBBR 工艺对COD、NH3-N 具有良好的处理效果，同时能较好地去除TN、TP。

（2）CA、CB、HN04 填料的生物膜较厚而且致密，微生物牢固地附着在填料上，适合微生物的培养以及挂膜。

（3）结合进水污染物浓度波动较大的实际情况，改良后的A2/O+MBBR 集成工艺具有较高的抗冲击能力，能较好地去除水中污染物，运行负荷高。