水解酸化/生物膜法SBR處理印染廢水實(shí)驗(yàn)研究

劉 豪， 王永紅

(貴州省環(huán)境科學(xué)研究設(shè)計(jì)院， 貴陽 550081)

印染廢水中的污染物質(zhì)主要來自纖維材料、漿料、染料、表面活性劑、化學(xué)藥劑和各類整理劑等。由于染料種類不同，加之染色過程中使用的新型染料、PVA漿料、新型助劑、活性劑、化學(xué)藥劑等，使得印染廢水通常具有污染物濃度高、種類多、色度高、可生化降解性差等特點(diǎn)。單一的物化法或生化法處理該類廢水很難達(dá)到行業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

水解酸化作為前置處理工藝，可將廢水中不溶性、難降解的大分子有機(jī)物降解為可溶性、易降解的小分子有機(jī)物，提高廢水的可生化降解性[1-3]。生物膜法SBR是在SBR池內(nèi)添加組合軟性填料，將微生物固定在池內(nèi)組合軟性填料上進(jìn)行固定化培養(yǎng)而形成的一種生化反應(yīng)器[4]，其運(yùn)行方式與傳統(tǒng)SBR相同。由于反應(yīng)器內(nèi)有以固定態(tài)和游離態(tài)存在的兩種活性微生物，因此生物膜法SBR既具有生物膜法的特點(diǎn)，又有活性污泥法的特點(diǎn)[5-6]。與傳統(tǒng)的污水處理工藝相比，生物膜法SBR具有占地面積小、基建投資少、固液分離效果好、抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)、節(jié)省能耗、無污泥膨脹等優(yōu)點(diǎn)[7-9]?；诖?，本研究采用以水解酸化/生物膜法SBR為主體的廢水處理工藝處理印染廢水，以期克服單一技術(shù)的缺點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可作為進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究和工程應(yīng)用的參考和借鑒。

1 材料與方法

1.1 原水配制

本實(shí)驗(yàn)采用人工模擬配制印染廢水，配料及濃度詳見表1。主要水質(zhì)指標(biāo)：COD 900～1200 mg/L、BOD5400～550 mg/L、色度400～600 倍、NH3-N 25～50 mg/L、pH 5～7，其水質(zhì)和實(shí)際綜合印染廢水水質(zhì)接近。

表1 模擬印染廢水組成及濃度 mg/L

1.2 試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)內(nèi)容

1.2.1 試驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置均為透明圓柱形有機(jī)玻璃桶。其中水解池有效容積12 L，內(nèi)設(shè)穿孔布水板、攪拌器、溫度控制器；生物膜法SBR桶徑?7 cm；高度65 cm，填料裝填高度50 cm。填料性質(zhì)：半軟性組合填料(外掛合成纖維束)，纖維束長(zhǎng)度3.0～3.5 cm，纖維束間距4.0 cm。

1.2.2 試驗(yàn)內(nèi)容

分別考查了水解池溫度(5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃)、水解池水力停留時(shí)間(4h、6h、8h、10h、12h)、生物膜法SBR的曝氣方式(非限制性曝氣和限制性曝氣)、非限制性曝氣方式情況下曝氣時(shí)間(2h、4h、6h、8h、10h)、沉淀時(shí)間(0.5h、1.0h、1.5h、2.0h、2.5h)等工藝參數(shù)對(duì)印染廢水處理效果的影響，得出最佳工藝參數(shù)條件，在最佳工藝參數(shù)條件下，采取“進(jìn)水→水解酸化池→中間調(diào)節(jié)池→改良SBR反應(yīng)器→出水”聯(lián)合工藝處理印染廢水。

1.3 分析方法

分析方法嚴(yán)格執(zhí)行《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(第四版)及國(guó)家相關(guān)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行，具體詳見表2。

表2 分析方法

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 各工藝參數(shù)最佳值的確定

(1) 溫度對(duì)印染廢水處理效果的影響

水解反應(yīng)器不同溫度對(duì)COD、NH3-N、色度等污染物去除率的影響結(jié)果見圖1所示。試驗(yàn)范圍內(nèi)水解反應(yīng)器溫度與COD、NH3-N、色度的去除率成正比關(guān)系，隨著溫度的升高，其去除率也相應(yīng)增加。當(dāng)溫度在5～35℃之間變化時(shí)，COD、NH3-N、色度的去除率分別從24.27%、15.87%、62.22%上升至33.33%、24.95%、72%。當(dāng)溫度在25℃～35℃之間變化時(shí)，各污染因子的去除率隨溫度的變化不明顯。因此水解反應(yīng)器溫度控制在25℃左右為宜。

溫度是生化處理重要的影響參數(shù)，活性微生物的最適溫度范圍是15℃～30℃，試驗(yàn)控制SBR反應(yīng)器溫度在25℃左右是合適的。

圖1 水解反應(yīng)器中溫度對(duì)COD、NH3-N、色度去除率的影響

(2) 水力停留時(shí)間(HRT)對(duì)印染廢水處理效果的影響

水力停留時(shí)間對(duì)印染廢水中COD、NH3-N、色度等污染物去除率的影響結(jié)果見圖2所示。當(dāng)水力停留時(shí)間為4～8 h，水解反應(yīng)器對(duì)COD、NH3-N、色度的去除率分別從16.13%、15.87%、37%提高至25.00%、24.78%、72.00 %。繼續(xù)延長(zhǎng)HRT至10 h，COD、NH3-N、色度去除率雖有增加，但增加的幅度很小。當(dāng)繼續(xù)延長(zhǎng)HRT至12h，NH3-N的去除率不但沒有增加，相反還有所下降，這主要是由于HRT過長(zhǎng)發(fā)生氨化作用所致。因此，綜合考慮水力停留時(shí)間對(duì)印染廢水中主要污染物的影響，水力停留時(shí)間為8h時(shí)水解反應(yīng)器對(duì)印染廢水的處理效果是較好的。

圖2 HRT對(duì)COD、NH3-N、色度去除率的影響

(3) 曝氣方式對(duì)印染廢水處理效果的影響

非限制性曝氣(充水開始即進(jìn)行曝氣，邊充水邊曝氣)和限制性曝氣(充水完畢后再開始曝氣)2種曝氣方式對(duì)印染廢水中COD、NH3-N、色度主要污染物去除率的影響結(jié)果見圖3所示。非限制性曝氣方式對(duì)COD、NH3-N、色度去除率均高于限制性曝氣方式，因此非限制性曝氣方式優(yōu)于限制性曝氣方式。

圖3 曝氣方式對(duì)COD、NH3-N、色度去除率的影響

(4) 曝氣時(shí)間對(duì)印染廢水處理效果的影響

非限制性曝氣方式情況下生物膜法SBR不同曝氣時(shí)間對(duì)印染廢水中COD、NH3-N、色度去除率的影響結(jié)果見圖4所示。曝氣時(shí)間在2～6 h之間時(shí)，COD、NH3-N、色度的去除率隨著曝氣時(shí)間的延長(zhǎng)而大幅升高，其去除率分別從40.00%、48.89%、34.26%提高到90.82%、89.92%、47.96%；當(dāng)曝氣時(shí)間大于6 h后，各水質(zhì)指標(biāo)基本上處于穩(wěn)定狀態(tài)。繼續(xù)延長(zhǎng)曝氣時(shí)間，COD、NH3-N、色度去除率雖有增加，但增加的幅度很小，因此曝氣時(shí)間為6 h時(shí)生物膜法SBR對(duì)印染廢水能取得良好的處理效果。

圖4 曝氣時(shí)間對(duì)COD、NH3-N、色度去除率的影響

(5) 沉淀時(shí)間對(duì)印染廢水處理效果的影響

不同沉淀時(shí)間時(shí)生物膜法SBR對(duì)印染廢水中COD、NH3-N、色度主要污染物的影響結(jié)果如圖5所示。由于生物膜法SBR反應(yīng)器中裝有組合填料，反應(yīng)器經(jīng)靜止沉淀30 min后反應(yīng)器中各污染物指標(biāo)的變化幅度很小，幾乎可忽略不計(jì)，沉淀時(shí)間快，污泥沉降性能很好。因此沉淀30 min生物膜法SBR對(duì)印染廢水即能取得良好的處理效果。

圖5 沉淀時(shí)間對(duì)COD、NH3-N、色度去除率的影響

2.2 最佳參數(shù)條件下聯(lián)合工藝去除效果

在最佳參數(shù)值的運(yùn)行條件下(水解池的水力停留時(shí)間為8 h、生物膜法SBR采用非限制性曝氣方式、曝氣時(shí)間6 h、沉淀時(shí)間30 min)，實(shí)驗(yàn)考查了聯(lián)合工藝對(duì)印染廢水處理效果。

(1) 聯(lián)合工藝對(duì)COD的去除效果

聯(lián)合工藝對(duì)COD的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。COD的去除主要集中在生物膜法SBR段，水解池的作用主要是池中水解菌對(duì)廢水中的有機(jī)物進(jìn)行水解酸化，對(duì)COD的去除貢獻(xiàn)較小。水解酸化段COD之所以有一定的去除，是因?yàn)樗獬刂械奈⑸锿ㄟ^吸附、絮凝及沉降作用去除廢水中懸浮有機(jī)物的緣故。在生物膜法SBR反應(yīng)器中，大量好氧菌利用反應(yīng)器中的溶解氧對(duì)有機(jī)物進(jìn)行氧化分解，因而對(duì)COD的去除率較高。本實(shí)驗(yàn)中，雖然進(jìn)水COD波動(dòng)較大(900～1200 mg/L)，但出水COD處于較穩(wěn)定水平(60～100 mg/L)，說明系統(tǒng)有較好的耐沖擊能力。水解池和生物膜法SBR對(duì)COD的平均去除率分別可達(dá)34.5%、87.9%，聯(lián)合工藝對(duì)COD的去除率達(dá)92.1%。

圖6 聯(lián)合工藝對(duì)COD的去除效果

(2) 聯(lián)合工藝對(duì)色度的去除效果

本實(shí)驗(yàn)對(duì)色度的去除效果如圖7所示。色度的去除主要集中在水解池，平均去除率達(dá)69.2%，這主要是由于水解池中大量水解細(xì)菌將染料等難容性、難降解的大分子有機(jī)物降解為易降解的小分子有機(jī)物的緣故。本實(shí)驗(yàn)中，在進(jìn)水色度為400～550倍時(shí)，系統(tǒng)出水色度為50～70倍，聯(lián)合工藝對(duì)色度的總?cè)コ蔬_(dá)86.5%。

圖7 聯(lián)合工藝對(duì)色度的去除效果

(3) 聯(lián)合工藝對(duì)BOD5的去除效果

聯(lián)合工藝對(duì)BOD5的去除效果見表3所示。

表3 BOD5的去除效果

從表3可看出，水解池對(duì)BOD5的去除率為4.20%～5.59%，去除有限，而生物膜法SBR對(duì)BOD5的去除率為93.85%～95.08%，這說明BOD5的去除主要集中在好氧階段。經(jīng)計(jì)算，廢水中的BOD5/COD值從進(jìn)水解池前的0.39～0.46提升至水解池后的0.56～0.67，這說明水解池不僅對(duì)BOD5有一定的去除能力，還能大大提高廢水的可生化性，為后續(xù)生物膜法SBR去除BOD5創(chuàng)造了更為有利的條件。

(4) 聯(lián)合工藝對(duì)NH3-N的去除效果

聯(lián)合工藝對(duì)NH3-N的去除效果見圖8所示。聯(lián)合工藝對(duì)NH3-N的去除率為85.1%～93.0%，其中水解池的去除率為18.8%～33.2%，生物膜法SBR的去除率為79.9%～90.1%。當(dāng)NH3-N的進(jìn)水濃度為在35～50mg/L波動(dòng)時(shí)，聯(lián)合工藝出水NH3-N濃度穩(wěn)定在10 mg/L以下。

圖8 聯(lián)合工藝對(duì)NH3-N的去除效果

3 結(jié)論及建議

1) 水解酸化-生物膜法SBR工藝對(duì)印染廢水中的COD、BOD5、NH3-N和色度均有良好的去除效果，去除率分別達(dá)92.1%、95%、90%、86.5%。

2) 水解酸化-生物膜法SBR工藝中各段所起作用不同。水解酸化段主要作用是將廢水中不溶性、難降解的大分子有機(jī)物降解為可溶性、易降解的小分子有機(jī)物，提高廢水可生化性，同時(shí)去除廢水色度；生物膜法SBR主要作用是去除廢水中COD、BOD5、NH3-N，而對(duì)色度去除作用較小。

3) 生物膜法SBR反應(yīng)器內(nèi)有以固定態(tài)和游離態(tài)存在的兩種活性微生物，因此生物膜法SBR既有生物膜法的特點(diǎn)，又有活性污泥法的特點(diǎn)。相較傳統(tǒng)生物法而言，該工藝具有占地面積小、基建投資少、固液分離效果好、抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)、節(jié)省能耗、無污泥膨脹現(xiàn)象的發(fā)生等特點(diǎn)。

4) 為提高水解酸化池對(duì)色度的去除效率，建議在水解酸化池中添加組合填料或生物載體以增加反應(yīng)器中的微生物濃度和廢水與微生物的接觸時(shí)間，利于水解菌對(duì)廢水中染料分子的發(fā)色基團(tuán)進(jìn)行充分裂解，從而達(dá)到提高色度去除率的目的。

5) 通過實(shí)驗(yàn)研究表明，水解酸化/生物膜法SBR處理印染廢水是可行的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可作為進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究和工程應(yīng)用的參考和借鑒。

參 考 文 獻(xiàn)

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