傳統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）

我國經濟發展脫身于重工業環境，受傳統工藝類型與技術水平等因素影響，工業廢水的超額排放一直是困擾我國可持續經濟發展的重要問題，其中印染廢水量作為主要廢水組成部分，更是現代污水處理的焦點。從傳統印染廢水產出角度來看，工業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量得到更好的保障。而站在工業廢水排放角度來看，常規印染廢水排放不可能專門設置獨立排放渠道，因此多數廢水都是以混合形勢出現的，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、工藝有著較高的關聯性，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。因此，印染廢水是工業廢水處理系統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量，對周圍生態環境造成不可逆的損傷。

傳統活性污泥處理工藝是工業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，充分與內部有機物接觸，受溶解氧的影響，便能夠極大降低污水內有機物的濃度，在排出后有毒物質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，避免出現實驗數據偏差，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，用量需抵至制定刻度線，而后再統一放在置物架上，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，能夠將光線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、色度、透明度等數據錄入報告，為后續數據分析提供參照。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、色調與透明度之間的差異，而后移開繼續稀釋，直至稀釋至無法與光學純水區分，再計算試品稀釋的倍數，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，確定刻度數值，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值控制在50 倍范圍以內。③待試品色度在控制范圍內，操作人員需從具塞比色管內提取適量試品，而后通過光學純水將液面稀釋至指定刻度，稀釋倍數需控制在2 倍，并逐次記錄液柱的狀況與數據。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相乘，以此更準確的表達試品與光學純水之間的色調與色度關系。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蒸發烘干：待烘箱中溫度升到103～105℃之間的設定值后，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；曝氣量升高時發現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上，利用NaOH 以及H2SO4調節進水的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生了影響，影響了菌體對營養物質的吸收和代謝產物的形成，這種影響體現在厭氧產物上。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去除率也呈現先增加后降低的趨勢。通過實驗可知，pH 值在8.0 內去除效果較好。實驗結果表明，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 值調節至8 的基礎上，人為地改變有機負荷，使負荷由400mg/L 調至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，并未發生改變。而在高負荷處理狀態下，污水內出現了較多的線蟲，這使得短期內污水處理質量水準嚴重下滑，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。基于上述實驗流程可知，傳統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、色調與透明度為審核要素。（1）CODcr的去除效果。在最優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，經過活性污泥法的處理，上清液的色度穩定在70倍左右，可見活性污泥法對色度有著較為穩定的去除效果；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中的不斷積累增加了對微生物的毒性影響，影響了系統對色度的去除。但總的來講，系統對色度的去除率處于一個較為穩定的水平[3]。

3 結論

活性污泥處理印染廢水，具有出水水質好，去除效率高等優點，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%，出水水質優于《紡織染整工業水污染物排放標準》（GB4287-92）一級標準[4]。