兼氧-好氧-混凝处理印染生活综合废水

　　浙江绍兴污水处理厂的废水由生活污水和工业废水组成，其中印染废水占80%，印染废水中碱减量废水占10%;印染/生活混合污水的CODcr、色度等主要来源于印染、印花过程中使用的染料、颜料助剂等。染料以分散染料为主，占总用量的50%以上;另外还有大量的阳离子染料，硫化染料、活性染料和其他染料。从总体上看，混合污水CODcr浓度高、色度深、碱性强、可生化性差等特点。据此，采取以“水解酸化-活性污泥法”为主的工艺路线并加以改良，同时辅以必要的预处理和后续处理手段并获得成功。出水达到文献[1]中规定的二级排放标准。

　　1 废水水量及水质参数

　　废水主要来源于绍兴部分接管印染厂、城市污水及碱减量废水预处理后的出水。水量为3×104t/d，其主要水质指标见表1。水质在一天内的变化情况见图1，水质随季节变化规律见图2。从图1可以看出，一天内CODcr峰值(接近2000 mg/L)出现于早上5～9时和晚上9～12时，CODCr谷值(接近1300 mg/L)出现于下午2时左右，水质昼夜变化幅度高达700mg/L;从图2可看出，3~5月份为印染废水碱减量生产旺季，平均CODCr浓度较高，大于1500mg/L;6月份为梅雨季节，平均CODCr浓度降至1500mg/L以下;2月份为农历春节，[CODCr]波动最大。

表1  主要水质指标及排放标准   

　　　　2 工艺流程

　　根据该厂废水水质特性，设计如下的工艺流程见图3。普通印染废水、生活污水和经预处理后的碱减量印染废水经各级泵站提升后进入污水厂稳流池，经过自动格栅去除悬浮物，防止杂物堵塞提升泵，后入调节池进行水量的调节和水质的均化，调节池安装穿孔管曝气系统，进行预曝气以均化水质、氧化部分CODcr和吹脱硫化物，pH值大于11时加酸中和。调节池污水经潜污泵提升至兼氧池水解酸化后经过中沉池沉淀厌氧污泥后进入曝气池，兼氧池底铺设穿孔曝气系统，定期曝气，防止池内污泥淤积;池内设置弹性填料，以利于世代周期长的兼氧微生物附着生长。曝气池采用活性污泥法，其色度去除效率优于接触氧化池，采用离心风机和微孔曝气管供气，以提高氧转移效率、降低能耗和减少噪音污染。曝气池出水携带的生物污泥经二沉池沉淀后，出水进入折板絮凝池，通过投加AL2(SO4)3和PAM进一步去除残余的悬浮物、色度和CODcr，出水达标后流入排水泵房，排入曹娥江入海口。其中厌氧污泥部分回流至兼氧池;好氧污泥部分回流至曝气池，当出现污泥膨胀时部分回流至兼氧池;剩余的污泥经过污泥泵房提升至污泥浓缩池，浓缩后污泥经过带式压滤机脱水后，泥渣外运填埋。

　　图3 废水处理工艺流程图

　　3 工艺特点分析

　　3.1 调节预曝气

　　由于来水来自多家印染厂和城市污水，因此水量水质多变，预曝气能有效地均化水质。而且由于有的印染厂采用硫化染料，染色废水中残余的硫化染料和硫化助剂含量较高，硫化物对微生物有很强的抑制和毒害作用。硫化碱是强还原剂，如进入曝气池则大量消耗氧气，可使溶解氧急剧下降[2]。因此采用预曝气能有效地将硫化物氧化或吹脱除去。

　　3.2 水解酸化

　　染料、助剂大多是高分子化合物，慢速生物降解有机物和难生物降解有机物所占比重较高，可生化性差，直接好氧生物处理对色度和难生物降解有机物的去除率不高，这是因为某些染料、中间产物和添加剂在单纯好氧条件下分子结构很难破坏，生物降解半衰期很长[3];而严格意义上的厌氧生物处理对设备和环境的要求较高，因此采用兼氧水解酸化( Hydrolization )工艺，利用厌氧工艺的前两段，即把反应控制在第二阶段之前，即第一阶段水解;第二阶段酸化;不进入第三阶段酸性衰退和第四阶段甲烷化。

　　图1 CODcr日变化图

　　图2 CODcr月变化图

　　水解工艺系统中的微生物主要是兼性微生物，它们在自然界中的数量较多，繁殖速度较快[4]。其主要作用是使难降解有机物及其发色基团解体、被取代或裂解(降解)，从而降低废水的色度，改善可生化处理性。即使不能直接降低废水色度，由于分子结构或发色基团已发生变化，也可使其在好氧条件下容易被降解并脱色，降低后续生物处理的负荷，提高后续处理的稳定性和效果[5]。同时水解产生的有机酸可以有效地中和部分碱度，将pH值降至10.5以下，这样就省去了加酸调pH值的麻烦，节省运行费用。

　　3.3 分步沉淀

　　在兼氧池的末端设置一中沉池，在曝气池末端设置二沉池，将水解酸化产生的厌氧污泥和曝气池产生的好氧污泥分开来。这样两种不同性质的污泥严格分开，互不混杂，有利于各自回流及控制污泥膨胀。

　　图4 1-6月份CODcr去除图

　　图5 1-6月份色度去除图

　　3.4 污泥回流

　　实行多级污泥回流是该工艺的一个重要特点。传统观点认为，挂填料的水解酸化池主要利用填料上的生物相，液相中不需要维持较高的生物量。剩余污泥少，不需要回流一直被认为是该法的主要优点。但经过实际运行发现，适当提高水解酸化池内污泥浓度，增加液相中的生物量，对于高浓度、高色度的印染废水处理来说是有利的。通过污泥回流，一方面可以稀释进水浓度，增加有机物的吸附量;另一方面可以增大进水端污泥浓度，降低污泥负荷，提高耐冲击负荷的能力。

　　另外，通过污泥回流可以延长污泥泥龄，增大世代时间长的厌氧微生物的停留时间，从而减少污泥排放量[6]。

　　曝气池采用活性污泥(Activated Sludge)工艺,其用于印染废水处理中比接触氧化法的显著优点是脱色效果明显，利用活性污泥巨大的比表面积和良好的吸附性能，发色基团多是大分子有机物，易于被活性污泥吸附。而活性污泥法相对接触氧化法的一个最大弊端是其会经常出现污泥膨胀现象;出现这种现象的一个重要原因是丝状菌大量增殖，而其高度松散的絮状结构使得污泥难以沉降，为解决此问题，二沉池污泥除了回流至曝气池保证其污泥浓度外，把多余污泥部分回流至兼氧池，部分排至污泥浓缩池。好氧污泥回流至兼氧池，维持缺氧时间10h以上，可有效地抑制丝状菌的生长，从而达到控制丝状菌污泥膨胀的目的。对于严重有机负荷冲击所致的污泥膨胀，厌氧控制比缺氧控制更有效。

　　为使厌氧污泥与废水充分反应，在池底设置穿孔管曝气系统，对兼氧池微量曝气，既维持DO在低浓度水平，又达到混合搅拌的目的。可以有效增进水解酸化效果，减轻后续好氧处理负荷，打开发色基团，脱色明显，同时可以促进好氧污泥厌氧消化，达到污泥减量化的目标，大大减轻了污泥处理费用。

　　3.5 物化处理

　　经过兼氧水解和好氧生化处理后的废水，一般情况下，其pH值、CODcr及SS能达到排放标准，但色度常有超标现象;且当3～5月份，当大量碱减量废水进入废水处理厂时，往往生化系统负荷过高，为防止CODcr超标，故在生化系统后端设置折板絮凝池，作为把关工艺，确保色度降至80倍以下和保障CODcr排放浓度。絮凝剂AL2(SO4)3与混凝剂PAM的复配使用能有效去除SS、CODcr、色度和降低药剂用量。其中AL2(SO4)3投加量为300～500mg/L，PAM投加量为0.3～1.0mg/L。

　　4系统运行情况

　　本系统从2001年8月份进水开始调试，至2001年12月底，系统出水稳定达标，但至2002年1月份后由于大量春节生活污水和碱减量废水进入，污泥发生大量膨胀现象，启用好氧污泥部分回流至兼氧池工艺，有效抑制了污泥膨胀问题，出水逐渐好转并趋于稳定。经过为期一年的运试，得到绍兴污水处理厂生化系统正常运行的主要控制参数为：

　　①污泥浓度、沉降比和污泥指数

　　厌氧池：[MLSS] = 4～5g/L，污泥指数SVI = 50～70，[MLVSS]/[MLSS] = 0.6;曝气池：[MLSS] = 4～5g/L，SVI = 100～150，[MLVSS]/MLSS = 0.58

　　②污泥龄：15~20d。

　　③回流比：50~70%。

　　④供风量：12.03～14.44m3/1kgCOD。

　　2002年1月份～2002年6月份部分运行结果见图4、图5。原水水质(平均)pH为11，色度500倍，CODcr为1545 mg/L;处理后水质(平均)pH为7.6，色度为70倍，CODcr为169 mg/L;去除率CODcr为89.1% ，脱色率为86%。

　　5 结果与讨论

　　(1) 兼氧池的设置对于含碱减量印染废水生化处理是相当重要的，它既可较好地改善废水的可生化性和降低pH值，为后续活性污泥法氧化提供了条件;又可有效地通过污泥回流至兼氧池来控制污泥膨胀问题和实现污泥减量的目的。

　　(2)一年多来的运行表明活性污泥法对印染/生活废水的处理是有效的，其去除CODcr、色度效率高，耐冲击负荷能力强;但生化系统易发生丝状菌污泥膨胀问题，根据丝状菌对缺氧和厌氧环境敏感的特性，通过工艺调整可以有效地控制污泥膨胀。

　　(3)印染/生活混合污水量与CODCr同步变化。这种“双双升高”造成污染负荷的大幅度变化，给污水处理厂的正常运行带来巨大困难，因此物化处理对出水达标排放起到了关键性的作用。

　　(4) 硫酸铝是一种经济实用的混凝剂。现场试验表明，硫酸铝的最佳投药量为350~500mg/L，COD去除率在50%~68%之间，处理成本为0.21~0.3元/m3废水。PAM与硫酸铝的配合使用可以显著提高出水水质，减少硫酸铝的用量。