曝氣生物濾池+芬頓氧化處理印染廢水工藝

李金遠，彭向陽

（1.雅生活智慧城市服務股份有限公司常州分公司，江蘇常州 213022；2.常州大學環(huán)境與安全工程學院，江蘇常州 213164；3.北京建工金源環(huán)保發(fā)展股份有限公司，北京 100000）

印染行業(yè)的快速發(fā)展使印染廢水的排放量逐漸增多，成為主要污染源之一。隨著紡織印染行業(yè)的科技進步與不斷創(chuàng)新，化學合成有機原料（染料、助劑及表面活性劑）的使用量大大增加，導致印染廢水的色度、堿性、COD 較高，呈現(xiàn)高COD、高色度、可生化性低的特點，加大廢水處理難度［1-2］。

印染廢水的主要處理方法：（1）生化法，該方法對溫度、pH、進水水質要求較高，不適用于水質波動大的染料廢水；（2）吸附法，利用活性炭或硅藻土等吸附劑吸附染料廢水中的有機染料，但易受廢水中高分子污染物、油脂、懸浮物等的影響，且吸附劑再生產生的廢水處理困難，吸附劑費用昂貴，運營成本高；（3）物化法，氧氣、氯氣藥劑使用費用高，處理量小［3］。本研究提出隔離循環(huán)曝氣生物濾池+芬頓氧化深度處理工藝。COD 測試采用GB 11914—89，氨氮測試采用納氏試劑比色法，SS 含量測試采用0.45 μm 過濾法。該方法可以將廢水COD質量濃度從180 mg/L 降至50 mg/L，SS 去除率達50%，氨氮去除率達60%，出水氨氮質量濃度2 mg/L，達到GB 4287—2012《紡織染整工業(yè)水污染物排放標準》的排放要求［4-5］。

1 印染廢水處理工藝

1.1 工藝流程

原水為來自某污水處理廠經(jīng)過處理的臭氧池出水。由圖1 可知，臭氧池出水（原水）可以通過水泵進入中間水箱，以去除廢水中的殘余臭氧；若臭氧池出水（殘余臭氧質量濃度5.6 mg/L）直接進入BAF 裝置會抑制微生物生長，影響COD 去除效果。廢水在中間水箱停留1 h，殘余臭氧質量濃度衰減為0 mg/L（衰減時間30 min），再通過供水泵進入BAF 裝置，前期每天添加定量葡萄糖，培養(yǎng)微生物、細菌，起初連續(xù)悶曝5 天，每天24 h 曝氣，同時添加營養(yǎng)物質，待填料表面（火山巖表面）有大量菌膠團附著微生物膜后開始低流量進水，隔離曝氣循環(huán)生物濾池可以有效降低廢水的COD、氨氮、SS、色度；BAF 出水進入產水箱，水箱中的廢水經(jīng)過蠕動泵進入芬頓反應水池進行芬頓氧化反應，芬頓出水可直接回用或達標排放。

圖1 中試工藝流程

1.2 BAF 處理工藝

傳統(tǒng)BAF 在運行過程中濾床易板結、反沖洗耗水量大、反洗不徹底、容易堵塞等，影響其在工業(yè)廢水領域的廣泛應用［6-7］。針對傳統(tǒng)曝氣生物濾池存在的缺陷，本技術在濾池的導流裝置內進行曝氣，不僅能滿足濾池內微生物對氧氣的需求，而且可以借助曝氣對水位的提升作用促使濾池內混合液體循環(huán)流動，為混合液體從導流裝置外部填料區(qū)域自上而下或自下而上提供動力。與傳統(tǒng)曝氣生物濾池底部直接曝氣相比，該隔離曝氣循環(huán)生物濾池技術能有效避免直接曝氣對生物床層內微生物的沖刷，相對溫和的水力條件更加有利于床層內微生物膜的形成，也有利于世代時間較長、對環(huán)境較為敏感菌落（如硝化菌、反硝化菌等）的繁殖。本實驗采用市場上比較新穎的填料，墊層采用鵝卵石，吸附層采用火山巖，生物濾池中火山巖及鵝卵石的裝填高度從上往下如表1所示。

表1 BAF 中火山巖及鵝卵石的裝填高度表

1.3 芬頓氧化處理工藝

廢水經(jīng)過隔離曝氣循環(huán)生物濾池處理后，大部分氨氮與總氮被去除，但是廢水中COD 質量濃度較高，仍然需要進一步處理。采用芬頓氧化處理BAF 出水，溶液pH、Fe2+用量、H2O2用量、反應時間等因素對芬頓反應中羥基自由基的形成有重要影響，從而影響芬頓反應體系的氧化效果。本文設計了H2O2用量（A）、FeSO4·7H2O 用量（B）、pH（C）、水溫（D）4 因素4水平正交實驗，因素水平表如表2所示。

表2 因素水平表

2 分析與討論

2.1 BAF 中試實驗

接種污泥約300 L（含水率不超過99%）。BAF 按有效容積的5%左右投加污泥，并用臭氧池出水注滿廢水，采用接種掛膜和自然掛膜相結合的方式對曝氣生物濾池進行掛膜啟動。掛膜啟動分為3 個階段：（1）悶曝階段（5 d）；（2）低流量運行階段，流速為0.5 m3/h，曝氣量為10 m3/h（4 d）；（3）流速為1.0 m3/h、曝氣量為10 m3/h（7 d）階段。在污泥接種期間，每天需向曝氣生物濾池內投加定量的碳源、氮源，以保證池內微生物正常的生長環(huán)境與營養(yǎng)供給；待進出水COD、氨氮值穩(wěn)定后進行數(shù)據(jù)測量，具體如圖2、圖3所示。

圖2 BAF 進出水COD 運行效果圖

圖3 BAF 進出水氨氮運行效果圖

由圖2 可以看出，BAF 進水水質中COD 波動較大，質量濃度維持在140～200 mg/L，出水COD 比較穩(wěn)定，質量濃度維持在120 mg/L 左右；COD 平均去除率為35%，且進水COD 值越大，COD 去除率越高；原水中B/C為0.05，可生化性差，在污泥培養(yǎng)階段每天定期添加1～2 kg 葡萄糖、500 g 磷酸鹽，以0.5 m3/h 低流量連續(xù)進水曝氣7 d，期間保持水中溶解氧質量濃度穩(wěn)定在2～4 mg/L，水溫25～35 ℃，之后鏡檢會發(fā)現(xiàn)大量菌膠團及鐘蟲，鐘蟲處于活躍狀態(tài)，表明污泥培養(yǎng)良好；中流量（2.0 m3/h）進水運行，取消添加營養(yǎng)物質，發(fā)現(xiàn)出水COD 較穩(wěn)定，質量濃度降至120 mg/L。結果表明BAF 池內的好氧微生物經(jīng)過長時間培養(yǎng)后，對印染廢水中的染料中間體有一定的耐受性，再以中流量進水，COD 去除效果明顯。

由圖3 可知，BAF 進水水質中氨氮波動較大，質量濃度維持在3.0～7.0 mg/L，出水氨氮質量濃度為1.5～3.0 mg/L；進水氨氮負荷最高可達0.05 kg/（m3·d），在此狀態(tài)下運行時，氨氮去除率可達60%，為后續(xù)深度處理減輕負荷。

2.2 芬頓氧化正交實驗

正交實驗數(shù)據(jù)分析表見表3。

表3 正交實驗數(shù)據(jù)分析表

由表3 可以看出，各因素對COD 去除效果的影響順序依次為H2O2用量、FeSO4·7H2O 用量、pH、水溫，在pH 為3.5、水溫為55 ℃、PAM 用量為1 mg/kg、H2O2用量為2 000 mg/kg、FeSO4·7H2O 用量為1 200 mg/kg 時，COD 去除效果最好（去除率為65%）。在4 個影響因子中，H2O2用量影響最大，這是因為H2O2在亞鐵離子的催化作用下會釋放大量·OH，而·OH 是分解廢水中有機物的主要活性基團［8］，使廢水中的有機物氧化分解，但H2O2用量過多會抑制亞鐵離子的催化效率，還會對COD 的分析檢測造成誤差，因此選擇合適的用量至關重要。

3 結論

（1）BAF 處理印染廢水優(yōu)化運行工藝：水溫25～30 ℃，pH 6.5～8.0，進水流速0.5 m3/h，每天需補充1 kg葡萄糖營養(yǎng)物質，氨氮容積負荷為0.05 kg/（m3·d），接種初期至少添加5%有效體積的活性污泥（污泥質量濃度不小于10 g/L）。在此條件下，BAF 裝置可將COD質量濃度從180 mg/L 降至120 mg/L（COD 去除率可達33.3%），氨氮質量濃度從3.0～7.0 mg/L 降至1.5～3.0 mg/L［進水氨氮負荷最高可達0.05 kg/（m3·d），氨氮去除率可達60%］。

（2）芬頓氧化反應處理BAF 出水的優(yōu)化工藝：pH為3.5，水溫為55 ℃，PAM 用量為1 mg/kg，H2O2用量為2 000 mg/kg，F(xiàn)eSO4·7H2O 用量為1 200 mg/kg，此時COD 去除率可達65%。

（3）采用BAF+芬頓氧化組合工藝處理某污水處理廠的臭氧池出水后，出水可達GB 4287—2012《紡織染整工業(yè)水污染物排放標準》一級A 排放要求。