兼氧-好氧-混凝處理印染生活綜合廢水

摘要：采用水解酸化-活性污泥-物化工藝聯合處理含堿減量印染生活綜合污水，采取預曝氣、污泥回流和分級沉淀等措施，CODcr去除率約為89.1%，脫色效果可達到86%，最終出水水質達到《紡織染整工業污染物排放標準》（GB4287-92）中規定的二級排放標準。運行結果表明：該工藝具有耐沖擊負荷能力強，剩余污泥量少，難降解有機物去除率高等優點，在含堿減量印染廢水處理中具有實用性。

關鍵詞：印染廢水 水解酸化 活性污泥 剩余污泥 減量化

浙江紹興污水處理廠的廢水由生活污水和工業廢水組成，其中印染廢水占80%，印染廢水中堿減量廢水占10%；印染/生活混合污水的COD_cr、色度等主要來源于印染、印花過程中使用的染料、顏料助劑等。染料以分散染料為主，占總用量的50%以上；另外還有大量的陽離子染料，硫化染料、活性染料和其他染料。從總體上看，混合污水COD_cr濃度高、色度深、堿性強、可生化性差等特點。據此，采取以“水解酸化-活性污泥法”為主的工藝路線并加以改良，同時輔以必要的預處理和后續處理手段并獲得成功。出水達到文獻^[1]中規定的二級排放標準。

1 廢水水量及水質參數

廢水主要來源于紹興部分接管印染廠、城市污水及堿減量廢水預處理后的出水。水量為3×10⁴t/d，其主要水質指標見表1。水質在一天內的變化情況見圖1，水質隨季節變化規律見圖2。從圖1可以看出，一天內COD_cr峰值(接近2000 mg/L)出現于早上5～9時和晚上9～12時，COD_Cr谷值(接近1300 mg/L)出現于下午2時左右，水質晝夜變化幅度高達700mg/L；從圖2可看出，3~5月份為印染廢水堿減量生產旺季，平均COD_Cr濃度較高，大于1500mg/L；6月份為梅雨季節，平均COD_Cr濃度降至1500mg/L以下；2月份為農歷春節，[COD_Cr]波動最大。

表1  主要水質指標及排放標準   

2 工藝流程

根據該廠廢水水質特性，設計如下的工藝流程見圖3。普通印染廢水、生活污水和經預處理后的堿減量印染廢水經各級泵站提升后進入污水廠穩流池，經過自動格柵去除懸浮物，防止雜物堵塞提升泵，后入調節池進行水量的調節和水質的均化，調節池安裝穿孔管曝氣系統，進行預曝氣以均化水質、氧化部分COD_cr和吹脫硫化物，pH值大于11時加酸中和。調節池污水經潛污泵提升至兼氧池水解酸化后經過中沉池沉淀厭氧污泥后進入曝氣池，兼氧池底鋪設穿孔曝氣系統，定期曝氣，防止池內污泥淤積；池內設置彈性填料，以利于世代周期長的兼氧微生物附著生長。曝氣池采用活性污泥法，其色度去除效率優于接觸氧化池，采用離心風機和微孔曝氣管供氣，以提高氧轉移效率、降低能耗和減少噪音污染。曝氣池出水攜帶的生物污泥經二沉池沉淀后，出水進入折板絮凝池，通過投加AL₂(SO₄)₃和PAM進一步去除殘余的懸浮物、色度和COD_cr，出水達標后流入排水泵房，排入曹娥江入?？?。其中厭氧污泥部分回流至兼氧池；好氧污泥部分回流至曝氣池，當出現污泥膨脹時部分回流至兼氧池；剩余的污泥經過污泥泵房提升至污泥濃縮池，濃縮后污泥經過帶式壓濾機脫水后，泥渣外運填埋。

圖3 廢水處理工藝流程圖

3 工藝特點分析

3.1 調節預曝氣

由于來水來自多家印染廠和城市污水，因此水量水質多變，預曝氣能有效地均化水質。而且由于有的印染廠采用硫化染料，染色廢水中殘余的硫化染料和硫化助劑含量較高，硫化物對微生物有很強的抑制和毒害作用。硫化堿是強還原劑，如進入曝氣池則大量消耗氧氣，可使溶解氧急劇下降^[2]。因此采用預曝氣能有效地將硫化物氧化或吹脫除去。

3.2 水解酸化

染料、助劑大多是高分子化合物，慢速生物降解有機物和難生物降解有機物所占比重較高，可生化性差，直接好氧生物處理對色度和難生物降解有機物的去除率不高，這是因為某些染料、中間產物和添加劑在單純好氧條件下分子結構很難破壞，生物降解半衰期很長^[3]；而嚴格意義上的厭氧生物處理對設備和環境的要求較高，因此采用兼氧水解酸化( Hydrolization )工藝，利用厭氧工藝的前兩段，即把反應控制在第二階段之前，即第一階段水解；第二階段酸化；不進入第三階段酸性衰退和第四階段甲烷化。

圖1  CODcr日變化圖

圖2  CODcr月變化圖

水解工藝系統中的微生物主要是兼性微生物，它們在自然界中的數量較多，繁殖速度較快^[4]。其主要作用是使難降解有機物及其發色基團解體、被取代或裂解(降解)，從而降低廢水的色度，改善可生化處理性。即使不能直接降低廢水色度，由于分子結構或發色基團已發生變化，也可使其在好氧條件下容易被降解并脫色，降低后續生物處理的負荷，提高后續處理的穩定性和效果^[5]。同時水解產生的有機酸可以有效地中和部分堿度，將pH值降至10.5以下，這樣就省去了加酸調pH值的麻煩，節省運行費用。

3.3  分步沉淀

在兼氧池的末端設置一中沉池，在曝氣池末端設置二沉池，將水解酸化產生的厭氧污泥和曝氣池產生的好氧污泥分開來。這樣兩種不同性質的污泥嚴格分開，互不混雜，有利于各自回流及控制污泥膨脹。

圖4  1-6月份COD_cr去除圖

圖5 1-6月份色度去除圖

3.4 污泥回流

實行多級污泥回流是該工藝的一個重要特點。傳統觀點認為，掛填料的水解酸化池主要利用填料上的生物相，液相中不需要維持較高的生物量。剩余污泥少，不需要回流一直被認為是該法的主要優點。但經過實際運行發現，適當提高水解酸化池內污泥濃度，增加液相中的生物量，對于高濃度、高色度的印染廢水處理來說是有利的。通過污泥回流，一方面可以稀釋進水濃度，增加有機物的吸附量；另一方面可以增大進水端污泥濃度，降低污泥負荷，提高耐沖擊負荷的能力。

另外，通過污泥回流可以延長污泥泥齡，增大世代時間長的厭氧微生物的停留時間，從而減少污泥排放量^[6]。

曝氣池采用活性污泥(Activated Sludge)工藝,其用于印染廢水處理中比接觸氧化法的顯著優點是脫色效果明顯，利用活性污泥巨大的比表面積和良好的吸附性能，發色基團多是大分子有機物，易于被活性污泥吸附。而活性污泥法相對接觸氧化法的一個最大弊端是其會經常出現污泥膨脹現象；出現這種現象的一個重要原因是絲狀菌大量增殖，而其高度松散的絮狀結構使得污泥難以沉降，為解決此問題，二沉池污泥除了回流至曝氣池保證其污泥濃度外，把多余污泥部分回流至兼氧池，部分排至污泥濃縮池。好氧污泥回流至兼氧池，維持缺氧時間10h以上，可有效地抑制絲狀菌的生長，從而達到控制絲狀菌污泥膨脹的目的。對于嚴重有機負荷沖擊所致的污泥膨脹，厭氧控制比缺氧控制更有效。

為使厭氧污泥與廢水充分反應，在池底設置穿孔管曝氣系統，對兼氧池微量曝氣，既維持DO在低濃度水平，又達到混合攪拌的目的?？梢杂行г鲞M水解酸化效果，減輕后續好氧處理負荷，打開發色基團，脫色明顯，同時可以促進好氧污泥厭氧消化，達到污泥減量化的目標，大大減輕了污泥處理費用。

3.5 物化處理

經過兼氧水解和好氧生化處理后的廢水，一般情況下，其pH值、CODcr及SS能達到排放標準，但色度常有超標現象；且當3～5月份，當大量堿減量廢水進入廢水處理廠時，往往生化系統負荷過高，為防止CODcr超標，故在生化系統后端設置折板絮凝池，作為把關工藝，確保色度降至80倍以下和保障CODcr排放濃度。絮凝劑AL₂(SO₄)₃與混凝劑PAM的復配使用能有效去除SS、CODcr、色度和降低藥劑用量。其中AL₂(SO₄)₃投加量為300～500mg/L，PAM投加量為0.3～1.0mg/L。