臭氧-BAF組合工藝用于印染廢水深度處理實驗的探討

田海濤，詹天成，丁 靜，謝 未，陳董根

(紹興柯橋興濱水質檢測有限公司，浙江 紹興 312073)

紡織印染廢水成分非常復雜，有機物含量高、水質變化大，是國內比較難處理的工業廢水之一。當前國內印染廢水處理方法主要以物理法、化學法和生物法為主[1]。近年來由于印染行業科技的進步，印染廢水中出現了PVA 材料、新型助劑等成分，難以通過生物降解作用去除，降低了印染廢水的生化性，加大了印染廢水的處理難度，對傳統的印染廢水處理技術提出了新的挑戰。因此探索出更加穩定高效的印染廢水處理技術成為解決當前行業難題的關鍵[2]。

污水廠位于印染企業集聚區，所處理污水大多為周邊紡織印染企業所排廢水。公司深度處理工程采用二沉池→氣浮池→活性炭濾池工藝，日處理水量高達10萬噸，出水水質達到《紡織染整工業水污染物排放標準》(GB4287-2012)直接排放要求(CODCr≤80mg/L)。近期應相關部門要求執行《浙江省經信委環發(2012)60號文》，設計出水水質需提標到CODCr≤60mg/L。

臭氧氧化技術能夠把大分子發色基團分解成小分子，而且還有消毒，去除顏色，防污垢、提高廢水可生化性等優點[3]，因而在工業廢水處理中的應用是非常廣的。BAF具有生物氧化降解的作用，而且還有過濾功能，經過BAF處理后出水水質較高。為保證最終出水CODCr穩定在60mg/L以下，我們考慮在其原有工藝流程的基礎上增加“臭氧-BAF組合工藝”技術，為了驗證并優化該廢水生物處理工藝技術的可行性，增設中試試驗項目。

1 設計進出水水質

該中試系統設計水量36m3/d，設計進水為氣浮池處理后的出水，處理目標是保證經過臭氧-BAF工藝后，最終出水CODCr≤60mg/L，色度≤10倍，SS≤10mg/L。

表1 設計進出水水質

2 處理工藝

2.1 工藝流程

臭氧-BAF組合工藝如圖1所示。提升泵將氣浮出水抽送至臭氧氧化塔，經過臭氧氧化后，出水泵入BAF進行深度處理，最后經過BAF高位出水堰自流入清水池，收集BAF出水并測定相關指標，清水池出水經由活性炭濾池過濾后直接排放，運行一定周期后，利用清水池儲存的水對BAF生物填料層進行反沖洗，反沖洗廢水排放至生化段進行循環處理利用。

圖1 臭氧-BAF工藝流程

2.2 主要構筑物及設計參數

主要構筑物及設計參數見表2。

表2 主要構筑物及設計參數

2.3 主要工藝參數

設計進水流量1.5m3/h，臭氧氧化塔無填料，有效容積0.88 m3；BAF卵石高度0.5m，陶粒裝填高度2.5m，裝填量3 m3，孔隙率0.5，單池有效容積1.5m3，表面水力負荷約為1.2 m3/(m2·h)，氣水比為3∶1；清水池有效池容2.4 m3。

2.4 分析方法

采用標準方法對中試實驗中需要分析的水質指標進行檢測[4]，主要有：pH、SS、色度、CODCr，用碘量法測定臭氧的濃度。具體分析方法見表3。

表3 主要分析項目及方法

3 調試與運行效果分析

3.1 掛摸啟動

曝氣生物濾池采用接種掛膜和自然掛膜結合的方法進行掛膜啟動，中試實驗接種氧化溝內排放的剩余污泥，接種污泥100L，投泥量按有效容積的5%左右投加。掛膜分為兩階段進行：第一階段悶曝階段；按照C∶N∶P=100∶5∶1的質量加入淀粉、碳酸氫銨、磷酸二氫鉀配比的營養液，加入營養液后連續曝氣4天，使污泥恢復良好的活性并有效增值，悶曝期間觀察濾料表面微生物生長情況；第二階段自然掛膜啟動階段，流速為0.5m3/h，水力停留時間為3h，溫度在15～30℃，氣水比為3∶1，連續運行15天，每天檢測進出水的CODCr并計算去除率如圖2所示。

圖2 BAF掛膜階段的CODCr去除情況

圖2可以看出，陶粒表面逐漸出現灰褐色生物膜，CODCr去除效果也趨于穩定，CODCr去除率穩定在22%，出水CODCr大約為100 mg/L，取BAF出水用顯微鏡進行觀測，可以看到明顯的菌膠團及輪蟲等微生物，掛膜初步完成，可進入調試優化試驗階段。

3.2 調試運行

3.2.1 臭氧投加量對CODCr去除率的影響

調試期間首先控制BAF停留時間2.5h不變，逐漸增大臭氧投加量，使臭氧-BAF組合工藝在不同的臭氧濃度下各穩定運行3d，每天監測中試系統進出水的CODCr并計算去除率，根據5d的平均值確定臭氧BAF組合工藝的最佳臭氧投加量，對比效果如圖3所示。

由圖3可以看出：隨臭氧投加量的增加，廢水CODCr去除率均逐漸增加，出水CODCr逐漸減少；臭氧投加100 mg/L 后，繼續增加臭氧量，廢水的 CODCr去除率增加幅度減小，大約77%，出水CODCr基本趨于穩定，大約35 mg/L，化。分析原因臭氧具有非常強的氧化性，能夠水中的難降解有機物、大分子有機物和不飽和化合物等物質氧化成臭氧化物，一些有機物完全被氧化成CO2和H2O，另一部分不太容易降解的大分子有機物可以轉化成易于生物降解的小分子有機物，從而達到去除 CODCr的效果[5]。但隨著投加量的增加，水中不飽和有機物全部被臭氧氧化，臭氧投加量對 CODCr的降解沒有明顯的影響[6]。因此綜合考慮處理效果和處理成本，本實驗最佳臭氧投加量在100 mg/L。

圖3 臭氧投加量對CODCr去除率的影響

3.2.2 BAF停留時間對CODCr去除率的影響

控制臭氧投加量100 mg/L不變，逐步增加 BAF 停留時間，使臭氧-BAF組合工藝在不同的BAF停留時間下各穩定運行3d，每天監測中試系統進出水的CODCr并計算去除率，根據3d的平均值確定臭氧BAF組合工藝的最佳BAF停留時間，對比效果如圖4所示。

圖4 BAF 停留時間對 CODCr去除率的影響

由圖4可以看出：廢水在BAF停留時間越久，CODCr去除率越大，停留時間在2.5 h后，繼續停留時間繼續延長，CODCr去除率增加幅度減小，大約75%，出水CODCr趨于穩定，綜合考慮處理效果和處理成本，本實驗最佳 BAF 停留時間在 2.5 h。

3.2.3 反沖洗周期對CODCr去除效果的影響

中試系統運行期間，由于系統超負荷運行時間過長、BAF 未及時進行反沖洗導致效果下降，并帶出少量生物絮體，使得部分指標略超出設計值[7]。如某日進水CODCr為122mg /L，出水CODCr為62mg /L、色度為12倍、SS 為14mg /L，為保持系統穩定運行，考慮BAF進行反沖洗[8]。控制臭氧投加量100 mg/L不變， BAF 停留時間2.5h不變，使臭氧-BAF組合工藝在不同的BAF反洗周期內運行，每天監測中試系統進出水的CODCr并計算去除率，根據反沖洗周期內數據的平均值確定最佳反洗周期，對比效果如圖5所示。

圖5 BAF 反沖洗周期對 CODCr去除率的影響

BAF長時間超負荷運行會對生物膜造成一定負面影響，甚至會縮短反洗周期。因此我們不但要保證進水水質在設計要求范圍內，還要隔段時間對BAF進反沖洗。運行結果表明，BAF 的反洗周期為兩周時，能取得最佳處理效果。

3.3 穩定性運行分析

臭氧-BAF中試系統經過兩個多月的優化調試，根據調試期間的優化最佳參數，控制臭氧投加量100 mg/L不變，BAF 停留時間2.5h不變，臭氧-BAF組合工藝進行60d的穩定運行，工藝流程為氣浮池出水-臭氧氧化-BAF生物降解-清水池-出水，每天檢測中試系統進出水的CODCr、SS和色度，分析中試系統對各污染物指標的去除效果，CODCr去除效果如圖6所示，進出水SS和色度如圖7所示。

圖6 穩定運行階段的CODCr去除情況

圖7 穩定運行階段進出水的SS和色度去除情況

由圖6、圖7 可以看出，在設計條件下，經過兩個月的運行，中試系統出水水質穩定，滿足設計要求，出水CODCr≤40mg/L， SS≤10mg/L，色度≤10，臭氧-BAF組合工藝對CODCr、SS、色度的平均去除率達到75%、60%、77%。

4 出現的問題及其改進措施

若臭氧-BAF未及時進行反沖洗，會導致出水CODCr、SS和色度超標，因此需要通過反沖洗、加大臭氧投加量等措施來解決。

運行過程中我們發現臭氧出水的溶解氧濃度是能滿足BAF的好氧需求的，因而可適當優化BAF池的曝氣量，降低風機用電使用量，從而減少運行成本。

運行過程中發現臭氧 BAF易滋生藻類，會導致出水水質不達標，因此可對BAF加蓋處理，防止太陽光的照射，防止藻類生長[9]。

為應對因中試系統進水水質異常而導致出水水質不達標的情況，可新增 CODCr在線監測儀來調整出水的流向，當出水未達標時，切換至生化段再行處理，但是根本措施依然是優化處理工藝，控制進水水質，不斷加強廢水處理流程的運行管理[3]。

臭氧受熱非常容易分解，因此一定要做好室外臭氧管道的隔熱保溫工作，防止管道因太陽暴曬然后升溫分解。

臭氧具有非常強的腐蝕性，因此其管件建議選用含鉻 25% 以上的不銹鋼產品，閥門及法蘭密封件應該使用聚四氟乙烯材質產品[3]。。

5 結論

采用“臭氧+BAF”基本工藝流程處理氣浮池出水，經過運行實踐證明：:該工藝對于印染廢水有較好的處理效果，處理效果穩定，臭氧投加濃度、BAF 停留時間以及ABF反沖洗周期對處理效果有很大影響，當臭氧投加濃度為100 mg/L時，BAF停留時間2.5h，BAF反洗周期兩周一次時，該處理工藝具有最佳運行效能，此時出水滿足設計要求，COD≤40 mg /L、色度≤10倍、SS≤10 mg /L。