A2/O+MBBR 集成工藝處理印染廢水

邢文文

（山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院，山東淄博 256414）

我國是紡織印染大國，印染助劑是紡織工業(yè)不可缺少的原料［1］。近年來，隨著紡織印染行業(yè)科技的進步及不斷創(chuàng)新，染料和助劑的使用量大大增加，導(dǎo)致印染廢水水質(zhì)呈現(xiàn)多元化、復(fù)雜化的趨勢［2］。排放的印染廢水中含有大量的漿料、染料、助劑以及表面活性劑等，廢水的COD、堿性和色度都較高，且可生化性低，有的印染廢水還出現(xiàn)高氨氮的污染特征，加大了印染廢水處理難度［3-4］。

目前紡織印染廢水的處理技術(shù)主要有物化法、生化法、生物膜法［5］。其中物化法［6］主要有混凝沉淀法、膜分離法；生化法主要有A2/O 法、UASB 法、SBR法；生物膜法主要有曝氣生物濾池、反硝化濾池等。混凝沉淀法添加藥劑量多、成本高，還會引入其他雜質(zhì)；膜分離法中的MBR 法能耐受較高濃度的廢水，且COD 去除率高；生化法中的UASB 法與SBR 法停留時間較長，池子占地面積較大，土建費用與投資成本高；而曝氣生物濾池掛膜困難，微生物培養(yǎng)周期長，不易存活［7-9］。目前微生物法與化學(xué)法相比具有較低的成本，已廣泛用于處理城市廢水，以綜合去除碳、氮和磷。在微生物法中，最常用的是A2/O 工藝，是一種結(jié)合了厭氧、缺氧和有氧區(qū)的活性污泥系統(tǒng)，是典型的單污泥懸浮生長工藝，具有結(jié)構(gòu)簡單、水力停留時間短、工藝控制相對容易的優(yōu)點［10］。移動床生物膜反應(yīng)（MBBR）技術(shù)是向反應(yīng)器中投加一定量的懸浮載體，可提高反應(yīng)器中的生物量及生物種類，從而提高反應(yīng)器的處理效率［10-11］；同時MBBR 技術(shù)利用懸浮載體在水中的碰撞和剪切作用使空氣氣泡更加細(xì)小，增加了氧氣的利用率，且反應(yīng)器中厭氧、缺氧、好氧環(huán)境并存，硝化與反硝化反應(yīng)并存，提高了印染廢水處理效果［12］。

本研究以國內(nèi)某紡織印染污水處理站的廢水為研究對象，現(xiàn)場對印染廢水取樣并檢測水質(zhì)，集成MBBR 技術(shù)與A2/O 進行中試，優(yōu)化該集成技術(shù)工藝參數(shù)，分析中試運行效果。

1 實驗

1.1 廢水水質(zhì)

從南方某紡織印染污水處理站的配水井中定期抽出印染廢水，主要污染物指標(biāo)如表1所示。

表1 進水水質(zhì)指標(biāo)

1.2 A2/O+MBBR 工藝流程

本中試項目采用A2/O+MBBR 集成技術(shù)處理印染廢水，具體流程如下：

1.3 A2/O+MBBR 工藝運行參數(shù)

搭建中試規(guī)模的A2/O 工藝裝置，并將5 種不同的聚丙烯懸浮填料（作為微生物生長的載體）依次添加到需氧罐中。取印染污水處理站的活性污泥接種充滿載體的好氧罐。在穩(wěn)定運行期間，主要工藝參數(shù)為：進水量20～60 L/h，溶解氧（DO）質(zhì)量濃度1.5～4.5 mg/L，硝化液回流比250%～350%，污泥回流比50%～90%，好氧池中污泥質(zhì)量濃度（MLSS）2.0～3.5 g/L，連續(xù)穩(wěn)定運行200 天。A2/O+MBBR 系統(tǒng)的工藝裝置主要有厭氧和缺氧反應(yīng)器（配攪拌器），以懸浮混合的液體懸浮固體。該系統(tǒng)配備了內(nèi)部循環(huán)（IR），用于連接好氧池和缺氧池、沉淀池和厭氧池之間的污泥回流（SR）。在帶有氣泡空氣擴散器的需氧罐底部引入曝氣，所需空氣由標(biāo)稱容量為180 L/min 的側(cè)通道空氣壓縮機提供。厭氧池、缺氧池和好氧池的有效容積分別為200、300、600 L。所用5 種載體的參數(shù)如表2所示。

表2 填料載體的基本物理參數(shù)

1.4 測試

收集所有樣品進行3 次重復(fù)分析，并根據(jù)美國APHA《水和廢水檢驗標(biāo)準(zhǔn)方法》分析化學(xué)需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）、總氮（TN）、總磷（TP），DO、氧化還原電位（ORP）和pH 分別由DO 計（HI96400）、FJA-4 ORP 計和PHS-10 pH 計測定。

SEM：用50 mL 無菌離心管收集附有載體的生物膜樣品，在2.5%戊二醛溶液中浸泡2 h，然后用磷酸鹽緩沖溶液（pH=7.2）漂洗3 次，每次15 min。分別使用30%、50%、70%、85%、95%的乙醇各脫水一次，持續(xù)15 min，使用100%的乙醇脫水兩次，持續(xù)20 min，并且用乙酸異戊酯交換兩次，每次20 min。用消毒剪刀將樣品剪成小方塊，并用Free Zone 6Liter（美國Labconco 公司）冷凍干燥。將干燥的樣品真空鍍金后固定在樣品臺上，用LEO440 掃描電子顯微鏡（英國Leica Cambridge 公司）觀察。

2 結(jié)果與討論

2.1 廢水處理運行效果

2.1.1 COD 去除效果

由圖1 可看出，進水COD 水質(zhì)波動較大，維持在200～500 mg/L，對應(yīng)的出水COD 維持在40～100 mg/L。在長達200 天的中試運行過程中，運行初期污泥處于馴化階段，活性污泥中的輪蟲、鐘蟲（好氧原生動物）較少，而且都處于休眠狀態(tài)，慢慢提高進水流量后，COD 去除率在70%～90%，運行比較穩(wěn)定。

圖1 COD 運行效果圖

2.1.2 NH3-N 去除效果

由圖2 可知，進水氨氮在30～45 mg/L，運行初期，污泥處于馴化階段，活性污泥中的硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌處于休眠狀態(tài)，慢慢提高進水流量后，氨氮去除效果較好，出水氨氮基本維持在5～15 mg/L。因為運行后期補充了微生物所需的營養(yǎng)物質(zhì)，所以微生物處于活躍狀態(tài)，硝化作用強，同時反硝化菌也處于活躍狀態(tài)，能將硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮氣。

圖2 NH3-N 運行效果圖

2.1.3 總磷去除效果

由圖3 可知，進水總磷基本維持在3～7 mg/L，運行初期聚磷菌活性不高［10］；運行一段時間后聚磷菌處于活躍狀態(tài)，可以釋放好氧池中的磷，同時磷以剩余污泥的形式排出，出水總磷在0.5～2.7 mg/L。

圖3 總磷去除效果運行圖

2.1.4 總氮去除效果

由圖4 可知，進水總氮維持在30～60 mg/L，水質(zhì)波動較大，出水總氮基本維持在5～33 mg/L，去除率為50%～70%。因為能被去除的是硝態(tài)氮，以其他形式存在的氮暫時無法用生化法去除，故去除率不穩(wěn)定。

圖4 總氮去除效果運行圖

2.2 生物膜SEM

由圖5 可知，不同填料上的生物膜厚度及均勻性有較大差異。其中CA、CB、HN04 填料的生物膜較厚而且致密，以球狀、短棒狀和桿狀微生物為主并有少量絲狀菌，絲狀菌纏繞在球菌和桿菌之間，使微生物牢固地附著在填料上。可能原因有：（1）加磁改性后的CA、CB 填料具有較好的親水性和生物親和性，有利于微生物附著生長；（2）HN04 填料結(jié)構(gòu)尺寸更合理，有利于廢水中有機底物的傳遞和交換，微生物有充足的養(yǎng)料大量繁殖；HNA 填料的生物膜以球菌為主，在填料表面形成的膜厚度很薄且不連續(xù)，圖中能看到填料本身。

圖5 掛膜前后CA、CB、HN04、HN10、HNA 的SEM 對比

3 結(jié)論

（1）在系統(tǒng)啟動和掛膜期間，出水COD、NH3-N質(zhì)量濃度逐漸降低，去除效果不斷提高。COD 平均去除率83.0%、出水質(zhì)量濃度38.6～98.0 mg/L，NH3-N 平均去除率70.9%、出水質(zhì)量濃度8.82～26.00 mg/L。連續(xù)取樣5 次掛膜啟動成功后，TN 平均去除率52.4%、出水質(zhì)量濃度16.5～33.0 mg/L，TP 平均去除率59.2%、出水質(zhì)量濃度1.03～2.69 mg/L。A2/O+MBBR 工藝對COD、NH3-N 具有良好的處理效果，同時能較好地去除TN、TP。

（2）CA、CB、HN04 填料的生物膜較厚而且致密，微生物牢固地附著在填料上，適合微生物的培養(yǎng)以及掛膜。

（3）結(jié)合進水污染物濃度波動較大的實際情況，改良后的A2/O+MBBR 集成工藝具有較高的抗沖擊能力，能較好地去除水中污染物，運行負(fù)荷高。