印染废水集中处理厂的工艺选择与设计参数
摘要：废水中的有机物分为可生物降解与不可生物降解两类。在可生物降解有机物中，又有易生物降解、慢速生物降解和难生物降解之分。印染废水可生化处理性较差的主要原因是慢速生物降解有机物和难生物降解有机物所占比例较高。
1污水处理厂的水量、水质
浙江省某污水处理厂一期(近期)工程建设规模为20×10~4m3/d，其中95%以上的污水为印染行业污水。污水处理厂设计进水水质见表1。
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为了解该污水处理厂的进水水质特性，以确定合理适用的处理工艺，在实验室条件下对取自一期截污工程污水收集系统的现状污水进行了化学分析和可生化处理性试验测定。
原污水水质测定结果表明，BOD5/COD约为0.26，可生化性尚可。试验结果还表明，单纯采用长停留时间的好氧处理，COD有可能达标，但不稳定，去除率一般在85%左右，对色度的去除率低，约50%，难以达标；采用混凝沉淀(气浮)法处理，脱色和COD去除效果均不理想；通过厌氧处理与好氧处理相结合，COD去除率可提高到93%，色度去除率可提高到62%，出水水质满足要求。
2工艺选择的主要考虑因素
废水中的有机物分为可生物降解与不可生物降解两类。在可生物降解有机物中，又有易生物降解、慢速生物降解和难生物降解之分。印染废水可生化处理性较差的主要原因是慢速生物降解有机物和难生物降解有机物所占比例较高。
一般好氧生物处理对色度和难降解有机物的去除率不高，这是因为某些染料、中间产物和添加剂在单纯的好氧条件下分子结构很难破坏，生物降解半衰期很长；投加化学药剂和生物曝气法相结合能增强其对色度和难降解有机物的去除能力，但运行费用依然较高。
厌氧生物处理的主要作用是使印染废水中的难降解有机物及其发色基团解体、被取代或裂解(降解)，从而降低废水的色度，改善可生化处理性。即使不能直接降低色度，由于分子结构或发色基团已发生改变，也可使其在好氧条件下容易被降解并脱色。另外，通过选育、驯化和投加优良脱色菌也能提高色度的去除率。
在污水生物处理系统中，一种有机物能否得到降解以及降解率高低取决于系统内是否存在相应的能够降解该有机物的微生物及其数量。而系统中相应微生物的存在与否及数量取决于系统的固体停留时间(泥θc)及微生物的比生长速率μi。如果处理系统的θc/μi<1，则该有机物在处理系统中得不到降解。θc/μi越大，该有机物的降解率越高。在污水处理系统的进水中存在多种有机物，其对应的降解微生物的比生长速率和降解速率也不同。
长泥龄的延时曝气系统正是利用上述原理，使活性污泥微生物生态系统具有生物种类多、稳定性好的特点，强化慢速和难生物降解有机物的去除，从而提高COD和色度的去除率。
通过往曝气池中投加铝盐、铁盐或粉末活性炭的方法可提高曝气池对有机物特别是对难降解有机物的去除率。其原理一是絮凝作用，既提高曝气池的污泥浓度和生物滞留性能，又提高了生物种群的多样性；二是吸附作用，直接吸附部分难降解有机物。
但对投加铁盐来说，除絮凝作用外，还有增强污泥活性的作用(能提高污泥中的微生物对有机物的降解速率)以及可能转化部分难降解有机物的作用。
试验结果表明，生物铁法用于处理难生物降解的印染废水，有机物去除率高于普通活性污泥法，COD去除率提高10%～15%，并且因其MLSS高而具有良好的抗冲击负荷能力，其剩余污泥沉降性能好、含水率低、便于处理。从经济和处理效果上考虑，投加铁盐的生物铁法是首选。
3工艺流程的确定
3.1水质水量的均衡调节
该污水处理厂集中处理70多家印染厂排放废水，水质非常复杂，但缓解了水量水质的波动。特别是污水处理厂的进水来自管网系统的8级加压泵站，各泵站均设有调节池，根据最后一级泵站连续10d的水量监测结果，每小时的出流量没有大的波动，因此污水处理厂不设调节池，仅设置一稳压井。
3.2PH值的调节
活性污泥处理工艺最有效和正常运行的pH值操作范围为6.5～8.5。在活性污泥微生物中，厌氧菌比好氧菌对pH值有更强的耐受力，特别是对高pH值的污水，厌氧菌经一段时间培养驯化后能够适应。在厌氧生物过程中，由微生物呼吸作用而产生的二氧化碳将会与氢氧根离子发生反应而产生碳酸氢根离子，厌氧反应过程中产生的有机酸也能中和部分氢氧根离子，从而使处理系统的pH值缓冲到8.0左右。
对该处理厂进水的试验测试结果表明，处理工艺流程中的厌氧池对pH值确有很大的调节作用，不需要设置连续加酸调节pH值的装置，但启动期需要对pH值作必要的调节。
3.3推荐处理工艺流程
推荐处理工艺流程如图1所示。
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4设计要点
4.1进水和预处理段
为了充分利用已有污水收集管网和泵站的能力，减少污水处理厂的能耗，处理厂内不设泵房，处理厂所需的水头由加压泵站提供。管网系统中数座泵站已经设有调节池，因此处理厂内不设水量均衡调节池、沉砂池和粗格栅，降低投资。设一稳压井以缓解进水对处理系统的冲击，并在进水渠道中设立细格栅，去除漂浮物和粗大悬浮物。
4.2厌氧处理段
4.2.1厌氧处理工艺的选择
经过分析论证，推荐采用悬浮生长型厌氧生物处理工艺，其特点是运行灵活性好、处理效果稳定可靠、适合大规模污水处理厂。
这里的厌氧从宏观表现上来说，与水解(酸化)相似，但所要控制的主要反应过程和对象与水解(酸化)过程有所不同。水解(酸化)过程主要体现为慢速生物降解有机物的水解和快速生物降解有机物的酸化，最终电子受体主要为低分子有机酸。
在该工程中，厌氧处理的主要目的是通过水解和非水解作用实现难生物降解有机物的转化，通过分子结构改变(开环、断键、裂解、基团取代、还原等)，使结构复杂难生物降解的有机物分子转化成可慢速或快速生物降解的有机物，从而明显改善污水的可生物处理性和脱色效果，使最终电子受体包括难生物降解有机物(分子结构中的基团或化学键)。
微生物的共代谢作用是近几年的最新研究成果，当存在或加入易降解物后，难降解的有机物可与易降解物构成微生物的共代谢关系，从而提高脱色和有机物去除率。投加比例适当时，像活性黑K—BR这种典型的生物难降解染料脱色的时间可缩短一半。共代谢的结果甚至可将部分难降解物在厌氧时也彻底分解。
慢速和快速生物降解有机物的水解酸化(发酵)过程有助于形成难降解有机物转化与水解所需的厌氧还原性环境，可提供剩余还原力(NADH+H+)和电子，使芳香族化合物为代表的难降解有机物的可生物处理性得到明显改善，这也是厌氧水解(酸化)能够改善污水可生物处理性的本质原因之一。
在实际应用上的另一个重要问题是尽量提高反应器中活性生物浓度、加长污泥泥龄和改善微生物的滞留能力，厌氧活性污泥与生物膜两种生物处理法的结合可较好地完成这一作用。
4.2.2厌氧池的设计考虑
整个厌氧处理工段包括厌氧池、沉淀池及污泥回流系统。厌氧池分格，内设有搅拌器，使生物量与污染物充分接触并维持生物量的悬浮。因生物膜法填料价格较高，不宜在大型污水厂中应用，故仅中间一格(约占厌氧池体积的20%～30%)装填自由摆动弹性立体填料，提高生物量；池的最后一格设计成短时(水力停留时间约1h)曝气区。试验证明，呈分散状态的厌氧污泥经短时间曝气后能有效地改善厌氧活性污泥的絮凝和沉降性能，减少污泥流失。
在设计中，还设置回流设施，将好氧段的一部分剩余污泥送到厌氧区，增加厌氧区易生物降解有机物的产生能力，以进一步促进厌氧区的生物共代谢作用和厌氧还原作用。
4.3好氧处理段
好氧段的主要作用是氧化分解厌氧反应后的产物，包括转化成较易降解的分子较小的有机物。例如，芳香族化合物的完全氧化、完成脱色和COD的去除。染料主要靠其发色基团产生各种颜色，某些在厌氧时未能脱去的发色基团在好氧段可进一步被去除。
由于厌氧段的主要作用在于有机物的转化，按COD度量的去除率并不高，这就使好氧段的进水COD浓度依然很高，如果直接采用延时曝气系统，则所需的曝气池池容很大，工程投资和运行费用会明显增加。
因此，好氧工段采用两段法工艺，即第一好氧段采用中负荷，第二好氧段采用低负荷的延时曝气系统，以达到提高COD、色度去除率和降低工程投资与运行费用的目的。经济分析表明，好氧段采用两段法要比一段法节省投资5000万元左右，并在处理效果的稳定可靠、运行调节的灵活方便、抗冲击负荷的能力等方面更有保证。
为防止由于丝状菌的过量繁殖而造成的污泥膨胀，一段好氧池(好氧池Ⅰ)采用分格推流式设计。
在二段好氧池中，增加生物铁法作为备用(投加硫酸亚铁或氢氧化铁)，起增强微生物滞留能力和处理效果的作用。当进水水质发生变化，或污水处理厂所承担的污染负荷高于设计负荷时，在不需改动原有设计的基础上，向好氧池中投加铁盐。由于铁盐对活性污泥的絮凝和催化作用，可提高有机物特别是难降解有机物的色度去除率。
4.4沉淀池
对沉淀池出水悬浮物的控制是保证出水标准排放的关键因素之一。在该处理厂设计方案中，对传统辐流式沉淀池的出水堰进行改进，在出水堰底部增设挡板，该挡板可引导上向悬浮固体远离出水堰板处，有效防止出水带走悬浮污泥，以保证出水水质达标排放。
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