水解酸化/生物膜法SBR處理印染廢水實驗研究

劉 豪， 王永紅

(貴州省環境科學研究設計院， 貴陽 550081)

印染廢水中的污染物質主要來自纖維材料、漿料、染料、表面活性劑、化學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。單一的物化法或生化法處理該類廢水很難達到行業廢水排放標準要求。

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物降解為可溶性、易降解的小分子有機物，提高廢水的可生化降解性[1-3]。生物膜法SBR是在SBR池內添加組合軟性填料，將微生物固定在池內組合軟性填料上進行固定化培養而形成的一種生化反應器[4]，其運行方式與傳統SBR相同。由于反應器內有以固定態和游離態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，又有活性污泥法的特點[5-6]。與傳統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、抗沖擊負荷強、節省能耗、無污泥膨脹等優點[7-9]。基于此，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，以期克服單一技術的缺點，實驗結果可作為進一步實驗研究和工程應用的參考和借鑒。

1 材料與方法

1.1 原水配制

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

表1 模擬印染廢水組成及濃度 mg/L

1.2 試驗裝置及試驗內容

1.2.1 試驗裝置

實驗裝置均為透明圓柱形有機玻璃桶。其中水解池有效容積12 L，內設穿孔布水板、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：半軟性組合填料(外掛合成纖維束)，纖維束長度3.0～3.5 cm，纖維束間距4.0 cm。

1.2.2 試驗內容

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間(2h、4h、6h、8h、10h)、沉淀時間(0.5h、1.0h、1.5h、2.0h、2.5h)等工藝參數對印染廢水處理效果的影響，得出最佳工藝參數條件，在最佳工藝參數條件下，采取“進水→水解酸化池→中間調節池→改良SBR反應器→出水”聯合工藝處理印染廢水。

1.3 分析方法

分析方法嚴格執行《水和廢水監測分析方法》(第四版)及國家相關監測技術規范進行，具體詳見表2。

表2 分析方法

2 實驗結果與分析

2.1 各工藝參數最佳值的確定

(1) 溫度對印染廢水處理效果的影響

水解反應器不同溫度對COD、NH3-N、色度等污染物去除率的影響結果見圖1所示。試驗范圍內水解反應器溫度與COD、NH3-N、色度的去除率成正比關系，隨著溫度的升高，其去除率也相應增加。當溫度在5～35℃之間變化時，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%。當溫度在25℃～35℃之間變化時，各污染因子的去除率隨溫度的變化不明顯。因此水解反應器溫度控制在25℃左右為宜。

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

圖1 水解反應器中溫度對COD、NH3-N、色度去除率的影響

(2) 水力停留時間(HRT)對印染廢水處理效果的影響

水力停留時間對印染廢水中COD、NH3-N、色度等污染物去除率的影響結果見圖2所示。當水力停留時間為4～8 h，水解反應器對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 %。繼續延長HRT至10 h，COD、NH3-N、色度去除率雖有增加，但增加的幅度很小。當繼續延長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過長發生氨化作用所致。因此，綜合考慮水力停留時間對印染廢水中主要污染物的影響，水力停留時間為8h時水解反應器對印染廢水的處理效果是較好的。

圖2 HRT對COD、NH3-N、色度去除率的影響

(3) 曝氣方式對印染廢水處理效果的影響

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

圖3 曝氣方式對COD、NH3-N、色度去除率的影響

(4) 曝氣時間對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不同曝氣時間對印染廢水中COD、NH3-N、色度去除率的影響結果見圖4所示。曝氣時間在2～6 h之間時，COD、NH3-N、色度的去除率隨著曝氣時間的延長而大幅升高，其去除率分別從40.00%、48.89%、34.26%提高到90.82%、89.92%、47.96%；當曝氣時間大于6 h后，各水質指標基本上處于穩定狀態。繼續延長曝氣時間，COD、NH3-N、色度去除率雖有增加，但增加的幅度很小，因此曝氣時間為6 h時生物膜法SBR對印染廢水能取得良好的處理效果。

圖4 曝氣時間對COD、NH3-N、色度去除率的影響

(5) 沉淀時間對印染廢水處理效果的影響

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

圖5 沉淀時間對COD、NH3-N、色度去除率的影響

2.2 最佳參數條件下聯合工藝去除效果

在最佳參數值的運行條件下(水解池的水力停留時間為8 h、生物膜法SBR采用非限制性曝氣方式、曝氣時間6 h、沉淀時間30 min)，實驗考查了聯合工藝對印染廢水處理效果。

(1) 聯合工藝對COD的去除效果

聯合工藝對COD的實驗結果如圖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廢水中的有機物進行水解酸化，對COD的去除貢獻較小。水解酸化段COD之所以有一定的去除，是因為水解池中的微生物通過吸附、絮凝及沉降作用去除廢水中懸浮有機物的緣故。在生物膜法SBR反應器中，大量好氧菌利用反應器中的溶解氧對有機物進行氧化分解，因而對COD的去除率較高。本實驗中，雖然進水COD波動較大(900～1200 mg/L)，但出水COD處于較穩定水平(60～100 mg/L)，說明系統有較好的耐沖擊能力。水解池和生物膜法SBR對COD的平均去除率分別可達34.5%、87.9%，聯合工藝對COD的去除率達92.1%。

圖6 聯合工藝對COD的去除效果

(2) 聯合工藝對色度的去除效果

本實驗對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69.2%，這主要是由于水解池中大量水解細菌將染料等難容性、難降解的大分子有機物降解為易降解的小分子有機物的緣故。本實驗中，在進水色度為400～550倍時，系統出水色度為50～70倍，聯合工藝對色度的總去除率達86.5%。

圖7 聯合工藝對色度的去除效果

(3) 聯合工藝對BOD5的去除效果

聯合工藝對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BOD5的去除率為4.20%～5.59%，去除有限，而生物膜法SBR對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。經計算，廢水中的BOD5/COD值從進水解池前的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，為后續生物膜法SBR去除BOD5創造了更為有利的條件。

(4) 聯合工藝對NH3-N的去除效果

聯合工藝對NH3-N的去除效果見圖8所示。聯合工藝對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NH3-N的進水濃度為在35～50mg/L波動時，聯合工藝出水NH3-N濃度穩定在10 mg/L以下。

圖8 聯合工藝對NH3-N的去除效果

3 結論及建議

1) 水解酸化-生物膜法SBR工藝對印染廢水中的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物降解為可溶性、易降解的小分子有機物，提高廢水可生化性，同時去除廢水色度；生物膜法SBR主要作用是去除廢水中COD、BOD5、NH3-N，而對色度去除作用較小。

3) 生物膜法SBR反應器內有以固定態和游離態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，又有活性污泥法的特點。相較傳統生物法而言，該工藝具有占地面積小、基建投資少、固液分離效果好、抗沖擊負荷強、節省能耗、無污泥膨脹現象的發生等特點。

4) 為提高水解酸化池對色度的去除效率，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器中的微生物濃度和廢水與微生物的接觸時間，利于水解菌對廢水中染料分子的發色基團進行充分裂解，從而達到提高色度去除率的目的。

5) 通過實驗研究表明，水解酸化/生物膜法SBR處理印染廢水是可行的。實驗結果可作為進一步實驗研究和工程應用的參考和借鑒。

參 考 文 獻

[1] Seguret F，Racault Y．Hydrodynamic behavior of a full-scale submerged biofilter and its possible influence on performances[J]．Wat Sci Tech，1998，38(8-9)：249-256．

[2] Gilmo R．Influence of organic and ammonia loading on N it rifer activity and nitrification performance for a two-stage biological aerated filter[J]．Water Sci Tech，1999，39(7)：227-234．

[3] Canler J P，Perret J M．Biological aerated filters：Assessment of the process based on 12 sewage treatment plants[J]．Wat Sci Tech，1994，29(10-11)：13-22．

[4] Peter A，Wilderer R L，Irvine，et al．Sequencing batch reactor technology[J]．Wat Sci Tech，1997，35(1)：90-100．

[5] 沈耀良，王寶貞．廢水處理生物處理新技術理論與應用[M]．北京:中國環境科學出版社，2005：526-529．

[6] James L Bamard，Meiring P G J．Dissolved Oxygen Control in the Activated Sludge Process[J]．Wat Sci Tech，1989，20(4-5)：93-97．

[7] 張統．SBR及其變法污水處理與回用技術[M]．北京：化學工業出版社，2003:234-236．

[8] 高艷玲，馬達．污水生物處理新技術[M]．北京：中國建材工業出版社，2006.1，133-148．

[9] 周海峰．復合SBR廢水處理工藝及其應用[J]．中國給水排水，2004，20(1)：86-87．