微生物电解-高效接触氧化工艺处理印染废水

　　0　引言

　　深圳市公明镇某印染厂在生产过程中产生一定量的印染废水。为避免废水对周围环境造成污染，必须处理达标后才能排放。

　　印染废水具有水量大、有机污染物含量高、色度高、碱性大、水质变化大等特点。近年来，由于化学纤维织物的发展、仿真丝的兴起和印染后整理技术的进步，使PVA浆料、人造丝碱解物(主要是邻苯二甲酸酯类)、新型助剂等难生化降解的有机物大量进入印染废水。目前，印染废水通常采用生物-物化复合法来进行处理［1～2］，物化方法一般为混凝沉淀或混凝气浮法，生化方法一般为水解酸化法、活性污泥法或生物膜法。

　　但是，由于该厂废水中含有多种染料中间体、大量的无机原料以及各种水溶性染料，污染物浓度大、色度高、可生化性差，采用传统处理方法进行处理时，效果很不理想。据报道，孙华等［３］采用铁炭床、复合生物反应器对印染废水进行处理，获得了较满意的结果。肖羽堂等［4］则对印染废水用铁屑进行预处理，提高了印染废水的可生化性，降低了COD和色度，取得了显著的经济效益和环境效益。雍文彬等［5］采用部分微电解法处理碱性印染废水，获得了较满意的结果。在此基础上，本文提出了一种生物微电解*.接触氧化工艺，对印染废水进行处理。该工艺完全采用生物法，彻底摈弃了通常的物化处理方法，不需要投加混凝剂等化学药品，污泥产量少，处理成本低。印染废水经该工艺处理后，可完全符合排放的要求。目前，该工艺已经在深圳地区数家印染厂的废水处理工程中应用，均获得了较满意的效果。

　　1　废水水质

　　为掌握该厂废水水质的变化情况，特委托深圳市环境保护监测站对该厂一个月内产生的废水逐日进行水质测定，测定结果见表1。

　　该厂目前的废水排放量为2 000 m3/d。考虑到废水排放量、水质的波动及该厂的发展前景，本方案设计的废水处理量为3 600 m3/d(150 m3/h)，处理系统每日连续运行24 h。该系统经过调试，于2001年8月底正式投入使用，运行稳定，处理效果较好。

　　2　工艺流程

　　废水处理的工艺流程如下：原废水→格栅→调节池→厌氧池→铁曝气池→接触氧化池1→沉淀池1→接触氧化池2→沉淀池2→人工湿地→排放。铁曝气池、接触氧化池及沉淀池中产生的污泥回流进入厌氧池，进行内部消化。

　　3　主要处理构筑物

　　(1)格栅。废水在进入处理系统前，应先采用格栅隔除废水中的粗大杂质，以保护处理设施不被损坏，并避免管路阻塞。

　　(2)调节池。由于生产废水的排放浓度较高，组分复杂以及间歇排放的特征，废水的水质、水量波动较大，考虑到后续生物处理运行的稳定性，需对水质、水量进行调节，设立废水调节池1座，其尺寸为 12 m×16 m×5.5 m，有效容积为750 m3，水力停留时间为5 h，钢筋混凝土结构，设置在地面以下，池顶覆土并进行绿化。

　　 (3)厌氧池(生物微电解池)。厌氧池3座，其尺寸为60 m×32 m×4 m，有效容积为6000 m3，水力停留时间为40 h，钢筋混凝土结构，设置在地下，内装生物微电解填料。生物微电解填料为铁屑。池内设置填料支架，离池底1.5 m处为支架平台，在平台上均匀放置装满铁屑的填料筐(尺寸1 m×1 m×0.5 m，用Ф3 mm×40 mm 铁丝网制作)，填料总量为600 m3。在废水处理系统运行过程中，填料会发生一定量的耗减。运行一段时间后，可通过检修口向各填料筐内补加铁屑，以实现填料的补充或更换。预留的多个活动检修口的尺寸均为1.5 m×1.5 m，上有可打开的盖子，检修时，可打开盖子进入，补充或更换铁屑填料，一般情况下，每5～6年需更换一次填料。经调节池均质后的废水由提升泵泵入厌氧池后，在厌氧池内生物微电解填料和经充分驯化的高活性厌氧微生物的作用下，废水中的大分子、难降解的有机物降解为小分子、易于降解的有机物。

　　 (4)铁曝气池。1座，尺寸为65 m×15 m×4 m，有效容积为3 300 m3，水力停留时间为22 h，钢筋混凝土结构，设置在地面下，内设铁屑填料。填料分为3 层，每层厚400 mm，层距300 mm，最底层距池底1 m，铁屑总量1000 m3。

　　 (5) 接触氧化池。2座，尺寸分别为20 m×13 m×5 m 和18 m×5 m×5 m，有效容积分别为1050 m3和360 m3， 水力停留时间分别为7 h和2.4 h，钢筋混凝土结构，均内设生物亲和性填料。该填料以中心绳、聚烯烃塑料支撑架和弹性丝条组成，丝条以支撑架为中心在水中呈均匀辐射状生长，有一定的柔韧性、刚性，网片250 mm×200 mm，间距50 mm，填料量分别为780 m3和 270 m3。采用鼓风机和水下不锈钢穿孔管鼓风曝气，气水比为15∶1。厌氧池出水经铁曝气池和接触氧化池处理后，可将废水中的有机物绝大部分予以降解。

　　 (6)沉淀池。2座，尺寸均为18 m×8 m×5 m，有效容积均为600 m3，水力停留时间均为4 h，钢筋混凝土结构，其表面负荷为1.15 m3/(m2·h)。在沉淀池中实现泥水分离，上清液排入人工湿地，沉淀污泥回流至厌氧池。人工湿地处理系统是使水在生长稠密的水生(沼生)植物丛中流动，进一步去除水中残留的污染物。

　　4　结果与讨论

　　4.1　生物微电解池的作用机理

　　厌氧池内装填有高效的生物微电解填料，生物微电解填料对厌氧反应的四个阶段(即水解阶段、酸化阶段、产乙酸阶段、产甲烷阶段)均有很好的强化作用。其次，生物微电解填料可参与到反应中，其自身可发生微电解反应，生成的新生态的活性物质如H+和Fe2+ 均具有很高的化学活性，能与废水中许多组分发生氧化还原作用，破坏染料的发色或助色基团，甚至断链，使其失去发色能力，也可使大分子物质分解为小分子的中间体，使某些难生物降解的有机物和对厌氧微生物有毒害作用的化学物质转变成容易生化处理的物质，提高废水的可生化性［3，6］。经检测，厌氧池出水的 BOD/COD可达到0.4～0.58，而原水的BOD/COD 为0.15～0.3。再次，生物微电解填料发生微电解反应，可缓冲废水中pH的变化，为厌氧反应创造良好的反应条件，因而该工艺抗冲击负荷的能力很强。最后，生物微电解填料的表面积较大，厌氧微生物附着于填料上，不易流失，可使厌氧池内保持较高的微生物量，保证厌氧处理效率。

　　4.2　铁曝气池的作用机理

　　铁曝气池内的铁屑填料同样具备上述降解有机物的功能。由于曝气环境的存在，该填料同时还具备协助凝聚的功能。因为曝气后生成的Fe(OH)3是胶体凝聚体，其吸附能力远高于一般药剂水解法得到的 Fe(OH)3的吸附能力，废水中的悬浮物以及通过微电解产生的不溶物和构成色度的不溶性染料均能被其吸附而凝聚。在铁曝气池内，微生物絮体与Fe(OH)3 絮体协同凝聚，形成絮体粗大、结构紧密的生物铁活性污泥。生物铁活性污泥不仅因吸附作用而富集了微生物和有机物，加速了微生物对有机物的降解作用，具有较高的代谢活性，而且其密度远大于普通活性污泥，具有良好的沉降性能，远比普通活性污泥易于沉降、分离，在机械压滤、脱水性能上明显优于普通活性污泥。因此，铁曝气池可以维持很高的活性污泥浓度，因其活性污泥浓度高且具有很好的抗冲击负荷能力，对水质多变的印染废水的适应性较强，去除效果好且稳定。

　　4.3　生物亲和性填料的作用机理

　　接触氧化池内装填弹性生物亲和性填料。这种填料的结构既重视填料的比表面积(决定生物量的大小)对去除效率的影响，又考虑水流在填料中的流态。微生物附着空间大，对水中大、中型气泡有较好的切割性能，具有一定的重新布水、布气能力，生物池内孔隙率高，膜接受氧气的能力强，膜的厚度适中。另外，该填料对降低悬浮物含量有显著作用。这一方面是由于微生物的新陈代谢作用产生一定的粘性分泌物，使水中一些悬浮物和胶体黏结在一起，起吸附架桥作用，形成细小絮体，被生物膜截留；另一方面是由于水中胶体表面吸附的带负电荷的有机物被消耗，胶体所带电荷减少，ξ电位降低，胶体失稳，易于发生凝聚。

　　4.4　处理效果

　　在印染废水水质不超过pH 10，COD 1300 mg/L， BOD 350 mg/L，SS 400 mg/L，色度600 倍的条件下，经本工艺处理后，出水水质为pH 6～9，COD 50～80 mg/L，SS＜70 mg/L，BOD ＜20 mg/L，色度＜50倍，完全符合 《污水综合排放标准》(GB8978-96)的要求。

　　4.5　运行成本分析

　　该工程总造价为256万元。本处理工艺的成本主要由电费、人工费、维修费及其他费用构成。

　　本废水处理系统设备的总装机容量为299 kW，其中常用设备177 kW，备用设备122 kW。常用设备均为连续运行，运行时间为24 h，实际耗电量为装机容量的80%，电费为0.85元/(kW·h)，每日电费总计2888元。

　　该工艺需操作人员6人，人工费按40元/(人·d)计，则人工费为240元/d。

　　维修费及其他费用按10 200元/月计，则日费用为340元。

　　因此，该工艺的日总处理成本为3468元，平均污水处理成本为0.96元/m3。

　　4.6　本工艺的特点

　　本工艺采用完全生化工艺处理印染废水，具有以下几个优点：

　　(1)由于完全采用生化工艺，一次性投资大大降低。由于不需投药，可节省药品费用。经生物微电解工艺处理后，废水中的有机物大部分已降解，未降解的有机物的可生化性大大提高，接触氧化池内置高效、生物亲和性强的填料，所需曝气量小(气水比 15∶1)，曝气费用低。废水高程布置合理，该工艺只进行一次提升，即将废水从调节池提升至生物微电解段，其余工段全部靠废水的重力自流，提升费用低。

　　 (2)该方法采用生物微电解和高效接触氧化工艺，可有效地降低废水中的有机物和色度，可保证处理后的废水达到国家排放标准。

　　 (3)由于完全采用生化工艺，没有进行物化处理，因此无物化污泥产生。生物接触氧化池和沉淀池所产生的剩余污泥回流至厌氧池进行内部消化，使厌氧*. 好氧的有机污泥平衡，因此，该工艺的剩余污泥产生量小，不需要另外设置污泥浓缩脱水的构筑物或设备。

　　 (4)本废水处理系统结构紧凑，机械设备少，需操作、控制的工作点少，操作要求低，运行管理方便。