复合水解酸化-CASS工艺处理高比例印染废水的应用

苏大雄，张 超

（北京建工环境发展有限责任公司，北京100192）

化工园区废水经企业预处理后，污染物种类复杂、可生化性低且具有一定生物毒性〔1〕，不利于园区污水处理厂后续处理的稳定达标。

水解酸化作为预处理工艺在国内外已有大量研究和应用，尤其是作为难生物降解有机废水的预处理技术〔2-3〕，可提高废水的可生化性以利于后续的生物处理。周期循环活性污泥法（CASS）工艺以其占地小、自控程度高等特点在中小城镇污水厂应用较多。

影响水解酸化的因素主要有基质的种类形态、pH、温度、水力停留时间（HRT）等，添加适合的填料也有助于提高水解酸化效果〔4〕。本研究采用复合水解酸化工艺对无锡市某化工园区污水处理厂的预处理进行技术改造，分析技术改造后对高比例印染废水可生化性的改善情况以及系统整体的出水水质情况，以期为同类型污水厂的技术改造提供技术参考。

1 工程概况及技术改造方案

该园区污水厂设计规模为5 000 m3/d，进水中印染废水比例超过50%，还有部分其他化工废水，进水 COD 为 260～810 mg/L，氨氮为 20～42 mg/L，TN 为25～50 mg/L，水质成分复杂且水量波动较大。主体工艺采用水解酸化池-CASS工艺，深度处理采用混凝沉淀加滤布滤池。由于接纳的企业废水直接排入水解酸化池，现有推流搅拌力度不足，甚至会出现短流现象，导致水解酸化效果不佳；另外水解酸化池无污泥分离设施，容易造成跑泥的现象，严重影响CASS系统的正常运行。为避免跑泥现象的发生，水解酸化池污泥质量浓度只能控制在2 500 mg/L甚至更低，远低于理论设计值。另外水解酸化池内设有2台推进式搅拌器，由于池容过大，HRT超19 h，进水无法与水解池内微生物充分混合，严重影响水解酸化效果，最终影响生化系统出水的稳定。

技术改造内容包括：

（1）将水解池内原有的2台搅拌器增至6台，确保废水与微生物的充分接触，并在水解池内布设弹性填料，使微生物能在填料上生长挂膜，进一步增大了废水与微生物的接触面积，增加微生物菌群数量和种类，使水解过程更为彻底，有效提高水解出水的可生化性。复合水解酸化池设计HRT为19.2 h，有效容积为4 010.16 m3。 构筑物尺寸（L×W×H）为98 m×13.2 m×4 m。池内布设弹性发散型针状填料，填料支架尺寸（L×W×H）为 3 m×3 m×12 m，共 6组。

（2）新增设泥水分离池，水解池出水提升至泥水分离池后自流进入CASS系统，使得水解池污泥质量浓度由原来的2 500 mg/L提高至10 000 mg/L左右，微生物菌群数量都得到大幅提升；另外CASS工艺剩余污泥直接排放至水解池，增设水解池剩余污泥排放管路。泥水分离池为地表钢筋混凝土结构，设计HRT为 1.5 h，构筑物尺寸（L×W×H）为 14.5 m×9.5 m×2.3 m。

技术改造后的工艺流程见图1。

图1 技术改造后的工艺流程

2 系统运行效果分析

2.1 进水有机物的气相色谱-质谱法分析

采用气相色谱-质谱法（GC-MS）联用技术对进水中的有机物组成进行监测分析，结果见表1。

由表1可知，进水中主要检测出质量分数为1%以上的有机物有24种，进水中有机物种类主要为烷烃、酯类、酚类、醇类等。其中，烷烃类包括二十烷、2，6，10，15-四甲基-十七烷、1，54-二溴-五十四烷、十六烷、2，6，10-三甲基-十四烷等，均是长链烷烃，较难被生物降解，但不具有生物毒性；酯类物质主要有三十五烷五氟丙酸酯、碳酸二十烷基乙烯基酯、1-丙氧基-2-丙基乙酸酯，其中三十五烷五氟丙酸酯对水环境可能造成不利影响；酚类物质有2，4-二叔丁基苯酚，有生物毒性，可能对污水处理厂污泥活性产生不利影响。十二烯基丁二酸酐具有较低生物毒性。

表1 进水有机污染物分析

2.2 水解池进出水的COD变化

改造完成之后经过一段时间的调试运行，对复合水解酸化池的进出水进行为期2个月的连续检测，结果见图2。

图2 水解酸化池的进出水COD变化

由图2可知，复合水解池对COD的去除率达30%以上，水解效果较改造之前有明显改善。

2.3 复合水解酸化池进出水的可生化性变化

经过上述技术改造后，连续监测复合水解酸化池的进出水BOD5/COD（B/C），考察改造前后水解酸化池的可生化性，结果见图3。

图3 改造前后水解酸化池的B/C变化

由图3可知，废水在经过复合水解酸化池处理后，B/C得到显著改善。结合现场实际运行状况，复合水解酸化池出水经过泥水分离池后仅携带少量SS，较技术改造前有极大改观。废水进入复合水解酸化池后，较高的污泥浓度将难降解有机物吸附截留，间接地提高了难降解物质的停留时间，提高了将其断链成为易降解的小分子有机物的可能性，从而提高了出水的B/C。

2.4 技术改造前后COD的去除效果比较

考察技术改造前后CASS出水的COD变化，结果见图4。

图4 技术改造前后CASS出水的COD变化

由图4可知，技术改造后CASS出水COD的去除效果明显改善，可以稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A排放标准。在传统生化法处理高比例印染废水前先进行水解酸化，可以有效去除水中难降解COD的原因主要有：（1）复合水解酸化池有效地降低了印染废水的生物毒性，从而减小了对CASS池好氧微生物的抑制作用；（2）由于增加了弹性填料，填料挂膜不仅增加了池内微生物密度同时也丰富了微生物种类，另外由于增加了泥水分离池，水解池内悬浮污泥质量浓度也可以控制在很高的水平，在高生物密度的条件下大大增加了微生物对各类有机污染物的吸附和水解作用；（3）好氧微生物对COD的降解只有溶解性的小分子才可以直接进入细胞内，而难溶性的大分子物质需要先通过细胞外壁酶的分解才能进入细胞内。当废水经过水解酸化池后，已将大部分难溶性有机物转变为可溶性物质，显著提高了CASS池内有机污染物的降解效率。

2.5 技术改造前后氨氮、TN的去除效果

考察技术改造前后CASS出水氨氮、TN的变化，结果见图5。

图5 技术改造前后CASS出水氨氮、TN的变化

印染废水中氮类的主要构成为氮杂环及含氮芳烃等有机化合物，这些有机物除了具有化学结构稳定、难以生化降解的特点外，还有很强的生物毒性，能够抑制微生物的生化进程。由图5可知，技术改造前CASS池常受外围进水冲击而导致硝化细菌活性受到抑制，无法稳定进行硝化反应，出水氨氮、TN的波动较大。改造后，复合水解酸化池起到良好的预处理及降低生物毒性作用，CASS系统内硝化细菌得以正常代谢繁殖。另外复合水解酸化池有效地提高了废水B/C，为反硝化细菌高效脱氮提供了有力的保障。从而使出水氨氮与TN均能稳定达标排放。

3 结论

（1）通过在水解酸化池中布设弹性填料并增加搅拌器、新建水解池出水的泥水分离池及剩余污泥管道等有效的技术改造方案实施，使得复合水解酸化池出水B/C得到显著提高；同时，水解池内较高的污泥浓度对有毒有害物质起到了良好的截留和降解，降低了难降解物质对后续生化处理的抑制性。

（2）经过复合水解酸化池后的废水B/C显著提高，为后续CASS工艺对有机物的去除率得到明显改善，连续监测该厂技术改造后的出水水质情况，出水各项指标均稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A排放标准。