厌氧好氧相组合深度解决印染废水难降解问题

1·废水处理流程

陕西咸阳华润印染有限公司是一家以纯棉、涤棉机织物印染为主的企业,日产生废水量在4000t左右,其废水处理工艺如图1所示.各车间的废水在集水调节池混合降温后,经泵提升从水解酸化池上部进水,水解酸化池底部微量曝气起到搅拌作用,使池内泥水混合均匀.处理后废水通过水解酸化反应器上部的溢流堰自流到曝气池中,水解酸化池中的HRT为12~15h,MLSS在7·3~11·5g·L-1之间,SV30约为93%,采用顶部溢流出水.由于厌氧池的污泥浓度较大,所以污水以泥水混合的形式流入好氧池.好氧池的HRT为8~10h,MLSS在6·1~8·8g·L-1之间,SV30约为89%.经竖流式二沉池沉降下来的污泥全部回流到水解酸化池,整个系统基本没有剩余污泥产生.


从上述工艺流程可以看出,水解酸化池并不是严格的厌氧工艺,它与传统理论上的水解酸化池有很大的不同.首先,填料上生长的厌氧菌起到厌氧作用,使大分子及难于生物降解的物质转化为易于生物降解的小分子物质,提高了废水的可生化性;其次,加入微量曝气搅拌以及污泥全部回流,就会产生或者带入好氧微生物,使池子又具有好氧生物处理作用,这样无形中增加了整个系统好氧生物处理段的体积与时间.所以此水解酸化池同时兼有厌氧、好氧处理能力.针对这种情况,研究整个系统,特别是水解酸化池的水质指标和微生物种类有重要的意义.公司印染废水原水情况如表1所示.

2·结果与讨论


摘要：印染废水是指棉、毛、化纤等纺织产品在预处理、染色、印花和整理过程中所排放的废水[1].印染废水水质随原材料、生产品种、生产工艺、管理水平的不同而有所差异.总体而言,印染废水成分复杂、有机物含量高、色度深、BOD/COD值较小、可生化性差[2],是国内外公认的较难处理的工业废水之一;据不完全统计,我国每年大约有6~7亿t印染废水排入环境中[3],是工业废水的排放大户之一.厌氧生物处理比好氧生物处理对于难降解有机物的处理有更大的优越性.厌氧生物处理分为水解酸化、产酸、产气3个阶段[4],而A/O工艺中的A段就是把厌氧生物处理控制在第一阶段.利用水解菌和产酸菌的作用,将大分子及难以生物降解的物质转化为易于生物降解的小分子物质,改善废水的可生化性,为后续的好氧生物处理创造有利条件.对于印染废水而言水解酸化水力停留时间11~14h为宜[5].本文分析了污泥特性、生物相特性,对水解酸化池中加入微量曝气以及剩余污泥全部回流到水解酸化池的A/O工艺进行研究,从微生物种类上分析其处理效果较好的原因,以及工艺中的主要微生物种类.

1·废水处理流程

陕西咸阳华润印染有限公司是一家以纯棉、涤棉机织物印染为主的企业,日产生废水量在4000t左右,其废水处理工艺如图1所示.各车间的废水在集水调节池混合降温后,经泵提升从水解酸化池上部进水,水解酸化池底部微量曝气起到搅拌作用,使池内泥水混合均匀.处理后废水通过水解酸化反应器上部的溢流堰自流到曝气池中,水解酸化池中的HRT为12~15h,MLSS在7·3~11·5g·L-1之间,SV30约为93%,采用顶部溢流出水.由于厌氧池的污泥浓度较大,所以污水以泥水混合的形式流入好氧池.好氧池的HRT为8~10h,MLSS在6·1~8·8g·L-1之间,SV30约为89%.经竖流式二沉池沉降下来的污泥全部回流到水解酸化池,整个系统基本没有剩余污泥产生.


从上述工艺流程可以看出,水解酸化池并不是严格的厌氧工艺,它与传统理论上的水解酸化池有很大的不同.首先,填料上生长的厌氧菌起到厌氧作用,使大分子及难于生物降解的物质转化为易于生物降解的小分子物质,提高了废水的可生化性;其次,加入微量曝气搅拌以及污泥全部回流,就会产生或者带入好氧微生物,使池子又具有好氧生物处理作用,这样无形中增加了整个系统好氧生物处理段的体积与时间.所以此水解酸化池同时兼有厌氧、好氧处理能力.针对这种情况,研究整个系统,特别是水解酸化池的水质指标和微生物种类有重要的意义.公司印染废水原水情况如表1所示.

2·结果与讨论


2·1　水质监测

为了更深入地了解该系统,对该系统的进水、水解酸化池前端、后端,曝气池前端、中端、后端以及二沉池出水的水质进行为期3个月的监测,监测结果如表2所示.


从监测的结果可以看出,该企业处理工艺的效果较好,COD的处理率可以达到87·5%~98%,其中水解酸化池的贡献较大,COD的处理率达到50%~78%左右;虽然进水的固体悬浮物(SS)不是很高,但是SS的处理率也达到了98%~99%;pH也从进水的强碱性下降到7~8,其原因是:

(1)由于污泥回流出口与原水进水口并排,因此回流污泥起到了稀释的作用,使得进水的pH、COD、温度等都有所下降,这对水解酸化池的污泥以及后续曝气池中的污泥均起到保护作用.

(2)二沉池污泥全部回流到水解酸化池,使得水解酸化池和曝气池中的污泥浓度很高,分别为7~11g·L-1和6~8g·L-1,因此当污水进入水解酸化池和曝气池中,首先污泥的吸附起了作用,将悬浮性有机物去除,且吸附时间短,在随后的时间里才是降解作用.

(3)水解酸化池中的微生物种类有好氧、兼氧、厌氧,微生物种类十分丰富.有许多难降解物质是需要好氧菌与厌氧菌共同参与,氧化与还原共同作用下才能彻底降解,但由于顺序厌氧———好氧处理过程不能及时地转移、降解中间代谢物质,所以,可考虑在同一反应器中创造好氧菌、兼氧菌、厌氧菌共存,氧化作用与还原作用共同发生的环境使许多难降解(如多卤代有机物、偶氮染料、硝基化合物等)、毒性物质得到高效降解.

在监测的3个月中,水解酸化池中的溶解氧大部分为零,但偶尔也可以监测到有微量的溶解氧存在,而在曝气池中,常常监测到溶解氧不到2mg/L的现象,但是这些情况并没有影响系统的处理效率,这说明,在水解酸化池和曝气池中的污泥在长期运行后,已经适应了这些情况,能够较好地生长繁殖.整个系统中只有色度的处理效果不是很理想,经前期研究发现,本系统中原水水样中含有大量结构复杂的有机物,主要是以芳烃和杂环类化合物为母体的不饱和有机物;经过了水解酸化池厌氧处理过后的水样,从其主要有机物分子结构与原水水样相比较可以知道,共轭键数目的减少且共轭链变短,分子量也变得比较小,所以废水的色度就降低了;但是,原本在厌氧单元处理过的物质在好氧单元又重新出现,尽管O单元出水水样相对原水已有了改善,但是还是较A单元出水色度高.

2·2　污泥脱氢酶活性监测

废水生物处理及活性污泥消化的实质,是经微生物所产生的多种酶催化一系列的生物氧化还原反应[6].其中,脱氢酶能使被氧化有机物的氢原子活化并传递给特定的受氢体.因而,脱氢酶的活性可以反映处理体系内活性微生物量及其对有机物的降解活性,以评价降解性能.对于这种不严格但其处理效果较理想的A/O工艺来说,整个系统中的污泥活性非常关键,所以对水解酸化池,曝气池的5个采样点的污泥的脱氢酶活性进行了测定,测定的结果如图2.图2中sq为水解酸化池前端,sh为水解酸化池后端,bq为曝气池前端,bz为曝气池中端,bh为曝气池后端.从监测结果知道,总体上看水解酸化池中的污泥脱氢酶活性比曝气池中的污泥脱氢酶活性强,这是由于:①水解酸化池的污泥浓度较曝气池的污泥浓度高,高浓度的活性污泥中,活细菌的含量就多;②水解酸化池中的微生物有好氧、厌氧、兼氧菌,由于微生物种类丰富,结果使其活性增大;从监测结果看水解酸化池的COD去除效率比曝气池的去除效率高,这说明污泥脱氢酶活性不仅可以反映微生物的活性,而且与COD的去除量成正比关系,污泥脱氢酶活性越强,COD去除效率越好.监测结果可以看出,水解酸化池和曝气池中的污泥活性比较稳定,并且抗冲击能力较强,这也是整个系统处理效果好的原因之一.



2·3　污泥中微生物培养

由于水解酸化池中加入了适量的曝气,这样可以使污水与池底的污泥充分混合,然而加入曝气后的水解酸化池中的污泥就已经不再是严格的厌氧微生物,而从水解酸化池中流入到曝气池中的污水是泥水混合的形式,所以势必会对曝气池中的污泥有所影响,改变原来的生物结构.通过对水解酸化池和曝气池中的污泥进行显微镜观察、培养、纯种分离以及鉴定,发现水解酸化池和曝气池中的菌胶团紧实,边缘清晰,沉降性能较好,如图3所示.通过比较,曝气池的污泥沉降性能略好于水解酸化池;当水质水量、外部环境因素发生变化时,菌胶团的结构也会发生改变,但是经过几天自身的调节,就会恢复菌胶团的特性.在观察污泥中原生动物时,由于水解酸化池中的DO不高,所以原生动物和后生动物种类及数量较少,只观察到草履虫、变形虫、线虫,偶尔有轮虫、纤毛虫、有肋楯纤虫等出现.这些原生动物都是在溶解氧不足时出现的微生物种类;在曝气池内活性污泥良好时可以观察到钟虫、轮虫、累枝虫,有肋楯纤毛虫等,这是运行正常的污水处理设施的活性污泥生物相,表明污泥沉降及凝聚性能较好,它在二沉池能很快地和彻底地进行泥水分离,处理出水效果好;因此污水处理系统处理效果都与污水处理系统中组成活性污泥的微生物种类、数量及代谢活力有关,可见污水处理系统的生物相对污水处理具有良好的指示作用.


经过对水解酸化池中和曝气池中微生物的鉴定发现,两池中都存在两株细菌A,B,且这两株菌在平板培养基中数量较多,菌落形态及显微镜观察如下:A菌　经2~3d培养,菌落直径达到2~3mm,呈现粉红色,表面光滑有光泽,整体半透明,菌落呈现乳头状;革兰氏阴性菌,显微镜观察为直或微弯杆菌,卵圆到短杆,直径1μm以下.B菌　经2~3d培养,菌落直径达到2~3mm,呈现乳白色,表面光滑,整体不透明;革兰氏阴性菌,显微镜观察为直杆菌,大小为(0·5~1)μm×(1·0~5·0)μm;根据各菌株以上特征,查阅《细菌分类基础》[7]、《一般细菌常用鉴定方法》[8],辅助以《伯杰细菌鉴定手册》[9],初步鉴定A菌为假单胞菌属,B菌为产碱杆菌属,并且这两种菌均可在兼氧条件下生存,对难生物降解的有机物有良好的处理效果.所以这两种菌是整个系统的主力菌群,是处理印染废水的优势菌.

3·结　论

(1)在装有填料的水解酸化池中加入微量曝气、二沉池污泥全部回流水解酸化池,该反应池同时兼有厌氧、好氧处理能力,使得处理效率提高,经过水解酸化池处理后,COD可去除50%~70%,pH也从11~13下降到8左右;整个系统的COD、SS的处理率达到87·5%~98%,98%~99%;pH由进水的11~13下降到7~8;但由于A单元不是严格的厌氧池,并且有些有机物结构在好氧池中又重新结合在一起,使得整个系统的色度处理率仅有50%~60%.


(2)通过对污泥脱氢酶活性的测定发现,水解酸化池的脱氢酶活性高于曝气池;并且污泥活性较稳定,抗冲击能力强.

(3)水解酸化池与曝气池中的菌胶团结构紧实,沉降性能好;经过鉴定,在水解酸化池与曝气池中均有假单胞菌和产碱杆菌,且以这两种菌为主.