復合水解酸化-CASS工藝處理高比例印染廢水的應用

蘇大雄，張 超

（北京建工環(huán)境發(fā)展有限責任公司，北京100192）

化工園區(qū)廢水經企業(yè)預處理后，污染物種類復雜、可生化性低且具有一定生物毒性〔1〕，不利于園區(qū)污水處理廠后續(xù)處理的穩(wěn)定達標。

水解酸化作為預處理工藝在國內外已有大量研究和應用，尤其是作為難生物降解有機廢水的預處理技術〔2-3〕，可提高廢水的可生化性以利于后續(xù)的生物處理。周期循環(huán)活性污泥法（CASS）工藝以其占地小、自控程度高等特點在中小城鎮(zhèn)污水廠應用較多。

影響水解酸化的因素主要有基質的種類形態(tài)、pH、溫度、水力停留時間（HRT）等，添加適合的填料也有助于提高水解酸化效果〔4〕。本研究采用復合水解酸化工藝對無錫市某化工園區(qū)污水處理廠的預處理進行技術改造，分析技術改造后對高比例印染廢水可生化性的改善情況以及系統(tǒng)整體的出水水質情況，以期為同類型污水廠的技術改造提供技術參考。

1 工程概況及技術改造方案

該園區(qū)污水廠設計規(guī)模為5 000 m3/d，進水中印染廢水比例超過50%，還有部分其他化工廢水，進水 COD 為 260～810 mg/L，氨氮為 20～42 mg/L，TN 為25～50 mg/L，水質成分復雜且水量波動較大。主體工藝采用水解酸化池-CASS工藝，深度處理采用混凝沉淀加濾布濾池。由于接納的企業(yè)廢水直接排入水解酸化池，現(xiàn)有推流攪拌力度不足，甚至會出現(xiàn)短流現(xiàn)象，導致水解酸化效果不佳；另外水解酸化池無污泥分離設施，容易造成跑泥的現(xiàn)象，嚴重影響CASS系統(tǒng)的正常運行。為避免跑泥現(xiàn)象的發(fā)生，水解酸化池污泥質量濃度只能控制在2 500 mg/L甚至更低，遠低于理論設計值。另外水解酸化池內設有2臺推進式攪拌器，由于池容過大，HRT超19 h，進水無法與水解池內微生物充分混合，嚴重影響水解酸化效果，最終影響生化系統(tǒng)出水的穩(wěn)定。

技術改造內容包括：

（1）將水解池內原有的2臺攪拌器增至6臺，確保廢水與微生物的充分接觸，并在水解池內布設彈性填料，使微生物能在填料上生長掛膜，進一步增大了廢水與微生物的接觸面積，增加微生物菌群數(shù)量和種類，使水解過程更為徹底，有效提高水解出水的可生化性。復合水解酸化池設計HRT為19.2 h，有效容積為4 010.16 m3。 構筑物尺寸（L×W×H）為98 m×13.2 m×4 m。池內布設彈性發(fā)散型針狀填料，填料支架尺寸（L×W×H）為 3 m×3 m×12 m，共 6組。

（2）新增設泥水分離池，水解池出水提升至泥水分離池后自流進入CASS系統(tǒng)，使得水解池污泥質量濃度由原來的2 500 mg/L提高至10 000 mg/L左右，微生物菌群數(shù)量都得到大幅提升；另外CASS工藝剩余污泥直接排放至水解池，增設水解池剩余污泥排放管路。泥水分離池為地表鋼筋混凝土結構，設計HRT為 1.5 h，構筑物尺寸（L×W×H）為 14.5 m×9.5 m×2.3 m。

技術改造后的工藝流程見圖1。

圖1 技術改造后的工藝流程

2 系統(tǒng)運行效果分析

2.1 進水有機物的氣相色譜-質譜法分析

采用氣相色譜-質譜法（GC-MS）聯(lián)用技術對進水中的有機物組成進行監(jiān)測分析，結果見表1。

由表1可知，進水中主要檢測出質量分數(shù)為1%以上的有機物有24種，進水中有機物種類主要為烷烴、酯類、酚類、醇類等。其中，烷烴類包括二十烷、2，6，10，15-四甲基-十七烷、1，54-二溴-五十四烷、十六烷、2，6，10-三甲基-十四烷等，均是長鏈烷烴，較難被生物降解，但不具有生物毒性；酯類物質主要有三十五烷五氟丙酸酯、碳酸二十烷基乙烯基酯、1-丙氧基-2-丙基乙酸酯，其中三十五烷五氟丙酸酯對水環(huán)境可能造成不利影響；酚類物質有2，4-二叔丁基苯酚，有生物毒性，可能對污水處理廠污泥活性產生不利影響。十二烯基丁二酸酐具有較低生物毒性。

表1 進水有機污染物分析

2.2 水解池進出水的COD變化

改造完成之后經過一段時間的調試運行，對復合水解酸化池的進出水進行為期2個月的連續(xù)檢測，結果見圖2。

圖2 水解酸化池的進出水COD變化

由圖2可知，復合水解池對COD的去除率達30%以上，水解效果較改造之前有明顯改善。

2.3 復合水解酸化池進出水的可生化性變化

經過上述技術改造后，連續(xù)監(jiān)測復合水解酸化池的進出水BOD5/COD（B/C），考察改造前后水解酸化池的可生化性，結果見圖3。

圖3 改造前后水解酸化池的B/C變化

由圖3可知，廢水在經過復合水解酸化池處理后，B/C得到顯著改善。結合現(xiàn)場實際運行狀況，復合水解酸化池出水經過泥水分離池后僅攜帶少量SS，較技術改造前有極大改觀。廢水進入復合水解酸化池后，較高的污泥濃度將難降解有機物吸附截留，間接地提高了難降解物質的停留時間，提高了將其斷鏈成為易降解的小分子有機物的可能性，從而提高了出水的B/C。

2.4 技術改造前后COD的去除效果比較

考察技術改造前后CASS出水的COD變化，結果見圖4。

圖4 技術改造前后CASS出水的COD變化

由圖4可知，技術改造后CASS出水COD的去除效果明顯改善，可以穩(wěn)定達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A排放標準。在傳統(tǒng)生化法處理高比例印染廢水前先進行水解酸化，可以有效去除水中難降解COD的原因主要有：（1）復合水解酸化池有效地降低了印染廢水的生物毒性，從而減小了對CASS池好氧微生物的抑制作用；（2）由于增加了彈性填料，填料掛膜不僅增加了池內微生物密度同時也豐富了微生物種類，另外由于增加了泥水分離池，水解池內懸浮污泥質量濃度也可以控制在很高的水平，在高生物密度的條件下大大增加了微生物對各類有機污染物的吸附和水解作用；（3）好氧微生物對COD的降解只有溶解性的小分子才可以直接進入細胞內，而難溶性的大分子物質需要先通過細胞外壁酶的分解才能進入細胞內。當廢水經過水解酸化池后，已將大部分難溶性有機物轉變?yōu)榭扇苄晕镔|，顯著提高了CASS池內有機污染物的降解效率。

2.5 技術改造前后氨氮、TN的去除效果

考察技術改造前后CASS出水氨氮、TN的變化，結果見圖5。

圖5 技術改造前后CASS出水氨氮、TN的變化

印染廢水中氮類的主要構成為氮雜環(huán)及含氮芳烴等有機化合物，這些有機物除了具有化學結構穩(wěn)定、難以生化降解的特點外，還有很強的生物毒性，能夠抑制微生物的生化進程。由圖5可知，技術改造前CASS池常受外圍進水沖擊而導致硝化細菌活性受到抑制，無法穩(wěn)定進行硝化反應，出水氨氮、TN的波動較大。改造后，復合水解酸化池起到良好的預處理及降低生物毒性作用，CASS系統(tǒng)內硝化細菌得以正常代謝繁殖。另外復合水解酸化池有效地提高了廢水B/C，為反硝化細菌高效脫氮提供了有力的保障。從而使出水氨氮與TN均能穩(wěn)定達標排放。

3 結論

（1）通過在水解酸化池中布設彈性填料并增加攪拌器、新建水解池出水的泥水分離池及剩余污泥管道等有效的技術改造方案實施，使得復合水解酸化池出水B/C得到顯著提高；同時，水解池內較高的污泥濃度對有毒有害物質起到了良好的截留和降解，降低了難降解物質對后續(xù)生化處理的抑制性。

（2）經過復合水解酸化池后的廢水B/C顯著提高，為后續(xù)CASS工藝對有機物的去除率得到明顯改善，連續(xù)監(jiān)測該廠技術改造后的出水水質情況，出水各項指標均穩(wěn)定達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A排放標準。