曝氣生物濾池+芬頓氧化處理印染廢水工藝

李金遠(yuǎn)，彭向陽(yáng)

（1.雅生活智慧城市服務(wù)股份有限公司常州分公司，江蘇常州 213022；2.常州大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院，江蘇常州 213164；3.北京建工金源環(huán)保發(fā)展股份有限公司，北京 100000）

印染行業(yè)的快速發(fā)展使印染廢水的排放量逐漸增多，成為主要污染源之一。隨著紡織印染行業(yè)的科技進(jìn)步與不斷創(chuàng)新，化學(xué)合成有機(jī)原料（染料、助劑及表面活性劑）的使用量大大增加，導(dǎo)致印染廢水的色度、堿性、COD 較高，呈現(xiàn)高COD、高色度、可生化性低的特點(diǎn)，加大廢水處理難度［1-2］。

印染廢水的主要處理方法：（1）生化法，該方法對(duì)溫度、pH、進(jìn)水水質(zhì)要求較高，不適用于水質(zhì)波動(dòng)大的染料廢水；（2）吸附法，利用活性炭或硅藻土等吸附劑吸附染料廢水中的有機(jī)染料，但易受廢水中高分子污染物、油脂、懸浮物等的影響，且吸附劑再生產(chǎn)生的廢水處理困難，吸附劑費(fèi)用昂貴，運(yùn)營(yíng)成本高；（3）物化法，氧氣、氯氣藥劑使用費(fèi)用高，處理量小［3］。本研究提出隔離循環(huán)曝氣生物濾池+芬頓氧化深度處理工藝。COD 測(cè)試采用GB 11914—89，氨氮測(cè)試采用納氏試劑比色法，SS 含量測(cè)試采用0.45 μm 過(guò)濾法。該方法可以將廢水COD質(zhì)量濃度從180 mg/L 降至50 mg/L，SS 去除率達(dá)50%，氨氮去除率達(dá)60%，出水氨氮質(zhì)量濃度2 mg/L，達(dá)到GB 4287—2012《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的排放要求［4-5］。

1 印染廢水處理工藝

1.1 工藝流程

原水為來(lái)自某污水處理廠經(jīng)過(guò)處理的臭氧池出水。由圖1 可知，臭氧池出水（原水）可以通過(guò)水泵進(jìn)入中間水箱，以去除廢水中的殘余臭氧；若臭氧池出水（殘余臭氧質(zhì)量濃度5.6 mg/L）直接進(jìn)入BAF 裝置會(huì)抑制微生物生長(zhǎng)，影響COD 去除效果。廢水在中間水箱停留1 h，殘余臭氧質(zhì)量濃度衰減為0 mg/L（衰減時(shí)間30 min），再通過(guò)供水泵進(jìn)入BAF 裝置，前期每天添加定量葡萄糖，培養(yǎng)微生物、細(xì)菌，起初連續(xù)悶曝5 天，每天24 h 曝氣，同時(shí)添加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，待填料表面（火山巖表面）有大量菌膠團(tuán)附著微生物膜后開(kāi)始低流量進(jìn)水，隔離曝氣循環(huán)生物濾池可以有效降低廢水的COD、氨氮、SS、色度；BAF 出水進(jìn)入產(chǎn)水箱，水箱中的廢水經(jīng)過(guò)蠕動(dòng)泵進(jìn)入芬頓反應(yīng)水池進(jìn)行芬頓氧化反應(yīng)，芬頓出水可直接回用或達(dá)標(biāo)排放。

圖1 中試工藝流程

1.2 BAF 處理工藝

傳統(tǒng)BAF 在運(yùn)行過(guò)程中濾床易板結(jié)、反沖洗耗水量大、反洗不徹底、容易堵塞等，影響其在工業(yè)廢水領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用［6-7］。針對(duì)傳統(tǒng)曝氣生物濾池存在的缺陷，本技術(shù)在濾池的導(dǎo)流裝置內(nèi)進(jìn)行曝氣，不僅能滿足濾池內(nèi)微生物對(duì)氧氣的需求，而且可以借助曝氣對(duì)水位的提升作用促使濾池內(nèi)混合液體循環(huán)流動(dòng)，為混合液體從導(dǎo)流裝置外部填料區(qū)域自上而下或自下而上提供動(dòng)力。與傳統(tǒng)曝氣生物濾池底部直接曝氣相比，該隔離曝氣循環(huán)生物濾池技術(shù)能有效避免直接曝氣對(duì)生物床層內(nèi)微生物的沖刷，相對(duì)溫和的水力條件更加有利于床層內(nèi)微生物膜的形成，也有利于世代時(shí)間較長(zhǎng)、對(duì)環(huán)境較為敏感菌落（如硝化菌、反硝化菌等）的繁殖。本實(shí)驗(yàn)采用市場(chǎng)上比較新穎的填料，墊層采用鵝卵石，吸附層采用火山巖，生物濾池中火山巖及鵝卵石的裝填高度從上往下如表1所示。

表1 BAF 中火山巖及鵝卵石的裝填高度表

1.3 芬頓氧化處理工藝

廢水經(jīng)過(guò)隔離曝氣循環(huán)生物濾池處理后，大部分氨氮與總氮被去除，但是廢水中COD 質(zhì)量濃度較高，仍然需要進(jìn)一步處理。采用芬頓氧化處理BAF 出水，溶液pH、Fe2+用量、H2O2用量、反應(yīng)時(shí)間等因素對(duì)芬頓反應(yīng)中羥基自由基的形成有重要影響，從而影響芬頓反應(yīng)體系的氧化效果。本文設(shè)計(jì)了H2O2用量（A）、FeSO4·7H2O 用量（B）、pH（C）、水溫（D）4 因素4水平正交實(shí)驗(yàn)，因素水平表如表2所示。

表2 因素水平表

2 分析與討論

2.1 BAF 中試實(shí)驗(yàn)

接種污泥約300 L（含水率不超過(guò)99%）。BAF 按有效容積的5%左右投加污泥，并用臭氧池出水注滿廢水，采用接種掛膜和自然掛膜相結(jié)合的方式對(duì)曝氣生物濾池進(jìn)行掛膜啟動(dòng)。掛膜啟動(dòng)分為3 個(gè)階段：（1）悶曝階段（5 d）；（2）低流量運(yùn)行階段，流速為0.5 m3/h，曝氣量為10 m3/h（4 d）；（3）流速為1.0 m3/h、曝氣量為10 m3/h（7 d）階段。在污泥接種期間，每天需向曝氣生物濾池內(nèi)投加定量的碳源、氮源，以保證池內(nèi)微生物正常的生長(zhǎng)環(huán)境與營(yíng)養(yǎng)供給；待進(jìn)出水COD、氨氮值穩(wěn)定后進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量，具體如圖2、圖3所示。

圖2 BAF 進(jìn)出水COD 運(yùn)行效果圖

圖3 BAF 進(jìn)出水氨氮運(yùn)行效果圖

由圖2 可以看出，BAF 進(jìn)水水質(zhì)中COD 波動(dòng)較大，質(zhì)量濃度維持在140～200 mg/L，出水COD 比較穩(wěn)定，質(zhì)量濃度維持在120 mg/L 左右；COD 平均去除率為35%，且進(jìn)水COD 值越大，COD 去除率越高；原水中B/C為0.05，可生化性差，在污泥培養(yǎng)階段每天定期添加1～2 kg 葡萄糖、500 g 磷酸鹽，以0.5 m3/h 低流量連續(xù)進(jìn)水曝氣7 d，期間保持水中溶解氧質(zhì)量濃度穩(wěn)定在2～4 mg/L，水溫25～35 ℃，之后鏡檢會(huì)發(fā)現(xiàn)大量菌膠團(tuán)及鐘蟲，鐘蟲處于活躍狀態(tài)，表明污泥培養(yǎng)良好；中流量（2.0 m3/h）進(jìn)水運(yùn)行，取消添加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)出水COD 較穩(wěn)定，質(zhì)量濃度降至120 mg/L。結(jié)果表明BAF 池內(nèi)的好氧微生物經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間培養(yǎng)后，對(duì)印染廢水中的染料中間體有一定的耐受性，再以中流量進(jìn)水，COD 去除效果明顯。

由圖3 可知，BAF 進(jìn)水水質(zhì)中氨氮波動(dòng)較大，質(zhì)量濃度維持在3.0～7.0 mg/L，出水氨氮質(zhì)量濃度為1.5～3.0 mg/L；進(jìn)水氨氮負(fù)荷最高可達(dá)0.05 kg/（m3·d），在此狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，氨氮去除率可達(dá)60%，為后續(xù)深度處理減輕負(fù)荷。

2.2 芬頓氧化正交實(shí)驗(yàn)

正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表見(jiàn)表3。

表3 正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表

由表3 可以看出，各因素對(duì)COD 去除效果的影響順序依次為H2O2用量、FeSO4·7H2O 用量、pH、水溫，在pH 為3.5、水溫為55 ℃、PAM 用量為1 mg/kg、H2O2用量為2 000 mg/kg、FeSO4·7H2O 用量為1 200 mg/kg 時(shí)，COD 去除效果最好（去除率為65%）。在4 個(gè)影響因子中，H2O2用量影響最大，這是因?yàn)镠2O2在亞鐵離子的催化作用下會(huì)釋放大量·OH，而·OH 是分解廢水中有機(jī)物的主要活性基團(tuán)［8］，使廢水中的有機(jī)物氧化分解，但H2O2用量過(guò)多會(huì)抑制亞鐵離子的催化效率，還會(huì)對(duì)COD 的分析檢測(cè)造成誤差，因此選擇合適的用量至關(guān)重要。

3 結(jié)論

（1）BAF 處理印染廢水優(yōu)化運(yùn)行工藝：水溫25～30 ℃，pH 6.5～8.0，進(jìn)水流速0.5 m3/h，每天需補(bǔ)充1 kg葡萄糖營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，氨氮容積負(fù)荷為0.05 kg/（m3·d），接種初期至少添加5%有效體積的活性污泥（污泥質(zhì)量濃度不小于10 g/L）。在此條件下，BAF 裝置可將COD質(zhì)量濃度從180 mg/L 降至120 mg/L（COD 去除率可達(dá)33.3%），氨氮質(zhì)量濃度從3.0～7.0 mg/L 降至1.5～3.0 mg/L［進(jìn)水氨氮負(fù)荷最高可達(dá)0.05 kg/（m3·d），氨氮去除率可達(dá)60%］。

（2）芬頓氧化反應(yīng)處理BAF 出水的優(yōu)化工藝：pH為3.5，水溫為55 ℃，PAM 用量為1 mg/kg，H2O2用量為2 000 mg/kg，F(xiàn)eSO4·7H2O 用量為1 200 mg/kg，此時(shí)COD 去除率可達(dá)65%。

（3）采用BAF+芬頓氧化組合工藝處理某污水處理廠的臭氧池出水后，出水可達(dá)GB 4287—2012《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A 排放要求。