水解酸化/生物膜法SBR处理印染废水实验研究

刘 豪， 王永红

(贵州省环境科学研究设计院， 贵阳 550081)

印染废水中的污染物质主要来自纤维材料、浆料、染料、表面活性剂、化学药剂和各类整理剂等。由于染料种类不同，加之染色过程中使用的新型染料、PVA浆料、新型助剂、活性剂、化学药剂等，使得印染废水通常具有污染物浓度高、种类多、色度高、可生化降解性差等特点。单一的物化法或生化法处理该类废水很难达到行业废水排放标准要求。

水解酸化作为前置处理工艺，可将废水中不溶性、难降解的大分子有机物降解为可溶性、易降解的小分子有机物，提高废水的可生化降解性[1-3]。生物膜法SBR是在SBR池内添加组合软性填料，将微生物固定在池内组合软性填料上进行固定化培养而形成的一种生化反应器[4]，其运行方式与传统SBR相同。由于反应器内有以固定态和游离态存在的两种活性微生物，因此生物膜法SBR既具有生物膜法的特点，又有活性污泥法的特点[5-6]。与传统的污水处理工艺相比，生物膜法SBR具有占地面积小、基建投资少、固液分离效果好、抗冲击负荷强、节省能耗、无污泥膨胀等优点[7-9]。基于此，本研究采用以水解酸化/生物膜法SBR为主体的废水处理工艺处理印染废水，以期克服单一技术的缺点，实验结果可作为进一步实验研究和工程应用的参考和借鉴。

1 材料与方法

1.1 原水配制

本实验采用人工模拟配制印染废水，配料及浓度详见表1。主要水质指标：COD 900～1200 mg/L、BOD5400～550 mg/L、色度400～600 倍、NH3-N 25～50 mg/L、pH 5～7，其水质和实际综合印染废水水质接近。

表1 模拟印染废水组成及浓度 mg/L

1.2 试验装置及试验内容

1.2.1 试验装置

实验装置均为透明圆柱形有机玻璃桶。其中水解池有效容积12 L，内设穿孔布水板、搅拌器、温度控制器；生物膜法SBR桶径Ø7 cm；高度65 cm，填料装填高度50 cm。填料性质：半软性组合填料(外挂合成纤维束)，纤维束长度3.0～3.5 cm，纤维束间距4.0 cm。

1.2.2 试验内容

分别考查了水解池温度(5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃)、水解池水力停留时间(4h、6h、8h、10h、12h)、生物膜法SBR的曝气方式(非限制性曝气和限制性曝气)、非限制性曝气方式情况下曝气时间(2h、4h、6h、8h、10h)、沉淀时间(0.5h、1.0h、1.5h、2.0h、2.5h)等工艺参数对印染废水处理效果的影响，得出最佳工艺参数条件，在最佳工艺参数条件下，采取“进水→水解酸化池→中间调节池→改良SBR反应器→出水”联合工艺处理印染废水。

1.3 分析方法

分析方法严格执行《水和废水监测分析方法》(第四版)及国家相关监测技术规范进行，具体详见表2。

表2 分析方法

2 实验结果与分析

2.1 各工艺参数最佳值的确定

(1) 温度对印染废水处理效果的影响

水解反应器不同温度对COD、NH3-N、色度等污染物去除率的影响结果见图1所示。试验范围内水解反应器温度与COD、NH3-N、色度的去除率成正比关系，随着温度的升高，其去除率也相应增加。当温度在5～35℃之间变化时，COD、NH3-N、色度的去除率分别从24.27%、15.87%、62.22%上升至33.33%、24.95%、72%。当温度在25℃～35℃之间变化时，各污染因子的去除率随温度的变化不明显。因此水解反应器温度控制在25℃左右为宜。

温度是生化处理重要的影响参数，活性微生物的最适温度范围是15℃～30℃，试验控制SBR反应器温度在25℃左右是合适的。

图1 水解反应器中温度对COD、NH3-N、色度去除率的影响

(2) 水力停留时间(HRT)对印染废水处理效果的影响

水力停留时间对印染废水中COD、NH3-N、色度等污染物去除率的影响结果见图2所示。当水力停留时间为4～8 h，水解反应器对COD、NH3-N、色度的去除率分别从16.13%、15.87%、37%提高至25.00%、24.78%、72.00 %。继续延长HRT至10 h，COD、NH3-N、色度去除率虽有增加，但增加的幅度很小。当继续延长HRT至12h，NH3-N的去除率不但没有增加，相反还有所下降，这主要是由于HRT过长发生氨化作用所致。因此，综合考虑水力停留时间对印染废水中主要污染物的影响，水力停留时间为8h时水解反应器对印染废水的处理效果是较好的。

图2 HRT对COD、NH3-N、色度去除率的影响

(3) 曝气方式对印染废水处理效果的影响

非限制性曝气(充水开始即进行曝气，边充水边曝气)和限制性曝气(充水完毕后再开始曝气)2种曝气方式对印染废水中COD、NH3-N、色度主要污染物去除率的影响结果见图3所示。非限制性曝气方式对COD、NH3-N、色度去除率均高于限制性曝气方式，因此非限制性曝气方式优于限制性曝气方式。

图3 曝气方式对COD、NH3-N、色度去除率的影响

(4) 曝气时间对印染废水处理效果的影响

非限制性曝气方式情况下生物膜法SBR不同曝气时间对印染废水中COD、NH3-N、色度去除率的影响结果见图4所示。曝气时间在2～6 h之间时，COD、NH3-N、色度的去除率随着曝气时间的延长而大幅升高，其去除率分别从40.00%、48.89%、34.26%提高到90.82%、89.92%、47.96%；当曝气时间大于6 h后，各水质指标基本上处于稳定状态。继续延长曝气时间，COD、NH3-N、色度去除率虽有增加，但增加的幅度很小，因此曝气时间为6 h时生物膜法SBR对印染废水能取得良好的处理效果。

图4 曝气时间对COD、NH3-N、色度去除率的影响

(5) 沉淀时间对印染废水处理效果的影响

不同沉淀时间时生物膜法SBR对印染废水中COD、NH3-N、色度主要污染物的影响结果如图5所示。由于生物膜法SBR反应器中装有组合填料，反应器经静止沉淀30 min后反应器中各污染物指标的变化幅度很小，几乎可忽略不计，沉淀时间快，污泥沉降性能很好。因此沉淀30 min生物膜法SBR对印染废水即能取得良好的处理效果。

图5 沉淀时间对COD、NH3-N、色度去除率的影响

2.2 最佳参数条件下联合工艺去除效果

在最佳参数值的运行条件下(水解池的水力停留时间为8 h、生物膜法SBR采用非限制性曝气方式、曝气时间6 h、沉淀时间30 min)，实验考查了联合工艺对印染废水处理效果。

(1) 联合工艺对COD的去除效果

联合工艺对COD的实验结果如图6所示。COD的去除主要集中在生物膜法SBR段，水解池的作用主要是池中水解菌对废水中的有机物进行水解酸化，对COD的去除贡献较小。水解酸化段COD之所以有一定的去除，是因为水解池中的微生物通过吸附、絮凝及沉降作用去除废水中悬浮有机物的缘故。在生物膜法SBR反应器中，大量好氧菌利用反应器中的溶解氧对有机物进行氧化分解，因而对COD的去除率较高。本实验中，虽然进水COD波动较大(900～1200 mg/L)，但出水COD处于较稳定水平(60～100 mg/L)，说明系统有较好的耐冲击能力。水解池和生物膜法SBR对COD的平均去除率分别可达34.5%、87.9%，联合工艺对COD的去除率达92.1%。

图6 联合工艺对COD的去除效果

(2) 联合工艺对色度的去除效果

本实验对色度的去除效果如图7所示。色度的去除主要集中在水解池，平均去除率达69.2%，这主要是由于水解池中大量水解细菌将染料等难容性、难降解的大分子有机物降解为易降解的小分子有机物的缘故。本实验中，在进水色度为400～550倍时，系统出水色度为50～70倍，联合工艺对色度的总去除率达86.5%。

图7 联合工艺对色度的去除效果

(3) 联合工艺对BOD5的去除效果

联合工艺对BOD5的去除效果见表3所示。

表3 BOD5的去除效果

从表3可看出，水解池对BOD5的去除率为4.20%～5.59%，去除有限，而生物膜法SBR对BOD5的去除率为93.85%～95.08%，这说明BOD5的去除主要集中在好氧阶段。经计算，废水中的BOD5/COD值从进水解池前的0.39～0.46提升至水解池后的0.56～0.67，这说明水解池不仅对BOD5有一定的去除能力，还能大大提高废水的可生化性，为后续生物膜法SBR去除BOD5创造了更为有利的条件。

(4) 联合工艺对NH3-N的去除效果

联合工艺对NH3-N的去除效果见图8所示。联合工艺对NH3-N的去除率为85.1%～93.0%，其中水解池的去除率为18.8%～33.2%，生物膜法SBR的去除率为79.9%～90.1%。当NH3-N的进水浓度为在35～50mg/L波动时，联合工艺出水NH3-N浓度稳定在10 mg/L以下。

图8 联合工艺对NH3-N的去除效果

3 结论及建议

1) 水解酸化-生物膜法SBR工艺对印染废水中的COD、BOD5、NH3-N和色度均有良好的去除效果，去除率分别达92.1%、95%、90%、86.5%。

2) 水解酸化-生物膜法SBR工艺中各段所起作用不同。水解酸化段主要作用是将废水中不溶性、难降解的大分子有机物降解为可溶性、易降解的小分子有机物，提高废水可生化性，同时去除废水色度；生物膜法SBR主要作用是去除废水中COD、BOD5、NH3-N，而对色度去除作用较小。

3) 生物膜法SBR反应器内有以固定态和游离态存在的两种活性微生物，因此生物膜法SBR既有生物膜法的特点，又有活性污泥法的特点。相较传统生物法而言，该工艺具有占地面积小、基建投资少、固液分离效果好、抗冲击负荷强、节省能耗、无污泥膨胀现象的发生等特点。

4) 为提高水解酸化池对色度的去除效率，建议在水解酸化池中添加组合填料或生物载体以增加反应器中的微生物浓度和废水与微生物的接触时间，利于水解菌对废水中染料分子的发色基团进行充分裂解，从而达到提高色度去除率的目的。

5) 通过实验研究表明，水解酸化/生物膜法SBR处理印染废水是可行的。实验结果可作为进一步实验研究和工程应用的参考和借鉴。

参 考 文 献

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