高盐工业废水生化处理研究

马正慧

上海市政工程设计研究总院集团第十市政设计院有限公司

1 前言

高盐废水是指总含盐(如Na+、K+、CL-、S042-等)质量分数≥l%的废水。该类废水除含有大量的无机盐外，还含有有机物和质量分数≥3.5%的总溶解性固体物(TDS)[1]。盐浓度过高就会对微生物的生长产生抑制作用。

染料废水中含有多种具有生物毒性或“三致”性有机物以及“环境内分泌干扰素”，会对活性污泥系统和水体中微生物的代谢过程产生抑制。

本文以青岛某化工企业染料生产废水的处理为背景展开研究。在实验室内对该厂染料废水进行处理研究，使出水满足《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）三级标准，达到业主的要求，为该厂染料废水达标排放提供经济可行的技术路线。

2 处理工艺的选择

2.1 高盐染料废水水质

本实验处理的废水来自某精细化工企业，经多次抽样检测得到废水的水质情况如表1。

表1 废水水质指标

废水的颜色为黑紫色，并有强烈的刺激性气味，呈强酸性，盐度高达75000mg/L，远远超出常规生物处理法所能耐受的盐度值，COD最高达11700mg/L、氨氮高达4100mg/L，同时废水中还有少量的SS。

2.2 处理排放标准

由于废水的水量、水质变化大、COD高、色泽深、含盐量高、有机毒物含量高、成分复杂，因此本工程旨在研究能够在企业内部进行现场处理的小型处理系统,处理目标要求满足《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）三级标准即可。

2.3 处理工艺的选择

处理工艺的选择，首先必须满足出水水质的要求，同时还要降低处理费用。对染料废水的处理应该采用物化-生化联合处理的方法，首先针对染料废水中的难降解物质，通过物化法来提高污水的后续处理能力，然后通过后续生物处理将预处理后的产物彻底降解。

2.3.1 预处理工艺的选择

预处理采用物化法，能使一些难降解的大分子有机物发生开环、断链等反应转化为易降解的有机小分子，提高废水的可生化性，同时降解部分的COD，色度，嗅味，TN等。

经过多种预处理方法的比较与小试，本工程最终确定采用铁碳微电解+石灰混凝+氨氮吹脱为预处理工艺。

2.3.2 生化工艺的选择

水解酸化工艺可以将废水中的非溶解性有机物转变为溶解性有机物，将难生物降解的有机物转变为易生物降解的有机物，提高废水的可生化性，因此常作为难降解废水的预生物处理工艺配合后续好氧生物处理工艺的运行。

本工程选择了水解酸化+好氧活性污泥的主体生化工艺，同时在之后再加一级MBBR（一体式流化床生物膜反应器）处理，使整个工艺的处理效果得到进一步的强化。

3 生化工艺处理研究

经过微电解+石灰混凝+氨氮吹脱预处理工艺后，废水的可生化性由原来的0.13提高到0.32，氨氮去除率达到98%左右，达到了预处理的目的。

预处理后废水的盐度变化不大，过高的盐度会对微生物的生长起抑制作用，影响微生物的正常新陈代谢和微生物的活性，严重干扰生化处理系统的运行。因此，本工程首先进行耐盐污泥驯化，然后将驯化好的污泥接种到各生化反应器中进行生化处理。

3.1 生化处理系统耐盐菌种的驯化

污泥驯化采用逐步增加盐度负荷的方法，以减轻盐分对污泥中微生物的冲击和毒害。

接种污泥取自污水处理厂二沉池的泥水混合液，颜色为棕黄色，向接种污泥内加入少量葡萄糖、尿素和磷酸二氢钾，闷曝24h。污泥接种后，先以经过稀释的低含盐量废水为进水，在驯化过程中以盐浓度作为调节指标，视系统对COD的去除率和污泥驯化情况逐步提高盐度负荷。经过驯化之后的耐盐菌种呈深黑色，污泥颗粒细小，污泥沉降性较差。

3.2 水解酸化工艺参数的确定

水解酸化工艺的影响因素众多，主要有废水的种类、HRT、PH、温度等。本文主要研究探讨HRT对废水处理效果的影响。

（1）试验设计。

（2）试验装置。物化预处理出水直接进入连续运行的一体式连续流生化处理装置。试验过程中，废水经泵一次提升后，采用重力自流的方式依次通过各个工艺的反应器。除MBBR工艺外，其余各生化工艺均配置独立的沉淀池，污泥可实现独立回流。此外，各级的污泥回流依靠气提方式进行。

（3）试验方法。控制温度为20℃左右，进水COD浓度为3900mg/L~4300mg/L，盐度为3.5万左右，研究不同HRT时系统对COD去除效果以及水解酸化效果的影响。

（4）结果与讨论。由试验结果可知，在HRT为30h时，COD去除率达到18%左右，这是由废水的水质特点所决定的，染料废水中含有大量结构复杂的大分子有机物和难降解有机物，若HRT过短，有机物不能得到彻底的降解，微生物可以利用的有机物数量少，COD得不到有效去除。随着HRT不断延长，大分子有机物或难降解有机物被不断地降解为小分子有机物，微生物利用这些小分子有机物进行自身合成，从而使有机物得到去除，COD去除率得到提高。继续延长HRT，COD去除率未能进一步得到提高，分析其原因可能是由于HRT过长，微生物自身分解合成达到平衡所致。

由试验结果可知，当HRT为30h时，进出水VFA质量浓度差达到最大，当HRT继续增加时VFA质量浓度差转而变小，经分析认为是由于HRT过长，一部分VFA被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及新的细胞物质。

综合上述试验结果可知，当水解酸化工艺HRT为30h时，废水的COD去除效果较佳，废水可生化性提高明显。

3.3 好氧活性污泥工艺参数的确定

好氧活性污泥法是生物处理主要的方法，活性污泥在有氧的情况下通过吸附、氧化、还原、合成等过程，将有机物氧化成为简单无机物，从而达到废水处理的目的。本文主要研究探讨HRT对废水处理效果的影响。

3.3.1 试验设计

控制系统DO为1mg/~2mg/L，温度20℃左右，研究不同HRT时系统对COD的去除效果。

3.3.2 结果与讨论

由试验结果可知，HRT对好氧工艺COD去除效果影响较大。当HRT为10h时，系统对COD的去除效果较差，COD平均去除率在30%左右；随着HRT的延长，COD去除率不断上升，在HRT上升到20h时，COD平均去除率达到43%左右；继续延长HRT到25h，COD去除率虽然也继续上升，但上升幅度比较小，COD平均去除率在46%左右。在HRT较短的情况下，系统对COD的去除效果随进水水质的波动较大，随着HRT的不断延长，COD去除效果趋于稳定。结合上述分析，确定好氧工艺最佳HRT为25h。

综合上述试验结果可知，当好氧工艺HRT为25h时，工艺对废水的COD去除效果较佳，出水COD在2000mg/L左右，COD去除率达到46%左右。

3.4 MBBR工艺参数的确定

膜生物反应器是将生物处理作用和膜分离作用进行组合的反应处理系统。膜组件不但避免了微生物的流失，而且还延长了大分子难降解物质的停留时间，加强了系统对难降解物质的去除效果，使系统出水水质和运行稳定程度都得到了提高，并使微生物系统有更强的盐耐受力。本文主要研究探讨污泥浓度MLSS对废水处理效果的影响。

3.4.1 试验设计

（1）试验装置。在MBR反应器的好氧区投加轻质悬浮填料组成MBBR反应器。MBBR反应器由缺氧区、好氧区和膜组件区组成。废水首先进入缺氧区，缺氧区持续进行搅拌。废水在缺氧区停留一段时间后进入好氧区，好氧区悬浮填料填充率为50%，填料上附着有大量微生物，强化了好氧区的处理效果。好氧区出水进入膜组件区，膜组件区配置了3块PVDF材质膜组件，通过截留生物反应器内的大分子物质和污泥，有效地降低出水COD。

（2）试验方法。控制系统DO为2mg/L~3mg/L，HRT为20h，温度20℃左右，先使污泥浓度增长到12mg/L，随着试验的进程定期排泥，分别控制MLSS在12mg/L、10mg/L、8mg/L和6mg/L，考察系统对COD的去除效果。

3.4.2 结果与讨论

由试验结果可知，随着污泥浓度的不断降低，系统对COD的去除效果呈现先上升后下降的现象。这是因为当系统的污泥浓度过高时，会使微生物的内源呼吸加剧，导致不可生物降解物质的积累和衰老细胞的溶解及其胞质的释放，这些代谢副产物及残存的细胞碎片使得污泥的活性下降，导致系统COD去除效果的下降。当系统污泥浓度由12g/L下降为8g/L时，COD去除率由40.14%上升到42.69%，继续降低污泥浓度到6g/L，COD去除率略有下降，这是因为系统污泥浓度偏低时，生物量降低。虽然较高的污泥浓度能使COD去除率的小幅上升，但是同样也会使膜污染加剧、膜透水率降低。因此，确定本实验最佳污泥浓度为7g/L~8g/L。

综合上述试验结果可知，当MBBR工艺HRT为20h、DO在2mg/L~3mg/L、污泥浓度MLSS在7g~8g左右时，工艺对废水的COD去除效果较佳，出水COD在1100mg/L左右，COD去除率达到42%左右。

4 结论

（1）废水生化处理试验表明，当水解酸化HRT为30h，好氧工艺HRT为25h，MBBR工艺污泥浓度控制在7g~8g左右时，生化处理对高盐染料废水的去除效果较佳。

（2）虽然经过生化处理后的高盐染料废水还需要增加一级深度处理方可达标排放，但相较于直接采用物化处理，生化处理工艺更为经济。因此，本工程选择生化处理工艺是可行的。