馬正慧

上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院集團(tuán)第十市政設(shè)計(jì)院有限公司

1 前言

高鹽廢水是指總含鹽(如Na+、K+、CL-、S042-等)質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥l%的廢水。該類廢水除含有大量的無機(jī)鹽外，還含有有機(jī)物和質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥3.5%的總?cè)芙庑怨腆w物(TDS)[1]。鹽濃度過高就會(huì)對微生物的生長產(chǎn)生抑制作用。

染料廢水中含有多種具有生物毒性或“三致”性有機(jī)物以及“環(huán)境內(nèi)分泌干擾素”，會(huì)對活性污泥系統(tǒng)和水體中微生物的代謝過程產(chǎn)生抑制。

本文以青島某化工企業(yè)染料生產(chǎn)廢水的處理為背景展開研究。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對該廠染料廢水進(jìn)行處理研究，使出水滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）三級標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到業(yè)主的要求，為該廠染料廢水達(dá)標(biāo)排放提供經(jīng)濟(jì)可行的技術(shù)路線。

2 處理工藝的選擇

2.1 高鹽染料廢水水質(zhì)

本實(shí)驗(yàn)處理的廢水來自某精細(xì)化工企業(yè)，經(jīng)多次抽樣檢測得到廢水的水質(zhì)情況如表1。

表1 廢水水質(zhì)指標(biāo)

廢水的顏色為黑紫色，并有強(qiáng)烈的刺激性氣味，呈強(qiáng)酸性，鹽度高達(dá)75000mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出常規(guī)生物處理法所能耐受的鹽度值，COD最高達(dá)11700mg/L、氨氮高達(dá)4100mg/L，同時(shí)廢水中還有少量的SS。

2.2 處理排放標(biāo)準(zhǔn)

由于廢水的水量、水質(zhì)變化大、COD高、色澤深、含鹽量高、有機(jī)毒物含量高、成分復(fù)雜，因此本工程旨在研究能夠在企業(yè)內(nèi)部進(jìn)行現(xiàn)場處理的小型處理系統(tǒng),處理目標(biāo)要求滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）三級標(biāo)準(zhǔn)即可。

2.3 處理工藝的選擇

處理工藝的選擇，首先必須滿足出水水質(zhì)的要求，同時(shí)還要降低處理費(fèi)用。對染料廢水的處理應(yīng)該采用物化-生化聯(lián)合處理的方法，首先針對染料廢水中的難降解物質(zhì)，通過物化法來提高污水的后續(xù)處理能力，然后通過后續(xù)生物處理將預(yù)處理后的產(chǎn)物徹底降解。

2.3.1 預(yù)處理工藝的選擇

預(yù)處理采用物化法，能使一些難降解的大分子有機(jī)物發(fā)生開環(huán)、斷鏈等反應(yīng)轉(zhuǎn)化為易降解的有機(jī)小分子，提高廢水的可生化性，同時(shí)降解部分的COD，色度，嗅味，TN等。

經(jīng)過多種預(yù)處理方法的比較與小試，本工程最終確定采用鐵碳微電解+石灰混凝+氨氮吹脫為預(yù)處理工藝。

2.3.2 生化工藝的選擇

水解酸化工藝可以將廢水中的非溶解性有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙庑杂袡C(jī)物，將難生物降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)橐咨锝到獾挠袡C(jī)物，提高廢水的可生化性，因此常作為難降解廢水的預(yù)生物處理工藝配合后續(xù)好氧生物處理工藝的運(yùn)行。

本工程選擇了水解酸化+好氧活性污泥的主體生化工藝，同時(shí)在之后再加一級MBBR（一體式流化床生物膜反應(yīng)器）處理，使整個(gè)工藝的處理效果得到進(jìn)一步的強(qiáng)化。

3 生化工藝處理研究

經(jīng)過微電解+石灰混凝+氨氮吹脫預(yù)處理工藝后，廢水的可生化性由原來的0.13提高到0.32，氨氮去除率達(dá)到98%左右，達(dá)到了預(yù)處理的目的。

預(yù)處理后廢水的鹽度變化不大，過高的鹽度會(huì)對微生物的生長起抑制作用，影響微生物的正常新陳代謝和微生物的活性，嚴(yán)重干擾生化處理系統(tǒng)的運(yùn)行。因此，本工程首先進(jìn)行耐鹽污泥馴化，然后將馴化好的污泥接種到各生化反應(yīng)器中進(jìn)行生化處理。

3.1 生化處理系統(tǒng)耐鹽菌種的馴化

污泥馴化采用逐步增加鹽度負(fù)荷的方法，以減輕鹽分對污泥中微生物的沖擊和毒害。

接種污泥取自污水處理廠二沉池的泥水混合液，顏色為棕黃色，向接種污泥內(nèi)加入少量葡萄糖、尿素和磷酸二氫鉀，悶曝24h。污泥接種后，先以經(jīng)過稀釋的低含鹽量廢水為進(jìn)水，在馴化過程中以鹽濃度作為調(diào)節(jié)指標(biāo)，視系統(tǒng)對COD的去除率和污泥馴化情況逐步提高鹽度負(fù)荷。經(jīng)過馴化之后的耐鹽菌種呈深黑色，污泥顆粒細(xì)小，污泥沉降性較差。

3.2 水解酸化工藝參數(shù)的確定

水解酸化工藝的影響因素眾多，主要有廢水的種類、HRT、PH、溫度等。本文主要研究探討HRT對廢水處理效果的影響。

（1）試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

（2）試驗(yàn)裝置。物化預(yù)處理出水直接進(jìn)入連續(xù)運(yùn)行的一體式連續(xù)流生化處理裝置。試驗(yàn)過程中，廢水經(jīng)泵一次提升后，采用重力自流的方式依次通過各個(gè)工藝的反應(yīng)器。除MBBR工藝外，其余各生化工藝均配置獨(dú)立的沉淀池，污泥可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立回流。此外，各級的污泥回流依靠氣提方式進(jìn)行。

（3）試驗(yàn)方法?？刂茰囟葹?0℃左右，進(jìn)水COD濃度為3900mg/L~4300mg/L，鹽度為3.5萬左右，研究不同HRT時(shí)系統(tǒng)對COD去除效果以及水解酸化效果的影響。

（4）結(jié)果與討論。由試驗(yàn)結(jié)果可知，在HRT為30h時(shí)，COD去除率達(dá)到18%左右，這是由廢水的水質(zhì)特點(diǎn)所決定的，染料廢水中含有大量結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大分子有機(jī)物和難降解有機(jī)物，若HRT過短，有機(jī)物不能得到徹底的降解，微生物可以利用的有機(jī)物數(shù)量少，COD得不到有效去除。隨著HRT不斷延長，大分子有機(jī)物或難降解有機(jī)物被不斷地降解為小分子有機(jī)物，微生物利用這些小分子有機(jī)物進(jìn)行自身合成，從而使有機(jī)物得到去除，COD去除率得到提高。繼續(xù)延長HRT，COD去除率未能進(jìn)一步得到提高，分析其原因可能是由于HRT過長，微生物自身分解合成達(dá)到平衡所致。

由試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)HRT為30h時(shí)，進(jìn)出水VFA質(zhì)量濃度差達(dá)到最大，當(dāng)HRT繼續(xù)增加時(shí)VFA質(zhì)量濃度差轉(zhuǎn)而變小，經(jīng)分析認(rèn)為是由于HRT過長，一部分VFA被進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣、碳酸以及新的細(xì)胞物質(zhì)。

綜合上述試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)水解酸化工藝HRT為30h時(shí)，廢水的COD去除效果較佳，廢水可生化性提高明顯。

3.3 好氧活性污泥工藝參數(shù)的確定

好氧活性污泥法是生物處理主要的方法，活性污泥在有氧的情況下通過吸附、氧化、還原、合成等過程，將有機(jī)物氧化成為簡單無機(jī)物，從而達(dá)到廢水處理的目的。本文主要研究探討HRT對廢水處理效果的影響。

3.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)DO為1mg/~2mg/L，溫度20℃左右，研究不同HRT時(shí)系統(tǒng)對COD的去除效果。

3.3.2 結(jié)果與討論

由試驗(yàn)結(jié)果可知，HRT對好氧工藝COD去除效果影響較大。當(dāng)HRT為10h時(shí)，系統(tǒng)對COD的去除效果較差，COD平均去除率在30%左右；隨著HRT的延長，COD去除率不斷上升，在HRT上升到20h時(shí)，COD平均去除率達(dá)到43%左右；繼續(xù)延長HRT到25h，COD去除率雖然也繼續(xù)上升，但上升幅度比較小，COD平均去除率在46%左右。在HRT較短的情況下，系統(tǒng)對COD的去除效果隨進(jìn)水水質(zhì)的波動(dòng)較大，隨著HRT的不斷延長，COD去除效果趨于穩(wěn)定。結(jié)合上述分析，確定好氧工藝最佳HRT為25h。

綜合上述試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)好氧工藝HRT為25h時(shí)，工藝對廢水的COD去除效果較佳，出水COD在2000mg/L左右，COD去除率達(dá)到46%左右。

3.4 MBBR工藝參數(shù)的確定

膜生物反應(yīng)器是將生物處理作用和膜分離作用進(jìn)行組合的反應(yīng)處理系統(tǒng)。膜組件不但避免了微生物的流失，而且還延長了大分子難降解物質(zhì)的停留時(shí)間，加強(qiáng)了系統(tǒng)對難降解物質(zhì)的去除效果，使系統(tǒng)出水水質(zhì)和運(yùn)行穩(wěn)定程度都得到了提高，并使微生物系統(tǒng)有更強(qiáng)的鹽耐受力。本文主要研究探討污泥濃度MLSS對廢水處理效果的影響。

3.4.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

（1）試驗(yàn)裝置。在MBR反應(yīng)器的好氧區(qū)投加輕質(zhì)懸浮填料組成MBBR反應(yīng)器。MBBR反應(yīng)器由缺氧區(qū)、好氧區(qū)和膜組件區(qū)組成。廢水首先進(jìn)入缺氧區(qū)，缺氧區(qū)持續(xù)進(jìn)行攪拌。廢水在缺氧區(qū)停留一段時(shí)間后進(jìn)入好氧區(qū)，好氧區(qū)懸浮填料填充率為50%，填料上附著有大量微生物，強(qiáng)化了好氧區(qū)的處理效果。好氧區(qū)出水進(jìn)入膜組件區(qū)，膜組件區(qū)配置了3塊PVDF材質(zhì)膜組件，通過截留生物反應(yīng)器內(nèi)的大分子物質(zhì)和污泥，有效地降低出水COD。

（2）試驗(yàn)方法?？刂葡到y(tǒng)DO為2mg/L~3mg/L，HRT為20h，溫度20℃左右，先使污泥濃度增長到12mg/L，隨著試驗(yàn)的進(jìn)程定期排泥，分別控制MLSS在12mg/L、10mg/L、8mg/L和6mg/L，考察系統(tǒng)對COD的去除效果。

3.4.2 結(jié)果與討論

由試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著污泥濃度的不斷降低，系統(tǒng)對COD的去除效果呈現(xiàn)先上升后下降的現(xiàn)象。這是因?yàn)楫?dāng)系統(tǒng)的污泥濃度過高時(shí)，會(huì)使微生物的內(nèi)源呼吸加劇，導(dǎo)致不可生物降解物質(zhì)的積累和衰老細(xì)胞的溶解及其胞質(zhì)的釋放，這些代謝副產(chǎn)物及殘存的細(xì)胞碎片使得污泥的活性下降，導(dǎo)致系統(tǒng)COD去除效果的下降。當(dāng)系統(tǒng)污泥濃度由12g/L下降為8g/L時(shí)，COD去除率由40.14%上升到42.69%，繼續(xù)降低污泥濃度到6g/L，COD去除率略有下降，這是因?yàn)橄到y(tǒng)污泥濃度偏低時(shí)，生物量降低。雖然較高的污泥濃度能使COD去除率的小幅上升，但是同樣也會(huì)使膜污染加劇、膜透水率降低。因此，確定本實(shí)驗(yàn)最佳污泥濃度為7g/L~8g/L。

綜合上述試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)MBBR工藝HRT為20h、DO在2mg/L~3mg/L、污泥濃度MLSS在7g~8g左右時(shí)，工藝對廢水的COD去除效果較佳，出水COD在1100mg/L左右，COD去除率達(dá)到42%左右。

4 結(jié)論

（1）廢水生化處理試驗(yàn)表明，當(dāng)水解酸化HRT為30h，好氧工藝HRT為25h，MBBR工藝污泥濃度控制在7g~8g左右時(shí)，生化處理對高鹽染料廢水的去除效果較佳。

（2）雖然經(jīng)過生化處理后的高鹽染料廢水還需要增加一級深度處理方可達(dá)標(biāo)排放，但相較于直接采用物化處理，生化處理工藝更為經(jīng)濟(jì)。因此，本工程選擇生化處理工藝是可行的。