摘要：印染廢水生化處理工藝，因其處理效果顯著、運行穩(wěn)定、操作方便而被大家所廣泛接受，尤其是以先水解酸化再接觸氧化為主的處理工藝，采用得更為廣泛。該工藝中的關鍵技術——生物載體（俗稱填料）更受到廣大專家、用戶的關注。本研究根據“蕭山錢塘污水處理有限公司”30萬噸/日實際工程——高濃度印染、化工廢水厭氧水解工藝中所應用的“TB/TA、TB/TH自由擺動填料”，通過小試、中試實驗對多種填料進行效能優(yōu)化研究。該實驗結果對填料的選型及實際工程，特別是在成分復雜多變的印染、化工廢水處理工程中的應用具有重要的指導意義。
關鍵詞：印染廢水； 厭氧水解； 填料； 效能優(yōu)化
前 言
印染廢水具有水量大、有機污染物濃度高、色度深、堿性大、水質變化大、成分復雜等特點，屬較難處理的工業(yè)廢水之一。印染廢水在進入厭氧水解池前由于染料、助染劑、著色劑和pH控制各種化學物品的使用等，廢水中含有大量難降解的高分子化合物，可生化性差，用常規(guī)的好氧生物處理較難去除。但經過厭氧水解處理后，高分子有機物可以分解成為可降解的小分子物質，有機物降解會產生部分有機酸，可以中和廢水中的堿性物，降低pH值。其主要作用是通過厭氧水解提高B/C比，即提高可生化性，為后階段好氧生化處理提供可靠的保障，同時也起到調節(jié)水質的作用[1-5]。
生物填料又叫生物膜的載體，簡單地說就是在生化處理中給微生物提供一個棲息和生長的場所，同時它也是固定微生物的載體。其發(fā)展過程從固定式至移動式，從硬性、軟性、半軟性至彈性，品種繁多，各有千秋；目前，以PP、PE等聚合物為原材料的彈性立體填料在厭氧水解反應中已得到廣泛應用。生物填料的物理化學性能對印染廢水厭氧水解處理的效率、效能、穩(wěn)定性以及可靠性均有直接影響，而目前關于這方面較系統(tǒng)的研究報道較少；本實驗主要以高濃度印染、化工廢水厭氧水解工藝中所應用的“TB/TA、TB/TH自由擺動填料”為例，從填料的掛膜量、掛膜速度以及對印染廢水B/C比值的提高和CODcr的去除效果等方面進行研究，其成果可應用于同類印染、化工廢水處理場合，也可定性地作為生物膜水處理工藝的設計參數，為今后在印染廢水處理工程中，指導填料的選型及實際工程的應用具有深遠的意義[6-16]。
本實驗研究源于蕭山東片大型污水處理廠。其工程設計規(guī)模為100萬噸/日，一期工程為30萬噸/日，預計2006年建成投入運轉。進廠污水主要來自東部的印染和化工企業(yè)的工業(yè)排放污水，水質的不確定性因素較多，其設計進廠污水水質為CODcr≤1500mg/L、NH3－N≤20 mg/L、SS≤300 mg/L、BOD5≤300 mg/L、TP≤3 mg/L、pH=6～11。該項目由北京國環(huán)清華環(huán)境工程設計研究院設計，在對印染廢水中試基礎上，設計采用“生物吸附—厭氧水解—好氧處理—高效澄清池”的處理工藝。經上述污水處理后，以達到《工業(yè)廢水排放標準二級標準》：
CODcr≤150mg/L BOD≤30 mg/L
SS≤30 mg/LNH3－N≤20 mg/L
TP≤1.0 mg/L 色度≤80TOC≤30
1 中試實驗條件
為了對填料進行生產性規(guī)模的考察，本中試實驗對TA-Ⅱ和TA-Ⅱ+高分子及TH三種填料在掛膜速度、B/C比和COD去除效果等多方面進行比較，使試驗更具有代表性；試驗裝置直接放在蕭山東片污水處理廠內，試驗廢水直接從該廠調節(jié)池內用潛水泵打入試驗池中。
1.1 中試裝置和試驗材料參數
中試裝置采用鋼板容器，長×寬×高=3.20×2.00×3.00（m），每池凈容積為16m3，共有3個池，進行三種填料的比較試驗。
中試裝置的3個池子內分別安裝TA-Ⅱ、TA-Ⅱ+高分子、TH填料，以進行對比試驗。
中試裝置結構及試驗材料參數分別見圖1和表1：
1.2 填料排列方式
試驗填料采用并列式排列，規(guī)格為φ200，每個池中尼龍繩串起填料長2m，每排14根，共8排，132根，每根21片，總計填料為2772片，填料體積為2.8×1.6×2.0（m）=8.96m3。
1.3 池內水質狀態(tài)
同樣為了保證池內水質和污泥的均勻性，在池內底部安裝一臺潛水泵，從池的出口端抽吸到進口端處，用時控開關自動控制泵回流量為28 m3/h，泵開啟時，在池內廢水平均流動速度=流量/截面積=12m/h。
1.4 進水水量控制
中試廢水直接來自蕭山東片污水處理廠，廢水進口泵流量為6 m3/h，用流量計控制分配進入三個池中，每個池又有流量計控制入池水量為2 m3/h。
1.5 試驗類型
試驗為三種類型：
（1）閉路系統(tǒng)池內廢水呈封閉體系，主要是為了進行穩(wěn)定的掛膜，但封閉試驗時，池內潛水泵照樣按規(guī)定啟動，泵停2h，啟動1h，每天24h中啟動8h，由時控開關控制，以保持池內水質和污泥的均勻。
（2）流動系統(tǒng)（內循環(huán)）：池按流動狀態(tài)進行試驗，模擬設計運行流速，按流量2 m3/h進出水，使廢水在池中停留8h，但流動過程中用循環(huán)泵來保持廢水的設計流速12 m/h。
（3）流動系統(tǒng)（無循環(huán)）：試驗裝置與（2）相同，但池內潛水泵停開，進出口流量保持在2 m3/h，此時無循環(huán)流量和混合干擾，模擬生產水質混合狀況，以考察在正常停留8h后，自然流動對填料處理效果的影響（此時池內流速達不到工程設計流速12 m/h）。
1.6 池內水溫和污泥量
池內處理的印染廢水為周邊印染廠家直排，一般水溫＞50℃，故到池內水溫大致在20℃左右，同時試驗氣候為10～12月份，氣溫在平均15℃左右，每池投加來自蕭山東片污水處理廠厭氧工段污泥約80kg，保持池內Pv（污泥沉降比）≈0.5，考慮流動系統(tǒng)污泥的流失，每周每池添加回流污泥20kg，以保持穩(wěn)定的Pv值。
2 中試實驗結果和討論
2.1 各種填料的掛膜增量和掛膜速度
中試分三個階段（從05年10月22日至05年12月8日歷時47d）：
第一階段為閉路系統(tǒng)，從05年10月22日開始至05年11月16日，為期25d，每一個周期全換一次廢水，并投加厭氧污泥80kg。
第二階段為流動系統(tǒng)（內循環(huán)），從05年11月16日至12月4日，歷時18天，流動狀態(tài)下廢水在池內停留8h，除開始投加80公斤厭氧污泥外，每隔7d添加污泥20kg作回流污泥，補充污泥流失。
第三階段為流動系統(tǒng)（無循環(huán)），從05年12月4日至12月8日，歷時4d，開始時補充20kg厭氧污泥。
中試試驗各種填料的掛膜增量和掛膜增量速度見表2和圖2、圖3。
各種填料掛膜示意圖：
中試過程三種填料達到穩(wěn)定掛膜量的時間基本一致，15～20℃時為40天左右，但穩(wěn)定時掛膜量不同，TA-Ⅱ為TH的59%，TA-Ⅱ+高分子為TH的76%。在掛膜前期（10～30天），TA-Ⅱ僅為TH的25-30%，TA-Ⅱ+高分子可達TH的80%。達到同樣掛膜量的時間TA-Ⅱ比TH延遲了25天，而TA-Ⅱ+高分子比TH延遲為11天。
雖然TH的掛膜量與掛膜速度均大于TA-Ⅱ和TA-Ⅱ+高分子，但由于TH的單絲細，單片填料計算的比表面積比TA大100倍，折算到單位面積的掛膜量則TH要比TA-Ⅱ小得多，所以適當減小TA-Ⅱ的絲徑，由現在的0.5mm減為0.35mm，則在耗材重量不變的情況下，再加上高分子浸涂后預計可達到TH的前期效果，而TA-Ⅱ和TA-Ⅱ+高分子在后期卻有望優(yōu)于TH，同時工作壽命仍保持原來的優(yōu)勢。
2.2 B/C比提高的比較
在到達穩(wěn)定掛膜重量和厭氧水解后，廢水中B/C比的變化見表3。
結果分析：
（1）流動系統(tǒng)（內循環(huán)）厭氧水解后，B/C增幅要比流動系統(tǒng)（無循環(huán)）大，可以認為內循環(huán)有利于厭氧水解的傳質過程和污泥的均勻，有利于填料與廢水的充分接觸。
（2）從TH填料看，在廢水處理進行的初期（47d后），其TH填料的優(yōu)勢還是比較明顯的，但是長期處理效果，與TA的比較，還有待于繼續(xù)試驗。
（3）本工程在厭氧水解前還需經生物吸附與沉淀，工藝試驗表明經過生物吸附沉淀后進水pH＜10，不會出現象中試進水pH＞10的情況，所以填料涂層深層溶出現象可以緩解，這樣TA-Ⅱ+高分子填料處理中B/C比會有較大幅度的提高。但中試表明，經過厭氧水解處理后，所有填料效能優(yōu)化后，其B/C比均沒出現大于0.40的情況。
2.3 CODcr去除效果的比較
流動系統(tǒng)中試厭氧水解池的CODcr去除效果見表4。
表4中上述三組數據，均表明在掛膜穩(wěn)定期，中試厭氧水解中，pH值下降，酸性程度增加，CODcr有一定下降。
在本廠厭氧水解工段，厭氧菌降解廢水中的有機物主要為水解過程，即厭氧菌將復雜大分子有機物水解為有機酸、醇和H2/CO2等產物，把大分子有機物水解為小分子易降解的有機物。此階段除了厭氧菌生長狀況（掛膜量）和水溫有明顯的影響，pH值對厭氧水解過程的影響也是不容忽視的。
厭氧水解的合理的pH值通常在7.5～9.5范圍內，蕭山東片污水處理廠在厭氧水解工段進水pH值大多在8.5～9.5范圍內波動，但也有pH超過10到10.5的情況。我們對12月2日到5日的7組中試數據進行分析，分別計算pH在接近9.5和10.5時各種填料對CODcr去除率（平均值）的影響見表5。
當pH值在10～10.5時將不利于厭氧水解反應，抑制了有機酸的生成，CODcr去除率平均都下降了3個百分點，跟表10的趨勢相一致，這是值得注意的。
當pH值控制在9.5以下，才能使厭氧水解過程正常進行，如果pH＞10，那么對整個過程的影響將明顯不利。
3 實驗小結和工程建議
3.1 對于在蕭山東片大型污水處理廠工程中應用的建議
（1）從掛膜量來看，達到穩(wěn)定期的掛膜量TA僅為TH的60%，而TA-Ⅱ+高分子可達80%。如將TA-Ⅱ+高分子的絲徑由0.5mm改為0.35mm，在保持同樣用材的情況下，可望達到TH的相同掛膜量。
（2）從掛膜速度來看，達到與TA穩(wěn)定期（約40d）的同樣掛膜量TH只需25d，TA-Ⅱ+高分子為30d。而在開始掛膜的最初30天的速度TH為TA-Ⅱ的5倍，TA-Ⅱ+高分子為TA-Ⅱ的4倍。如將TA-Ⅱ+高分子的填料絲徑減小為0.35mm，同樣可望達到與TH相同的掛膜速度。
以上的兩點分析，從表面上看單用TA填料不那么理想，但由于中試掛膜試驗采用的是自然掛膜，所以掛膜較慢，而在實際工程應用中，我們采用培菌掛膜，有效地控制適宜細菌生長的pH值、溫度、營養(yǎng)比等，縮短掛膜時間，達到工程要求一個月之內完成掛膜的目標是有可能的。然而用TH則已有其它工程實踐表明不理想。用0.35mm絲徑的TA-Ⅱ+高分子可以達到TH的近期效果，并可望達到比TA更直接的長期性能。
（3）從提高B/C的效果來看，建議使用涂覆料涂覆時，是在填料組合之前的單片狀態(tài)或在拉絲時同時完成，使涂層有條件充分交聯(lián)。此外，本工程實際工藝流程在厭氧水解前有生物吸附處理并投加FeSO4。已有的工藝試驗表明這可使污水進入厭氧填料時pH降為9.5以下，從而使高分子涂層的溶解釋放得到控制。
由于中試未作掛膜達穩(wěn)定期（40d）之前的初期B/C效果測試，但初期的TA-Ⅱ+高分子掛膜量為TA的2~3倍，其提高B/C的優(yōu)勢仍可能存在，會有利于總體水質盡早處理達標。
以上推測還有待于下階段生產性試驗中驗證。
（4）生產性填料布置的建議
蕭山東片大型污水處理廠處理水量為30t/d。厭氧水解池共分4個單元，即A、B、C、D4個池子，每個池子又設4個流道，共16個流道，每個廊道內停留時間為8h，處理水量約2t/d。
AB厭氧池：
1個流道為全TH填料
1個流道為全TA-Ⅱ（d=0.5mm）
1個流道為全TA-Ⅱ+高分子（d=0.5mm）
1個流道為全TA-Ⅱ（d=0.35mm）
1個流道為全TA-Ⅱ+高分子（d=0.35mm）
1個流道為1/2TH+1/2TA-Ⅱ（d=0.5mm）
1個流道為1/2TH+1/2TA-Ⅱ+高分子（d=0.5mm）
1個流道為1/2TH+1/2TA-Ⅱ+高分子（d=0.35mm）
CD厭氧池：
全部 1/2TH+1/2TA-Ⅱ （0.35優(yōu)先考慮按生產能力）
3.2 廢水進水pH值對厭氧水解有較大的影響
當pH值在10以上會導致出水CODcr去除率的下降，當進水pH＜9.5時，厭氧水解能夠正常運行。
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