摘要：印染廢水生化處理工藝，因其處理效果顯著、運(yùn)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(guān)鍵技術(shù)——生物載體（俗稱填料）更受到廣大專家、用戶的關(guān)注。本研究根據(jù)“蕭山錢塘污水處理有限公司”30萬噸/日實(shí)際工程——高濃度印染、化工廢水厭氧水解工藝中所應(yīng)用的“TB/TA、TB/TH自由擺動填料”，通過小試、中試實(shí)驗(yàn)對多種填料進(jìn)行效能優(yōu)化研究。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果對填料的選型及實(shí)際工程，特別是在成分復(fù)雜多變的印染、化工廢水處理工程中的應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)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(jī)污染物濃度高、色度深、堿性大、水質(zhì)變化大、成分復(fù)雜等特點(diǎn)，屬較難處理的工業(yè)廢水之一。印染廢水在進(jìn)入?yún)捬跛獬厍坝捎谌玖?、助染劑、著色劑和pH控制各種化學(xué)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(jīng)過厭氧水解處理后，高分子有機(jī)物可以分解成為可降解的小分子物質(zhì)，有機(jī)物降解會產(chǎn)生部分有機(jī)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(shí)也起到調(diào)節(jié)水質(zhì)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(shí)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(yīng)中已得到廣泛應(yīng)用。生物填料的物理化學(xué)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(guān)于這方面較系統(tǒng)的研究報(bào)道較少；本實(shí)驗(yàn)主要以高濃度印染、化工廢水厭氧水解工藝中所應(yīng)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(jìn)行研究，其成果可應(yīng)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(shè)計(jì)參數(shù)，為今后在印染廢水處理工程中，指導(dǎo)填料的選型及實(shí)際工程的應(yīng)用具有深遠(yuǎn)的意義[6-16]。

本實(shí)驗(yàn)研究源于蕭山東片大型污水處理廠。其工程設(shè)計(jì)規(guī)模為100萬噸/日，一期工程為30萬噸/日，預(yù)計(jì)2006年建成投入運(yùn)轉(zhuǎn)。進(jìn)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(zhì)的不確定性因素較多，其設(shè)計(jì)進(jìn)廠污水水質(zhì)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(xiàng)目由北京國環(huán)清華環(huán)境工程設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)，在對印染廢水中試基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)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(jīng)上述污水處理后，以達(dá)到《工業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)二級標(biāo)準(zhǔn)》：
  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(shí)驗(yàn)條件

為了對填料進(jìn)行生產(chǎn)性規(guī)模的考察，本中試實(shí)驗(yàn)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(jìn)行比較，使試驗(yàn)更具有代表性；試驗(yàn)裝置直接放在蕭山東片污水處理廠內(nèi)，試驗(yàn)廢水直接從該廠調(diào)節(jié)池內(nèi)用潛水泵打入試驗(yàn)池中。

1.1  中試裝置和試驗(yàn)材料參數(shù)

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(jìn)行三種填料的比較試驗(yàn)。

中試裝置的3個池子內(nèi)分別安裝TA-Ⅱ、TA-Ⅱ+高分子、TH填料，以進(jìn)行對比試驗(yàn)。

中試裝置結(jié)構(gòu)及試驗(yàn)材料參數(shù)分別見圖1和表1：

1.2  填料排列方式

試驗(yàn)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(jì)填料為2772片，填料體積為2.8×1.6×2.0（m）=8.96m3。

1.3  池內(nèi)水質(zhì)狀態(tài)

同樣為了保證池內(nèi)水質(zhì)和污泥的均勻性，在池內(nèi)底部安裝一臺潛水泵，從池的出口端抽吸到進(jìn)口端處，用時(shí)控開關(guān)自動控制泵回流量為28 m3/h，泵開啟時(shí)，在池內(nèi)廢水平均流動速度=流量/截面積=12m/h。

1.4  進(jìn)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(jìn)口泵流量為6 m3/h，用流量計(jì)控制分配進(jìn)入三個池中，每個池又有流量計(jì)控制入池水量為2 m3/h。

1.5  試驗(yàn)類型

試驗(yàn)為三種類型：

（1）閉路系統(tǒng)池內(nèi)廢水呈封閉體系，主要是為了進(jìn)行穩(wěn)定的掛膜，但封閉試驗(yàn)時(shí)，池內(nèi)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(shí)控開關(guān)控制，以保持池內(nèi)水質(zhì)和污泥的均勻。

（2）流動系統(tǒng)（內(nèi)循環(huán)）：池按流動狀態(tài)進(jìn)行試驗(yàn)，模擬設(shè)計(jì)運(yùn)行流速，按流量2 m3/h進(jìn)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(shè)計(jì)流速12 m/h。

（3）流動系統(tǒng)（無循環(huán)）：試驗(yàn)裝置與（2）相同，但池內(nèi)潛水泵停開，進(jìn)出口流量保持在2 m3/h，此時(shí)無循環(huán)流量和混合干擾，模擬生產(chǎn)水質(zhì)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(shí)池內(nèi)流速達(dá)不到工程設(shè)計(jì)流速12 m/h）。

1.6  池內(nèi)水溫和污泥量

池內(nèi)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(nèi)水溫大致在20℃左右，同時(shí)試驗(yàn)氣候?yàn)?0～12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(nèi)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(shí)驗(yàn)結(jié)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(shí)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(nèi)循環(huán)），從05年11月16日至12月4日，歷時(shí)18天，流動狀態(tài)下廢水在池內(nèi)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(bǔ)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(shí)4d，開始時(shí)補(bǔ)充20kg厭氧污泥。

中試試驗(yàn)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(dá)到穩(wěn)定掛膜量的時(shí)間基本一致，15～20℃時(shí)為40天左右，但穩(wěn)定時(shí)掛膜量不同，TA-Ⅱ?yàn)門H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(dá)TH的80%。達(dá)到同樣掛膜量的時(shí)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(xì)，單片填料計(jì)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(dāng)減小TA-Ⅱ的絲徑，由現(xiàn)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(yù)計(jì)可達(dá)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(shí)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(dá)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(jié)果分析：

（1）流動系統(tǒng)（內(nèi)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(rèn)為內(nèi)循環(huán)有利于厭氧水解的傳質(zhì)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(jìn)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(yàn)。

（3）本工程在厭氧水解前還需經(jīng)生物吸附與沉淀，工藝試驗(yàn)表明經(jīng)過生物吸附沉淀后進(jìn)水pH＜10，不會出現(xiàn)象中試進(jìn)水pH＞10的情況，所以填料涂層深層溶出現(xiàn)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(jīng)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(xiàn)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(shù)據(jù)，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(jī)物主要為水解過程，即厭氧菌將復(fù)雜大分子有機(jī)物水解為有機(jī)酸、醇和H2/CO2等產(chǎn)物，把大分子有機(jī)物水解為小分子易降解的有機(jī)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(nèi)，蕭山東片污水處理廠在厭氧水解工段進(jìn)水pH值大多在8.5～9.5范圍內(nèi)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(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分別計(jì)算pH在接近9.5和10.5時(shí)各種填料對CODcr去除率（平均值）的影響見表5。

當(dāng)pH值在10～10.5時(shí)將不利于厭氧水解反應(yīng)，抑制了有機(jī)酸的生成，CODcr去除率平均都下降了3個百分點(diǎn)，跟表10的趨勢相一致，這是值得注意的。

當(dāng)pH值控制在9.5以下，才能使厭氧水解過程正常進(jìn)行，如果pH＞10，那么對整個過程的影響將明顯不利。

3  實(shí)驗(yàn)小結(jié)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(yīng)用的建議

（1）從掛膜量來看，達(dá)到穩(wěn)定期的掛膜量TA僅為TH的60%，而TA-Ⅱ+高分子可達(dá)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(dá)到TH的相同掛膜量。

（2）從掛膜速度來看，達(dá)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(dá)到與TH相同的掛膜速度。

以上的兩點(diǎn)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(yàn)采用的是自然掛膜，所以掛膜較慢，而在實(shí)際工程應(yīng)用中，我們采用培菌掛膜，有效地控制適宜細(xì)菌生長的pH值、溫度、營養(yǎng)比等，縮短掛膜時(shí)間，達(dá)到工程要求一個月之內(nèi)完成掛膜的目標(biāo)是有可能的。然而用TH則已有其它工程實(shí)踐表明不理想。用0.35mm絲徑的TA-Ⅱ+高分子可以達(dá)到TH的近期效果，并可望達(dá)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(shí)，是在填料組合之前的單片狀態(tài)或在拉絲時(shí)同時(shí)完成，使涂層有條件充分交聯(lián)。此外，本工程實(shí)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(yàn)表明這可使污水進(jìn)入?yún)捬跆盍蠒r(shí)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(dá)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(zhì)盡早處理達(dá)標(biāo)。

以上推測還有待于下階段生產(chǎn)性試驗(yàn)中驗(yàn)證。

（4）生產(chǎn)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(shè)4個流道，共16個流道，每個廊道內(nèi)停留時(shí)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(chǎn)能力）

3.2  廢水進(jìn)水pH值對厭氧水解有較大的影響

當(dāng)pH值在10以上會導(dǎo)致出水CODcr去除率的下降，當(dāng)進(jìn)水pH＜9.5時(shí)，厭氧水解能夠正常運(yùn)行。

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