印染废水处理生化系统运行效果的影响因素分析

黄金菁 骆骏 胡晓聪 尹小明

（1.浙江翰成环境服务有限公司，浙江义乌 322000；2.浙江艾摩柯斯环境科技有限公司，浙江杭州 310000）

1 引言

印染废水是比较复杂的一类废水，根据纤维的不同，相应使用的助剂也各有不同。废水中色度主要是由染料带来的，而各类助剂则贡献了大部分的COD［1-2］。印染行业是高污染高耗水行业之一，浙江省要求印染行业非棉项目重复用水率不低于50%。为保证回用水质，必须采用三级处理工艺，较为普遍的主体流程为混凝—生化—超滤+反渗透。生化出水影响到后续深度处理系统能否正常运行，本文根据已完成的3 家典型印染企业水处理系统整改调试的数据，结合1 家同行业运行良好的处理系统的参数，对生化系统运行效果的影响因素进行分析。

2 整改案例基本情况

活性污泥法和生物膜法是印染废水生物处理常用的工艺，本文所提及的印染企业全部采用以上2种工艺。各企业废水处理系统概况见表1。

表1 整改调试案例废水处理工艺流程

3 家企业整改前生化系统运行参数见表2。

表2 整改调试案例废水生化系统运行参数

整改前水处理生化系统进出水水质情况见表3。

表3 整改前水处理生化系统进出水水质参数mg/L

3 优化调试

3.1 存在问题

梅特卡夫和埃迪公司认为［3］生化池运行过程控制要素为废水的性质、需氧量、pH、药剂量等。经业主单位同意后，技术人员进场跟踪企业废水处理站操作人员的运维情况，着重从以上因素进行排查，发现普遍存在以下问题：（1）初沉池pH 没有控制好；（2）有污泥膨胀现象；（3）生化池排泥过于频繁；（4）生化系统回流过小或没有；（5）二沉池加药过量。

3.2 原因分析

（1）混凝剂的质量对处理效果有至关重要的作用，通过几家企业的药剂成分分析，发现其采购的药剂质量良莠不齐，有的石灰纯度不高，使用后增加泥量，pH 提升不明显；有的使用工业废酸，杂质较多，带入到后续的生化系统会对微生物的活性造成不良影响。

（2）企业的加药装置都比较老旧，没有自动化加药系统，基本上都是通过人工调配投加，且夜班可能出现过量加药或未及时配药加药的情况，造成出水pH 很不稳定，含过量的铁或钙，对后端的生化处理单元冲击较大。

（3）生化系统曝气量不足，Chudoba J 等［4-5］认为DO 低时，由于丝状菌比菌胶团细菌有更高的DO 亲合力和忍耐力，因此在低浓度DO 条件下，丝状菌比菌胶团细菌有更强的竞争力，造成污泥膨胀，从动力学理论角度进行分析，结论与表2 采取活性污泥法的企业实际情况相符。

（4）2 套活性污泥工艺的生化系统SVI 分别为242，291 mL/g，目前我国以SVI 值来评判污泥沉降性能，当SVI 值大于150 mL/g 时，普遍认为系统发生了污泥膨胀［6］，根据取样所得的SVI 值可知，这2 套生化系统存在较为严重的污泥膨胀现象。操作人员误以为生化污泥量较多，频繁排泥，致使硝化菌无法增殖，影响了系统的硝化能力。

（5）由于生化单元污泥膨胀，沉淀效果差，操作人员担心出水水质，且存在加药越多处理效果越好的误区，导致经常过量投加混凝剂。

3.3 整改措施

（1）更换混凝药剂，采购品质优良的产品。

（2）调整初沉池加药量，保证进生化池水质澄清，不带入矾花。印染不同的面料控制的出水pH 也有所不同，根据印染废水运维经验，锦纶废水初沉池出水pH 不可超过7.5，染棉废水初沉池出水pH 不可低于8.5，确保生化系统的正常运行。

（3）增加曝气量，保证生化池内DO 不小于2 mg/L，保证好氧微生物的生长代谢所需。

（4）加大回流比，控制活性污泥法的回流比在150%左右，接触氧化法的回流比在100%左右。

3.4 分析方法

CODCr采用HJ 828—2017《水质化学需氧量的测定 重铬酸盐法》进行测定；氨氮采用HJ 535—2009《水质 氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法》进行测定；DO 采用雷磁JPBJ-610L 型便携式荧光溶解氧测定仪进行测定；pH 采用HJ 1147—2020《水质pH 值的测定 电极法》进行测定；SV30，SVI，MLSS 和MLVSS 等按相应标准方法测定。

3.5 整改后各企业生化系统水质变化情况

通过调试，3 家印染企业的生化出水有很大的改善，其中，A 企业CODCr从原来的近200 mg/L 降到不超过30 mg/L；B 企业CODCr从原来的600 mg/L 左右降到不超过100 mg/L；C 企业CODCr从原来的近1 400 mg/L 降到低于280 mg/L。3 家企业生化出水NH3-N 均低于10 mg/L。调试改善后的监测数据均保持15 d 以上。

3 家印染企业整改过程生化系统出水CODCr和NH3-N 的变化趋势如图1 所示。

图1 企业生化系统出水CODCr 和NH3-N 变化趋势

4 结果与讨论

4.1 影响生化系统正常运行的因素分析

通过4 家印染企业的生化系统调试整改，总结出影响印染废水生化系统正常运行的因素主要有以下5 点：

（1）DO。DO 对微生物活性有至关重要的作用，通过对以上4 家企业废水处理生化系统的跟踪调试发现，生化系统DO 不足的情况较为普遍，设计手册［3，7］基本以生活污水为设计对象，需要的空气量为3.7～15 m3/m3废水或128 m3/kg BOD5，如运用在印染行业中则偏小，且DO 的日常监测还未引起操作人员的重视。曝气量的不足使得反应器内的好氧微生物长期处于低活性状态，仅能维持自身的代谢，而无法对废水的有机污染底物（相对于微生物来说是营养物质）进行降解利用，转化为自身的胞内聚合物。

对于DO 的控制有许多相关研究，Shin 团队［8］研究表明，曝气量增加、污泥表面电荷增加导致胞外聚合物（EPS）和多价阳离子之间的吸引力被削弱。李军团队［9］认为，随着曝气强度的增加，松散束缚型胞外聚合物（LB-EPS）含量升高导致污泥絮体沉降性能恶化。而在本文涉及的4 套生化单元后端DO 均超过6 mg/L，污泥中的絮状菌明显增多，污泥沉降效果明显改善，其中2 套活性污泥系统的SV30降至30%～45%。当生化池后端DO 控制在2～4 mg/L 时，污泥沉降性反而不好。

（2）进水水质。初沉池主要控制pH、悬浮物去除、药剂残留量等，初沉池pH 调节不稳定、沉降效果差导致悬浮物进入生化系统和药剂残留等，也是目前印染废水乃至工业废水处理中较为常见的问题。加药量控制不到位，导致不溶性悬浮颗粒去除不彻底，药剂没有混凝完全，就随着废水一起进入生化池，印染行业一般都使用亚铁作为脱色剂，如果混凝反应控制不好，铁离子进到生化池，会造成污泥颜色偏黄而无法辨别污泥的状态，如果进到接触氧化池还会挤占填料有限的空间，导致微生物无法挂膜，造成污泥流失。调整进水pH 至碱性，也有助于硝化反应的顺利进行。

（3）HRT。通过4 套生化系统的HRT 进行对比，发现反应时间越久处理效果越好，但是反应时间延长到一定程度，处理效率趋于0，且相当浪费能耗。合适的HRT 以48～72 h 为宜，根据废水浓度进行调整。

（4）回流比。印染废水的特征污染物为CODCr，本文涉及的4 家企业NH3-N 均不高，因此采用活性污泥法需要回流污泥，同时稀释进水端的水质，防止过高浓度的废水对系统造成冲击，同时补充生化池前端的DO，减少污泥膨胀发生的可能性。进水污染物浓度越高，回流量也相应增大。

（5）现场管理。以上因素均可归结为现场管理的原因，企业需加强操作人员培训，实现科学化、规范化管理，而不能仅凭操作人员的经验来进行调控。

4.2 结论

以4 家印染企业的生化系统运行参数为依据，分析影响运行效果的因素，通过对这些因素的调整来对生化单元进行优化。结果表明：DO、进水水质、HRT、回流比是影响生化系统的因素，其中DO 对微生物活性的作用最为关键，实践发现印染废水中较高的DO 不会破坏污泥沉降性能。通过对上述因素进行优化控制，可使生化系统处于良好的状态，保证后续深度处理系统正常运行，实现废水的回用。