加药气浮－厌氧水解－悬浮生物滤池工艺处理纺织印染助剂生产废水
摘要：纺织印染助剂生产废水表面活性剂及乳化剂、氨氮、有机胺和有机物的含量较高，难降解物质多，水质水量波动大。采用调节池- 加药气浮池- 厌氧水解池- 悬浮生物滤池（内分脱碳区、亚硝化区和硝化区）- 沉淀池的组合工艺，在进水COD 平均为4 284 mg/L，水解酸化后NH3-N 质量浓度平均为184 mg/L 的情况下，出水COD 平均为273 mg/L，去除率达到93.6%，出水NH3-N 质量浓度平均为9.6 mg/L，去除率达到94.8%，达到入管排放标准。
关键词：纺织印染助剂生产废水；悬浮生物滤池；硝化；亚硝化
中图分类号：X791 文献标识码：B 文章编号：1000-3770(2012)09-0117-003
目前处理有机助剂的工程实例相对比较多，时鹏辉等对橡胶助剂废水采用物化处理- 水解酸化-改良SBR 系统处理工艺[1]，刘国信等对化工助剂生产废水采用了真空蒸发- 水解酸化- 接触氧化- 混凝沉淀处理工艺[2]，刘勃等对塑料助剂废水采用Fenton 氧化- 电解- 水解酸化- 固定化微生物处理工艺[3]，均达到了污水综合排放标准（GB 8978－1996）2 级以上排放标准，而纺织印染助剂废水处理工程实例鲜见。
国内某大型纺织印染助剂生产企业主要产品为阳离子软片、PU 涂层剂、硬挺剂、磷酸盐半成品、PA和鳌合剂，其排放废水污染物主要来源于产品反应过程中的低沸物、洗釜残留物和地面残渣，废水中表面活性剂及乳化剂、氨氮、有机胺和有机物的含量较高，水质比较复杂，难降解物质多[4]。根据工程实践经验和中试试验结果，设计了调节池- 加药气浮池-厌氧水解池- 悬浮生物滤池（内分脱碳区、亚硝化区和硝化区）- 沉淀池的物化- 生化组合工艺，经现场调试运行，实现了废水的入管达标排放。
1 废水水量及水质设计废水量600 m3/d，其主要水质指标与排放要求如表1 所示。
表1 废水水质与排放要求
Tab.1 Characteristics of wastewater and the standard of drainage network
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2 工艺流程
废水处理工艺流程如图1 所示。各车间废水经格栅井去除杂质杂物后自流进入调节池，调节水质水量。调节池废水由泵提升到气浮池，同时加入药剂，进行混凝反应和气浮处理，去除废水中大部分胶体和悬浮物，降低后续生化处理的负荷，防止后续生物处理工艺中填料堵塞。气浮出水自流进入厌氧水解池，把大分子有机物分解成小分子有机物，提高废水的可生化性。厌氧水解池出水进入悬浮生物滤池，内分脱碳区、亚硝化区和硝化区，脱碳区通过好氧反应去除绝大部分的有机物，把有机污染物氧化成为CO2 和H2O，并通过细胞合成的方式去除部分氮、磷物质；亚硝化区和硝化区通过亚硝化、硝化反应去除废水中的氨氮；出水经沉淀池固液分离后入管排放。
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图1 工艺流程
Fig.1 Process flow chart
3 主要构筑物及设计参数
调节池：设计水力停留时间48 h，分隔其中的一部分为事故应急池，采用全地下式结构，顶部加盖，收集废气，池底布置UPVC 穿孔管，采用鼓风曝气形式进行空气搅拌，设自吸式提升泵2 台。
加药气浮池：设计表面负荷为4 m3/(m2·d)，絮凝区停留时间为15 min，混凝剂选用铝盐，采用泵前加药的形式，最佳投加量为200 mg/L，控制pH 为7～8。
厌氧水解池：设计水力停留时间12 h，顶部加盖，收集废气，采用推流式，内挂组合填料，池底布置UPVC 穿孔管，可进行空气搅拌，接种污泥采用附近污水处理厂污泥。
悬浮生物滤池：设计水力停留时间24 h，其中脱碳区设计水力停留时间10 h，设计COD 容积负荷为1.6 kg/(m3·d)，利用单孔膜曝气器充氧，控制ρ(DO)>2mg/L，采用网状大孔悬浮填料，材质为聚氨酯；亚硝化区设计NH3-N 容积负荷为0.4 kg/(m3·d)，利用单孔膜曝气器充氧，控制DO 质量浓度1～2 mg/L，碱度>200 mg/L，采用网状中孔悬浮填料，材质为聚氨酯；硝化区设计NH3-N 容积负荷为0.2 kg/(m3·d)，利用单孔膜曝气器充氧，控制ρ(DO)>3 mg/L，碱度>100 mg/L，采用网状小孔悬浮填料，材质为聚氨酯。
沉淀池：设计表面负荷为0.8 m3/(m2·d)，采用平流式，多斗式泵吸排泥。
4 调试与运行
工程分阶段进行调试，2011 年7 月开始进行亚硝化区和硝化区的调试，接种菌种采用自主培养驯化的自养型亚硝化菌和硝化菌，采用序批式进水对亚硝化菌进行定向富集培养驯化，获得了高浓度接种菌剂，通过絮凝沉淀浓缩，菌剂浓度达到109CUF/mL。
4.1 调试
4.1.1加药气浮池
废水中胶体、悬浮物质多，如PU 磨浆在水相中呈乳化状，静沉和气浮对胶体的去除率非常低，因此采用加药方法进行破乳和脱稳。采用烧杯试验对药剂进行了筛选，最后选用聚合氯化铝（PAC），对pH影响小，最佳投加量为200 mg/L[5]。调试稳定后，加药气浮池废水COD 平均值从4 284 mg/L 降到2 851mg/L，去除率为33.4%。
4.1.2厌氧水解池
厌氧水解池接种污泥采用附近污水处理厂污泥，接种量4 t，池内原水稀释5 倍，每天定量投加大粪、易降解有机废水，按m(C)：m(N)：m(P)=100：5：1配置营养物质，每班曝气搅拌1 次，每次5 min，驯化一周；一周后按照每天递增3%的速度进水，3 个月后运行基本稳定，废水COD 平均值从2 851 mg/L降到1 765 mg/L，去除率为38.1%；氨氮质量浓度平均从157 mg/L 上升到184 mg/L，上升了17.2%。这是由于微生物将复杂大分子有机物水解成简单的溶解性小分子有机物，并发生了一定的厌氧反应，导致COD 下降；同时，废水中有机氮含量较高，在水解过程中转化为氨氮，导致氨氮值上升。
4.1.3悬浮生物滤池
悬浮生物滤池的脱碳区接种污泥采用附近污水处理厂污泥，池内接种污泥质量浓度为4 000 mg/L左右，池内原水稀释4 倍，每天定量投加大粪、易降解有机废水，按m(C)：m(N)：m(P)=100：5：1 配置营养物质，二班曝气，一班停曝，挂膜3 d 后，脱碳区悬浮的污泥质量浓度变为500 mg/L 左右，其余均挂膜成功，这是由于采用了网状大孔聚氨酯悬浮填料，该载体孔隙大、开孔率高、比表面积大，对污泥的截留能力非常强；5 d 后按照每天递增10%的速度进水；满负荷进水1 周后，脱碳区运行基本稳定，废水COD平均值从1 765 mg/L 降到273 mg/L，去除率为84.5%；废水NH3-N 质量浓度平均从184 mg/L 降到155 mg/L，去除率为15.8%。脱碳区为高负荷好氧区，去除了大部分的有机物，硝化负荷非常低，大部分氮元素为微生物同化作用去除。由于废水中含有一定量的表面活性剂，调试初期泡沫较多，随着气浮池药剂的调整和厌氧水解池效率的提高，泡沫现象得到缓解。
亚硝化区、硝化区接种菌种采用自主培养驯化的自养型亚硝化菌和硝化菌，每池各投加500 L的菌剂，闷爆，通过投加铵盐和碱的方式对菌种进行扩培和固定化。4 d 后按照每天递增10%的速度进水，同时继续补充铵盐和碱，逐步提高处理负荷；满负荷进水10 d 后，亚硝化区、硝化区运行基本稳定，废水NH3-N 质量浓度平均从155 mg/L 降到9.6 mg/L，去除率为93.8%。其中亚硝化区单孔膜曝气器布置的数量为硝化区的2 倍，控制DO 质量浓度为1～2mg/L，碱度>200 mg/L 时，NH3-N 容积负荷可达0.3kg/(m3·d)左右，亚硝化率达到80%以上；硝化区控制ρ(DO)>3 mg/L，碱度>100 mg/L 时，NH3-N 容积负荷为0.2 kg/(m3·d)左右。由于亚硝化区的进水氨氮较高，传质动力较好，所以处理负荷较高，在严格控制DO、碱度的条件下，可以实现亚硝化率的控制；硝化区的氨氮浓度较低，传质动力较差，所以处理负荷较低，同时部分亚硝化盐在硝化区转化为硝酸盐，需要控制较高的溶氧水平。实践证明，网状多孔悬浮填料对亚硝化菌和硝化菌的截留能力非常好，不易流失，调试启动非常快，同时，处理负荷、对温度的敏感性和处理稳定性均远高于泥法。
4.2 运行效果
工程调试工作完成后，处理效果基本稳定，达到了出水水质指标。废水处理效果见表2。
表2 废水处理效果
Tab.2 The effect of wastewater treatment
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5 经济效益分析
工程总投资约400 万元，设计处理水量600m3/d，日常运行费用主要包括动力费、药剂费和人工费。其中动力费为1.03 元/m3，药剂费为0.74 元/m3，人工费0.50 元/m3，总运行费用为2.27 元/m3。
6 结论
采用调节池- 加药气浮池- 厌氧水解池- 悬浮生物滤池- 沉淀池组合工艺成功处理了纺织印染助剂生产废水，各项指标均达到排入管网的标准。
纺织印染助剂的生产受季节性因素和生产安排影响非常大，因此废水的水质水量波动很大，为避免生化系统受冲击，设计时调节池需要具备足够长的时间。
水温对厌氧水解池的正常运行和保持高效率关系较大，设计时可考虑利用厂区生产的余热对控制厌氧水解池水温。
由于废水中氨氮、有机氮含量较高，设计时需考虑废水生化处理过程中有机氮会释放为氨氮，导致氨氮值反弹；悬浮生物滤池在严格控制相关参数的条件下，可以实现亚硝酸盐的积累，为厌氧氨氧化工艺和短程硝化反硝化工艺的工程应用提供了可能，具有节能、节约投碱量、节约碳源等优点，尤其适合于低C/N 比污水的处理[6]。
参考文献：
[1] 时鹏辉,典平鸽,李登新.物化处理－水解酸化－改良SBR 系统处理助剂废水[J].水处理技术,2011,37(6):129-131.
[2] 刘国信,刘清.化工助剂生产废水综合处理工程[J].工业给排水,2008,34(2):59-61.
[3] 刘勃,庄会栋,季华东,等.Fenton 氧化- 电解- 水解酸化- 固定化微生物工艺处理塑料助剂废水的工程应用[J].水处理技术,2011,37(4):133-135.
[4] 乌锡康.有机化工废水治理技术[M].北京:化学工业出版社,1999.
[5] 国家环境保护局.混凝剂与絮凝剂[M].北京:中国环境科学出版社,1991.
[6] 郑平,等.新型生物脱氮理论与技术[M].北京:科学出版社,2004.
作者简介：谢娟（1980-），女，硕士研究生，讲师，研究方向为水处理技术。
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