水解酸化+接触氧化+BAF工艺处理印染废水

刘贵祥，吴云龙，李宁宁

(瑞盛环境股份有限公司，江苏 宜兴 214215)

纺织印染生产过程中会产生大量的高质量浓度印染废水，它具有水量大、色度高、有机污染物含量高、水质变化大、可生化性较差等特点[1-2]，属难处理的工业废水[3].如果废水未经处理直接排放到受纳水体中，会对水环境造成严重的污染[4～6].因此，如何选择合适的工艺对印染废水进行处理正在成为人们日益关注的焦点.

印染废水中的悬浮物和染色基团可以通过混凝沉淀和气浮法得到有效的去除，但PVA浆液却不容易被去除[7～9].活性炭吸附法、高级氧化法和膜分离法可以快速、高效地去除PVA浆液，保证出水指标符合国家标准[10-11]，但实际应用中却存在运行费用高、操作管理复杂、维护成本高等缺点.生物法因为其具有适用水质范围广、出水水质好、运行费用低、操作管理方便等优点[12～14]，正在成为国内外处理印染废水的主流方法.基于生物法的优良特性，笔者采用水解酸化+接触氧化+BAF处理工艺，利用生物接触氧化法兼具生物膜法和活性污泥法的优点，实现对厌氧和好氧联合生物法处理印染废水的可行性探究，通过研究不同运行条件下印染废水的处理效果，以期为印染废水处理提供理论支撑和技术保障.

1 试验材料及方法

1.1 废水来源与水质

试验用水取自某印染厂调节池，具体水质指标如表1所示.

表1 试验废水水质指标

1.2 试验装置和工艺流程

试验所用设备均采用厚度为15 mm的有机玻璃制成，水解酸化池的外形尺寸为600 mm×600 mm×800 mm，反应器内装搅拌机一台；接触氧化池外形尺寸为800 mm×400 mm×600 mm，内装高效载体生物填料，填料体积为0.12 m3，曝气量为1.2 L/min.BAF池的外形尺寸为800 mm×600 mm×500 mm，内装陶粒滤料0.1 m3，曝气量为0.4 L/min.试验采用DN20mm的UPVC管道，配套针型阀和闸阀以实现对流量的控制.印染废水处理工艺流程如图1所示.

1.3 检测项目和方法

1)pH：玻璃电极法(GB6920-86)；2)化学需氧量(CODCr)：重铬酸钾法(GB11914-1989)；3)五日生化需氧量(BOD5)：稀释与接种法(GB7488-1987)；4)氨氮(NH3—N)：纳氏试剂分光光度法(GB7481-87)[15].

图1 印染废水处理工艺流程

2 试验结果与分析

2.1 水解酸化池最佳水力停留时间(HRT)的确定

待水解酸化池启动运行稳定后，测定不同水力停留时间条件下印染废水的处理效果.当进水温度为25 ℃，污泥质量浓度为4 500 mg/L，CODCr质量浓度分别为1 750、1 900 mg/L和2 050 mg/L的条件下，取时间间隔为2 h，测定不同水力停留时间条件下CODCr的降解量和pH变化值，试验结果如图2所示.

由图2可知，试验废水进入水解酸化池后，随着水力停留时间的增加，废水的pH值逐渐降低，而CODCr质量浓度变化却呈现出先快速降低再升高再缓慢降低的趋势.废水的pH随时间逐渐降低的主要原因是厌氧条件下活性污泥微生物通过胞内酶的化学反应释放出大量的挥发性有机酸.当水力停留时间为2 h时，废水的CODCr质量浓度降至最低，主要是因为废水进入水解酸化池以后，废水中的悬浮物质、大分子有机物质和染色基团开始被活性污泥吸附；吸附饱和后，在活性污泥中微生物分泌的胞外水解酶的作用下，大分子有机物质和染色基团被分解成为小分子物质重新回到废水中，这也是CODCr质量浓度降至最低后又逐渐升高的主要原因.当水力停留时间为8 h时，试验废水CODCr质量浓度的降低幅度已经不明显，基本保持稳定，因此最佳水力停留时间为8 h.试验结果表明，当进水CODCr质量浓度分别为1 750、1 900 mg/L和2 050 mg/L，水力停留时间为8 h的条件下，CODCr的去除率分别为21.36%、20.85%、20.28%.

图2 水解酸化池中CODCr 和pH随水力停留时间的变化规律

2.2 接触氧化池中CODCr和NH3—N去除规律的研究

经水解酸化(HRT=8 h)后的试验废水进入接触氧化池中，当进水CODCr质量浓度为1 634.26 mg/L，NH3—N质量浓度为75 mg/L，污泥质量浓度为3 200 mg/L的条件下，分别测定不同曝气时间条件下接触氧化池中CODCr质量浓度和NH3—N的降解量，试验结果如图3所示.

图3 接触氧化池中CODCr 和NH3—N随水力停留时间的变化规律

由图3可知，试验废水进入接触氧化池后，经过12 h的曝气处理，CODCr质量浓度降解量较高，去除率达到85.24%，但随着处理时间的延长，CODCr质量浓度降低并不明显，这可能是因为在高效载体生物填料上已经布满生物膜，试验废水与生物膜完全混合，生物相在新陈代谢的作用下已达到最大容积负荷.而NH3—N质量浓度从曝气处理开始3 h内去除率并不显著，3 h后去除率开始逐渐提高，曝气处理12 h和15 h后的NH3—N去除率分别为78.52%和80.93%.这主要是因为填料表面生物膜达到一定厚度，曝气处理供给的氧气已无法向生物膜内层扩散，使生物膜内层的好氧菌死亡，取而代之的是兼性细菌和厌氧菌，形成缺氧环境开始同步硝化反硝化从而实现对NH3—N的去除.虽然NH3—N去除率在12 h后仍比较显著，但是由于接触氧化池动力消耗较大，并且本处理单元的主要目的是去除CODCr，因此，接触氧化池的最佳水力停留时间为12 h.

2.3 BAF池中CODCr和NH3—N去除规律的研究

经过接触氧化处理的试验废水进入BAF池中，当污泥质量浓度为3 000 mg/L，曝气量为1.2 L/min，CODCr质量浓度为241.22 mg/L，NH3—N质量浓度为16.11 mg/L的条件下，时间间隔取0.5 h，分别测定不同曝气时间条件下BAF池中CODCr和NH3—N的降解量，试验结果如图4所示.

图4 BAF池中CODCr 和NH3—N随水力停留时间的变化规律

由于经过接触氧化处理后的试验废水的CODCr和NH3—N质量浓度均较低，当曝气处理时间为1.0 h后，试验废水的DO值便已接近饱和状态.BAF池中CODCr质量浓度随曝气处理时间的延长逐渐降低，在2.5 h时达到最低值，CODCr的去除率为61.72%.而NH3—N在开始的1 h内去除并不显著，随后去除率逐渐增加，当水力停留时间为2.5 h 时，NH3—N的去除率为36.12%，2.5 h以后NH3—N虽然还有一定的去除，但是降低幅度已经变得很小.因此，BAF池的最佳水力停留时间为2.5 h.

2.4 最佳水力停留时间条件下系统连续运行效果

当进水CODCr质量浓度为1 750～2 050 mg/L，NH3—N质量浓度为65～75 mg/L，水解酸化池、接触氧化池和BAF池的水力停留时间分别为8、12 h和2.5 h的条件下，系统运行稳定后连续测定24 d内出水CODCr和NH3—N质量浓度，试验结果如图5所示.

图5 系统运行稳定后进、出水中CODCr和NH3—N的变化规律

由图5可知，各处理单元在最佳水力停留时间条件下运行，当进水CODCr质量浓度为1 750～2 050 mg/L，NH3—N质量浓度为65～75 mg/L时，出水CODCr质量浓度低于92.35 mg/L，NH3—N值低于10.28 mg/L，CODCr和NH3—N的去除率分别在95.49%和86.29%左右，出水水质达标且稳定，说明该组合工艺的抗冲击负荷能力较强，适用于处理质量浓度较高的印染废水.

3 结 论

1)水解酸化池在最佳水力停留时间8 h的条件下，CODCr的去除率维持在20%以上，它的主要作用是降解大分子有机物质和染色基团为小分子的酸性物质，从而实现废水的可生化性和脱色效果的提高，减小冲击负荷，为后续的接触氧化和BAF创造良好的条件；

2)当进水CODCr质量浓度为1 750～2 050 mg/L，NH3—N质量浓度为65～75 mg/L时，经水解酸化+接触氧化+BAF处理，该组合工艺出水CODCr质量浓度低于92.35 mg/L，NH3—N质量浓度低于10.28 mg/L，出水水质指标符合《纺织染整工业水污染排放标准》；

3)该组合工艺具有运行操作简单、占地面积小、污泥产量少、高效率低能耗等优点，同时能实现生物处理的功效最大化，有望成为印染废水的主流处理技术.