傳統(tǒng)活性污泥工藝處理印染廢水最佳運行工況的研究

吳帥澎

（延邊大學地理與海洋科學學院，吉林 延吉133002）

我國經(jīng)濟發(fā)展脫身于重工業(yè)環(huán)境，受傳統(tǒng)工藝類型與技術(shù)水平等因素影響，工業(yè)廢水的超額排放一直是困擾我國可持續(xù)經(jīng)濟發(fā)展的重要問題，其中印染廢水量作為主要廢水組成部分，更是現(xiàn)代污水處理的焦點。從傳統(tǒng)印染廢水產(chǎn)出角度來看，工業(yè)廢水預處理階段共包括退漿、煮煉、漂白與絲光工序，不同工序中產(chǎn)生的廢水有明顯差異，因此在工序的選擇上，也需要提供具有針對性的方案，才能使廢水處理的質(zhì)量得到更好的保障。而站在工業(yè)廢水排放角度來看，常規(guī)印染廢水排放不可能專門設(shè)置獨立排放渠道，因此多數(shù)廢水都是以混合形勢出現(xiàn)的，此類廢水普遍具有水量大、濃度高、呈堿性、化學需氧量偏高且色澤深，其中有機污染物的類型與仿制品種、染料、工藝有著較高的關(guān)聯(lián)性，并且污染物的含量無準確定值，若要進行有效的處理，則處理材料的用量與選擇很難控制，稍有不慎便極易造成二次污染問題出現(xiàn)。因此，印染廢水是工業(yè)廢水處理系統(tǒng)中公認最難處理的類型之一，若仍舊沿用以往的廢水處理機制與方式，勢必會影響廢水的排放質(zhì)量，對周圍生態(tài)環(huán)境造成不可逆的損傷。

傳統(tǒng)活性污泥處理工藝是工業(yè)廢水處理中較常見的工藝類型，材料中存有活性微生物，通過材料的氧化，能夠有效將污水中的有機物和殘留物降解，而污泥則能夠通過分散或懸浮在廢水中的方式，充分與內(nèi)部有機物接觸，受溶解氧的影響，便能夠極大降低污水內(nèi)有機物的濃度，在排出后有毒物質(zhì)與有機物便會積存在處理池底部。

1 材料方法

1.1 儀器和試劑。烘箱、PH 計（雷磁PHS-3C）、曝氣池：由長800mm 寬400mm 高400mm 的長方體、容量瓶、250mL 溶解氧瓶、25mL 酸式滴定管、250mL 錐形瓶、1～2mL 吸管、5mL 移液管、10mL具塞比色管、250mL量筒、定量濾紙。鄰菲羅啉（C12H8N2·H2O），硫酸（H2SO4），硫酸亞鐵（FeSO4·7H20），硫酸錳（MnSO4·H2O），硫酸錳溶液，濃硫酸，0.025mol/L（1/6K2Cr2O7）重鉻酸鉀標準溶液，0.025mol/L硫代硫酸鈉溶液。染料羅丹明，重鉻酸鉀（K2Cr2O7），硫酸亞鐵銨[（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O]

1.2 實驗廢水。實驗室自配模擬印染廢水。

1.3 分析方法。（1）色度的測定方法。①為確保廢水色度更便于觀察，避免出現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)偏差，操作人員需分別取用適量的試品與光學純水，分別加入具塞比色管內(nèi)，用量需抵至制定刻度線，而后再統(tǒng)一放在置物架上，再擺放色度更亮的白色背景板，找好具塞比色管與背景板之間的角度，能夠?qū)⒐饩€射入具塞比色管底端，通過反射原理垂直穿過液柱，由此可更清晰的觀察液柱色度。其次，操作人員需按照垂直向下觀察液柱的方法，比較試品與光學純水的色度差異，分別將色調(diào)、色度、透明度等數(shù)據(jù)錄入報告，為后續(xù)數(shù)據(jù)分析提供參照。②為明確試品與光學純水間色度差異，操作人員可在試品中逐級添加光學純水，并統(tǒng)一攪拌均勻，添置于具塞比色管的指定刻度位置，而后即將稀釋試品擺在背景板前，通過上述方法比對稀釋試品與光學純水色度、色調(diào)與透明度之間的差異，而后移開繼續(xù)稀釋，直至稀釋至無法與光學純水區(qū)分，再計算試品稀釋的倍數(shù)，以便了解二者之間最直觀的差異。過程中，操作人員需對試品色度進行初步評估，確保試品色度在標準值50 倍以上時，需通過移液管提取試品至容量瓶內(nèi)，確定刻度數(shù)值，再添加光學純水稀釋至指定刻度，每次取最大稀釋比，以便將稀釋后的色度數(shù)值控制在50 倍范圍以內(nèi)。③待試品色度在控制范圍內(nèi)，操作人員需從具塞比色管內(nèi)提取適量試品，而后通過光學純水將液面稀釋至指定刻度，稀釋倍數(shù)需控制在2 倍，并逐次記錄液柱的狀況與數(shù)據(jù)。另外，為明確液柱混合的效果，操作人員需做好試品pH 值的檢測，并逐級將液柱稀釋倍數(shù)相乘，以此更準確的表達試品與光學純水之間的色調(diào)與色度關(guān)系。在報告樣品色度的同時，報告pH 值。（2）污泥濃度（MLSS）的測定方法。①過濾：取一混合液V（L）進行過濾，采用定量濾紙。②蒸發(fā)烘干：待烘箱中溫度升到103～105℃之間的設(shè)定值后，將濾干后的濾紙放入烘箱烘2 小時。③稱量：稱量后減去濾紙重量，并且測濾紙的重量也要采用上述同樣的步驟，記錄稱量增重M1（mg）。④MLSS=M1/V（mg/L）。

2 結(jié)果分析

2.1 曝氣量、曝氣時間對CODcr處理效果的影響與分析。經(jīng)由實驗可知，所選曝氣時間為20h 和21h 小時。當曝氣量在1.0m3/h左右變化時，CODcr的去除率一直保持在77%以上；曝氣量升高時發(fā)現(xiàn)CODcr去除率降至70%左右，出水CODcr有上升趨勢。當曝氣時間為21h 時，CODcr去除率較高，最高值為87% ，出水CODcr濃度較低。

2.2 曝氣量、曝氣時間對色度處理效果的影響與分析。試驗過程中，進水的色度在360～420 倍之間變化，曝氣時間為20h 和21h時，當曝氣量在1.0m3/h 左右變化時，色度去除率最高，最佳值分別為77% 和80%，出水色度平均僅為20，30 倍。

曝氣時間為21h 時，微生物的降解作用對色度的去除效果較好；隨著難降解有機物的不斷積累，池內(nèi)色度上升，并影響到出水色度，曝氣時間由20h 增加至21h 時色度去除率降低。因此，本文確定試驗的曝氣時間為21h，曝氣量在1.0m3/h 左右。

2.3 pH 值對處理效果的影響與分析。在確定了曝氣時間以及曝氣量的基礎(chǔ)上，利用NaOH 以及H2SO4調(diào)節(jié)進水的pH 值，使得進水的pH 值分別為4.0、5.0、6.0、7.0、8.0 和9.0，CODcr和色度的平均去除率隨pH 的變化。當進水pH 值在4.0～9.0 之間變化時，CODcr、色度去除率均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢；當進水pH 為8.0 時，達到最大值，分別為88%，87%。

對色度而言，其去除主要是微生物作用的結(jié)果，色度去除率隨著pH 值的升高而升高，一方面說明厭氧水解消耗堿度，酸性進水比堿性進水更會抑制染料的水解過程；另一方面也說明pH 值升高對細胞膜的電荷狀況產(chǎn)生了影響，影響了菌體對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和代謝產(chǎn)物的形成，這種影響體現(xiàn)在厭氧產(chǎn)物上。對CODcr而言，在染料的降解過程中，好氧微生物顯示出了比厭氧微生物更好的CODcr去除效果，與色度的去除相同，CODcr去除率也呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。通過實驗可知，pH 值在8.0 內(nèi)去除效果較好。實驗結(jié)果表明，在接近中性條件下，對CODcr和色度的去除最佳。

2.4 有機負荷對處理效果的影響。試驗過程中，在確定了曝氣時間為21h 以及曝氣量為1.0m3/h、PH 值調(diào)節(jié)至8 的基礎(chǔ)上，人為地改變有機負荷，使負荷由400mg/L 調(diào)至600mg/L、800mg/L、1000mg/L、1200mg/L。

基于實驗可知，當進水CODcr在400～1200mg/L之間變化時，CODcr，色度去除率均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢；當進水CODcr為800mg/L時，達到最大值，分別為83%，84%，主體微生物枝狀菌膠團對沖擊負荷的耐受力較強，并未發(fā)生改變。而在高負荷處理狀態(tài)下，污水內(nèi)出現(xiàn)了較多的線蟲，這使得短期內(nèi)污水處理質(zhì)量水準嚴重下滑，而在2～3 個周期后，有機物去除率正常，活性污泥可有效抑制線蟲增長。

2.5 最佳工藝條件下的處理效果?；谏鲜鰧嶒灹鞒炭芍?，傳統(tǒng)活性污泥處理污水的最佳配制為1.0m3/h 的曝氣量，21h 的曝氣時間與8.0 的pH 值，期間工藝運行溫度需控制在25℃左右，并著重以廢水色度、色調(diào)與透明度為審核要素。（1）CODcr的去除效果。在最優(yōu)化工藝條件下裝置對模擬印染廢水CODcr的去除效果。在運行過程中，通過活性污泥法對有機物的去除，上清液的CODcr濃度始終低于130mg/L；出水CODcr的平均去除率為85%，說明裝置對印染廢水的CODcr有良好的去除效果。（2）色度的去除效果。在進水色度為430～500 倍時，經(jīng)過活性污泥法的處理，上清液的色度穩(wěn)定在70倍左右，可見活性污泥法對色度有著較為穩(wěn)定的去除效果；裝置對色度的最佳去除效率為80%。隨著運行時間的延長，色度的去除率表現(xiàn)出了輕微的下降趨勢，這主要是因為難降解的染料分子在系統(tǒng)中的不斷積累增加了對微生物的毒性影響，影響了系統(tǒng)對色度的去除。但總的來講，系統(tǒng)對色度的去除率處于一個較為穩(wěn)定的水平[3]。

3 結(jié)論

活性污泥處理印染廢水，具有出水水質(zhì)好，去除效率高等優(yōu)點，并可以有效去除色度，是處理印染廢水的理想工藝。在曝氣量一定時，曝氣時間過短會導致CODcr去除率下降，而在曝氣時間一定時，隨著曝氣量的不斷增大，CODcr的去除率呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢。曝氣時間為21h，曝氣量在1.0m3/h 左右，pH 值為8.0 左右，溫度控制為25℃左右，在此工藝條件下對實驗室模擬印染廢水進行處理，CODcr最佳去除率可達到87%，色度最佳去除率達80%，出水水質(zhì)優(yōu)于《紡織染整工業(yè)水污染物排放標準》（GB4287-92）一級標準[4]。